作者 | 方文三

各大巨頭在未來仍將圍繞High-NA EUV設備展開激烈競爭，爭相導入或宣布市場進展，預示著半導體行業(yè)將迎來新一輪技術革新。

目前，英特爾、臺積電、三星、SK海力士等晶圓制造大廠已紛紛對High-NA EUV光刻機表現出強烈的關注與行動。

High-NA EUV光刻機到來，巨頭們承壓下角逐

如今，隨著ASML High-NA EUV光刻機的問世，半導體行業(yè)迎來新的競爭高潮。

ASML露面的High NA EUV光刻機，為2納米技術揭開神秘面紗。

這一新一代光刻機的售價高達3.5億歐元，約合人民幣27億元，將成為全球三大晶圓制造廠實現2納米以下先進制程大規(guī)模量產的必備設備。

然而，這一高性能光刻機的價格是當前EUV光刻機的兩倍，從而帶來設備成本的大幅增加。

雖然這一技術將推動芯片制造邁向2納米以下的先進制程，但其高昂的成本也讓企業(yè)權衡再三。

高昂的設備成本成為各晶圓大廠的巨大負擔，目前0.33NA EUV光刻機售價約1.81億美元每臺。

如此高昂的價格，對半導體廠商而言無疑是一種巨大的負擔。

以英特爾為例，2023年英特爾代工業(yè)務虧損70億美元，其中采用下一代EUV光刻機而造成的成本負擔便是原因之一。

臺積電也曾多次指出下一代 EUV 設備價格太貴，甚至表示A16先進制程節(jié)點并不一定需要 High NA EUV。

而困于良率瓶頸的三星，在如此高昂的設備成本面前同樣十分掙扎，在其SF1.4節(jié)點的宣傳中甚至都未提到High NA。

臺積電原計劃于2026年下半年開始量產1.6納米制程技術，并隨后采用High-NA EUV技術。

臺積電：掌握主動權優(yōu)勢，未來不激進于最新一代

臺積電正在積極安裝對于先進工藝至關重要的EUV光刻機，以應付2nm工藝的量產，今年和明年將接收超過60臺EUV光刻機，投入的資金額超過4000億新臺幣（約合123億美元。

2024-2025年將接受60臺EUV光刻機，但也指出下一代EUV設備價格太貴，對成本有所顧慮。

雖然ASML方面已確認將在2024年內向臺積電交付High-NA EUV光刻機，但這一機臺僅用于制程開發(fā)目的。

臺積電暫無在2025-2026年引入量產用High-NA EUV光刻機的規(guī)劃。

隨著系統復雜性的增加，這些設備的成本亦隨之攀升，即便是像臺積電這樣的行業(yè)巨頭，也難以像以往那樣毫無顧忌地進行采購。

在阿姆斯特丹舉行的一場技術研討會上，臺積電的高級副總裁Kevin Zhang明確指出，新型high-NA（高數值孔徑）EUV光刻機的成本極高，短期內公司不會考慮引進該技術。

臺積電計劃于2026年底推出的A16制程（1.6納米）將不會采用high-NA EUV光刻機，而是繼續(xù)依賴公司現有的EUV設備。

他強調：[雖然high-NA EUV技術的性能令人向往，但是否采用將基于其在經濟層面的最優(yōu)化考量，以及我們在技術上能否達到一個平衡點。]

根據[晶圓廠設備制造商]的消息源，臺積電預計不會在其即將推出的2nm和1.4nm工藝節(jié)點上采用High NA機器，這兩個節(jié)點預計分別于2025年和2027年左右推出。

相反，臺積電計劃將High NA機器的采用推遲至1nm工藝，這可能需要大約六年的時間，這使得臺積電在采納最新芯片制造技術方面落后于其競爭對手數年。

選擇Low NA還是High NA機器的關鍵在于掩模版的制作是采用單次曝光還是多次曝光。

Low NA機器需要多次曝光，這會增加缺陷出現的概率，從而降低產量。

而High NA機器僅需一次曝光即可完成，這降低了工藝的復雜性，減少了錯誤發(fā)生的可能性，并且節(jié)省了制造過程的時間。

正如Tom所言，現有的13nm機器通過兩次曝光可以制作出與High NA 8nm機器單次曝光相同的掩模版。

鑒于此，技術升級并非保持行業(yè)領先地位的必要條件，這解釋了為何像臺積電這樣的公司可能會選擇等待一段時間。

相較于競爭對手，臺積電能夠借助持續(xù)的生產實踐累積寶貴的經驗數據并優(yōu)化其工藝流程，進而構建起一個[訂單驅動-技術迭代-再獲訂單]的良性循環(huán)體系。

換言之，臺積電擁有一個極為龐大的優(yōu)質客戶群，這些客戶協助他們調試各類設備的缺陷，這正是三星和英特爾所缺乏的。

英特爾：本土政策助力，率先訂購新設備

此前因在EUV上的決策失誤，包括未采用 EUV 光刻技術以及[Tick-Tock]戰(zhàn)略的失敗，導致英特爾逐漸掉隊，市場份額被蠶食。

英特爾在過去幾年中，在10nm節(jié)點面臨各種困難，被臺積電及三星超越。

在EUV技術研發(fā)上，英特爾是全球重要推手，但在10nm節(jié)點沒有選擇EUV光刻，而是嘗試了新的SAQP四重曝光技術，目標是不依賴EUV光刻機也能生產先進工藝。

然而，SAQP曝光工藝非常復雜，成本高，隨著時間的推移，英特爾站在了錯誤的一邊。

因此英特爾希望通過率先采用High-NA EUV光刻機，以保持對臺積電等競爭對手的持續(xù)領先優(yōu)勢。

英特爾率先訂購新型High-NA EUV設備EXE:5000，拿下全球首臺及第二臺設備，在最先進光刻機導入上取得領先優(yōu)勢。

英特爾已經宣布購買了5臺這種設備，用于在2025年生產 英特爾18A芯片。

在今年八月，英特爾公司宣布已成功接收并安裝調試了全球第二臺價值3.83億美元的High-NA EUV光刻機，該設備目前位于俄勒岡州的晶圓廠。

公司的目標是在2026至2027年間實現英特爾14A制程技術的量產，并在此基礎上進一步提升制程技術。

最終，英特爾公司計劃在2030年前實現其代工業(yè)務的運營利潤率達到收支平衡，并成為全球第二大晶圓代工廠。

然而，作為一款新型設備，High-NA EUV光刻機也使英特爾公司不得不面對設備折舊和量產攤銷成本的壓力，以平息外界的質疑。

在2024年，英特爾的代工業(yè)務遭受了高達70億美元的虧損，虧損額度同比增加了34.6%。

面對持續(xù)的財務困境，英特爾決定將芯片制造與設計業(yè)務進行分拆，旨在削減成本，并且推遲了多項新工廠的建設規(guī)劃。

盡管面臨眾多挑戰(zhàn)，HighNA光刻機技術仍然是英特爾試圖扭轉局面的關鍵因素。

近年來，美國積極介入并推動本國芯片制造業(yè)的發(fā)展，尤其在先進制程技術領域。

美國政府為此實施了多項政策，旨在扶持國內企業(yè)，并提供財政資助，其中英特爾公司受益頗豐。

得益于美國政府的高額補貼，英特爾正積極拓展晶圓代工市場，力圖重奪其在芯片制造技術領域的領先地位。

為此，公司特別加大了對EUV的投資，成為該技術領域的領先者。

在獲得Twinscan EXE：5200之前，英特爾已購置了EXE：5000型號，用以掌握如何更高效地運用高數值孔徑（High-NA）EUV設備，并在18A制程技術的研發(fā)上積累經驗。

英特爾計劃于2025年起，利用Twinscan EXE：5200開始量產18A制程芯片。

鑒于高數值孔徑與低數值孔徑光刻機在技術上存在顯著差異，需要對現有基礎設施進行大規(guī)模改造。

因此，英特爾在競爭對手之前部署Twinscan EXE：5200，這為其帶來了戰(zhàn)略優(yōu)勢。

一方面，公司有充足時間優(yōu)化其18A工藝技術，另一方面，也能夠調整高數值孔徑基礎設施。

這些舉措將使英特爾在與臺積電和三星的競爭中占據有利地位。

三星：良品率滯后，期盼新設備帶來新技術突破

三星幾乎將追趕上臺積電的全部希望寄托于3納米工藝。

預計在2024年第三季度，三星的非內存部門，包括晶圓代工和系統LSI等，虧損金額將超過一萬億韓元。

此外，三星的3納米制程良率持續(xù)偏低，且尚未獲得主要客戶的青睞，近期還宣布將位于美國得州泰勒市的先進代工晶圓廠的量產時間推遲至2026年。

綜合這些因素，三星在3納米時代超越臺積電的愿望似乎已徹底破滅。

因此，三星引進High-NA EUV光刻機的消息表明，其將在下一代光刻技術領域與英特爾和臺積電展開更為激烈的競爭。

三星電子半導體部門計劃今年年底和明年第一季度引進High NA EUV設備[EXE:5000]，用于代工業(yè)務。

消息稱三星將于2025年初從ASML引進High-NA EUV光刻機，預計2025年初到貨，最快2025年中旬開始運行。

三星最快將于年底引進High-NA EUV機器，目標是到2027年實現High-NA的全面商業(yè)化，并努力構建相關生態(tài)系統。

積極構建生態(tài)系統，與多家公司合作，包括 Lasertech、Synopsys、JSR等，為2027年Hi-NA 的全面商業(yè)化做準備。

三星正在與電子設計自動化（EDA）公司合作設計新型光罩，包括用于High-NA EUV的彎曲（曲線）電路，以提高晶圓上印刷電路的清晰度。

此次合作包括半導體EDA工具全球領導者Synopsys 等公司。

此外，三星電子與ASML韓國合建半導體研發(fā)中心，預計自2027年起引進 High-NA 極紫外光（EUV）設備。

三星計劃于2025年開始量產2納米制程，并逐步將其應用于其他領域。

例如，2025年首先應用于移動領域，2026年擴展至HPC應用，2027年再擴展至汽車領域。

三星的2納米制程節(jié)點采用了優(yōu)化的背面供電網絡技術，旨在降低供電電路對信號電路的干擾。

三星計劃利用自身設備加速先進節(jié)點的開發(fā)，并設定了到2027年實現1.4納米工藝商業(yè)化的宏偉目標，這可能為1納米制程的生產鋪平道路。

據金奇炫透露，三星已與ASML公司就采購高數值孔徑EUV設備達成了協議。

金奇炫強調：[三星已確保在獲取高數值孔徑EUV設備技術方面的優(yōu)先權。]

他進一步闡述：[我堅信，此舉將為我們提供一個長期機遇，以優(yōu)化高數值孔徑技術在動態(tài)隨機存取存儲器（DRAM）及邏輯芯片生產過程中的應用。]

ASML也在為下一代High-NA EUV成本做考慮

繼High-NA EUV之后，ASML已經開始探索下一代Hyper-NA EUV設備，并尋求相應的技術解決方案。

ASML的計劃是在2030年推出Hyper-NA EUV設備，其數值孔徑將達到0.75。

High-NA EUV技術預計將覆蓋2至1.4納米的工藝節(jié)點，而Hyper-NA EUV技術則有望在1至0.7納米工藝節(jié)點上繼續(xù)推進。

與High-NA EUV技術相比，Hyper-NA EUV技術在成本上更具優(yōu)勢，有望為半導體行業(yè)開辟新的增長路徑。

由于需要更大、更先進的鏡片和改進的照明系統，Hyper-NA將是一個成本更高的選擇。

為此ASML控制成本策略，以應對每一代新芯片中每個晶體管價格上漲的趨勢。

為了加速開發(fā)進程并降低成本，ASML已利用其現有的Low NA Twinscan NXE:3600 EUV機器作為新High NA機器的構建模塊。

ASML的Low NA型號采用模塊化設計，使公司能夠利用成熟的技術和模塊為新工具服務，并且公司僅在必要時添加新模塊。

如同往常，成本是關鍵因素，但ASML顯然已經在考慮如何使Hyper-NA定價方程對客戶更具吸引力。

結尾：

ASML的生產量有了顯著提升，不再像以往那樣需要爭先恐后地搶購（High-NA EUV除外）。

同時，ASML的EUV光刻機技術升級的難度日益增加，在0.55 NA之后，進一步的升級將變得極為困難，可能成為該技術的最終版本，未來升級可能要推遲至2030年。

此外，硅基芯片技術已接近其物理極限，技術進步愈發(fā)艱難，未來可能會轉向光電芯片、碳基芯片、量子芯片等新興技術，EUV光刻機在行業(yè)中的地位和前景已不如以往那般清晰。

部分資料參考：半導體行業(yè)觀察：《EUV光刻機爭奪戰(zhàn)，風云突變》，半導體行業(yè)小報：《半導體光刻新紀元：HighNA EUV光刻機揭幕》，全球半導體觀察：《近500億元！EUV光刻機巨頭掙翻了》，半導體芯聞：《ASML發(fā)布財報，披露EUV光刻機新進展》，半導體行業(yè)觀察：《EUV光刻機，創(chuàng)下新紀錄》，半導體產業(yè)縱橫：《EUV光刻機變數陡增》