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新一轮EUV光刻机争夺战开打

发布日期:2022-01-20 作者:网络
 
在全球范围内,作为EUV光刻机的唯一供应商,ASML在业内受到的关注度越来越高,特别是以台积电为代表的先进制程发展得风生水起的当下,ASML的重要性与日俱增。

本周,ASML发布了2021第四季度和全年财报,内容是一如既往的亮眼。该公司2021年第四季度营收为50亿欧元,净利润为18亿欧元,毛利率54.2%,新增订单金额71亿欧元,其中,26亿欧元来自0.33 NA(数值孔径)和0.55 NA EUV系统订单;2021年全年营收达186亿欧元,其中,63亿欧元来自于42台EUV系统,全年净利润59亿欧元,毛利率52.7%。

ASML还公布了2022年第一季度财测,预估营收净额约33亿到35亿欧元,预估2022全年的营收净额可比2021年增长约20%。

EUV光刻机重要性愈加凸出

 

EUV光刻机的波长比现有的氟化氩 (ArF) 曝光短1/14,这有利于实现半导体最先进制程的实现。近年来,对10nm以下先进制程的需求不断增长,也增加了EUV曝光设备的供应。由于EUV设备加工复杂,ASML年产量也很小。最近,ASML 正专注于提高其产能和供应量。

由于市场对最先进制程工艺的需求增加和客户群的扩大,EUV光刻机供应的数量将持续增长。预计两年内累计供应量将增加一倍以上。

据统计,在2020年第三季度~2021年第二季度这四个季度内,ASML共向市场出货了40 台EUV设备,比前四个季度(2019年第三季度~2020年第二季度)的24台增长了66%。

具体来看,7nm~5nm逻辑芯片(以每月45000片晶圆计算)需要一台 EUV 设备来绘制一个EUV层。16nm以下DRAM(以每月10万片计算)一层需要1.5~2台EUV设备。作为全球最大的存储芯片供应商,三星电子计划将14nm DDR5 DRAM 的 EUV 应用层数从 1 层增加到5层,而SK海力士也计划增加EUV应用层数,这些将推动对EUV设备需求的增长。

另外,继三星电子在2018年首次引入 7nm 工艺的 EUV 设备后,台积电和 SK 海力士也进入了 EUV 竞争,市场规模一直在扩大,因为美国的美光和英特尔也在推动引入 EUV 设备。

对于这样的市场需求,ASML首席执行官 Peter Wennink表示,“我们计划2022年将EUV设备的产量增加到55台,并在2023年增加到60台。” 两年后,将有超过240台EUV设备投入市场,超过迄今为止的累计供应量。

新版本EUV光刻机呼之欲出

 

目前,每台EUV设备都有超过 100,000 个零组件,它们需要40个货运集装箱或四架大型喷气式飞机来运输,每个价值约1.4亿美元。

为了满足不断进化的先进制程,ASML正在研发更先进的EUV光刻机,主要体现在高NA上。

与目前的EUV设备相比,更高NA意味着更大、更昂贵且更复杂。高NA设备具有更高的分辨率,这将使芯片特征缩小1.7倍,芯片密度增加2.9倍。这可以使客户减少流程步骤的数量,还可以显着减少缺陷、成本和芯片生产周期。

新的EUV设备,其NA值将从0.33 提升至0.55,以实现更高分辨率的图案化。

据悉,第一台高NA设备仍在开发中,预计2023年开始提供抢先体验,以便芯片制造商可以开始试验并学习如何使用它。客户可以在2024年将它们用于自己的研发,从2025 年开始,这些高NA的EUV设备有望用于芯片量产。

更高的NA值允许在机器内部产生更宽的EUV光束,然后再照射晶圆。该光束越宽,照射晶圆时的强度就越大,从而提高打印线条的准确度。这反过来又可以实现更小的几何形状和更小的间距,从而增加密度。

ASML的新设备将允许芯片制造商制造2nm及以下制程的芯片。

不过,高NA设备意味着高昂的价格,据悉,每台NA值为0.55的EUV设备价格将达到3 亿美元,是现有EUV设备的两倍,并且,它还需要复杂的新镜头技术。

目前,制造先进制程(如5nm、3nm)芯片的厂商不得不依赖双重或三重图案技术,这很耗时,而使用高NA EUV设备,他们能够在单层中打印这些特征,从而缩短周转时间并提高工艺灵活性。

先进EUV争夺战打响

 

EUV光刻机,特别是最新设备的客户是台积电、三星、英特尔、SK海力士和美光,目前来看,前三家对于ASML产能的争夺愈演愈烈。

上周,台积电公布其资本支出高达400亿到440亿美元,且首度揭露用于2nm先进制程投资,这也意味台积电在2nm有重大突破,并下单采购高NA的EUV,以投入2nm研发及试产。台积电供应链透露,台积电内部规划2nm试产部队将于今年第四季度正式成军。

据悉,台积电已经获得了目前市场上供应的EUV设备的一半。台积电拥有约50台EUV设备。鉴于EUV设备的独家供应体系,快速确保设备安全将成为三星和SK海力士等半导体制造商面临的挑战。

有消息显示,三星也在紧急抢购一台高NA EUV,并要ASML直接拉到三星工厂内进行测试,创下ASML直接出货到客户厂内再测试的首例,可见台积电与三星在先进制程竞赛的激烈程度。

三星表示,该公司将于2022上半年推出3nm制程,三星电子副会长李在镕假释出狱后,立即宣布未来3年投入240兆韩元(约2050亿美元) ,巩固该公司在后疫情时代科技产业的优势地位,称该公司下一代制程节点3nm制程采用GAA(Gate-All-Around)技术不会输给竞争对手台积电。

三星强调,与5nm制程相比,其首颗3nm制程GAA工艺芯片面积将缩小35%,性能提高 30% 或功耗降低 50%。三星称其3nm制程良率正在逼近4nm制程,预计2022 年推出第一代3nm 3GAE技术,2023年推出新一代3nm 3GAP技术,2025年2nm 2GAP 制程投产。这些对先进EUV设备的需求将不断提升。

目前,三星正在抢购更多的EUV光刻机,以缩小与台积电之间的数量差距。据统计,截止2020年,台积电的EUV光刻机数量约40台,三星则是18台左右,不到台积电的一半。预计2022年三星会购入大概18台EUV光刻机,拉近与台积电之间的数量差距,总数将达到台积电的60%左右。

根据台积电年报信息,3nm基于EUV技术展现优异的光学能力,与符合预期的芯片良率,以减少曝光机光罩缺陷及制程堆栈误差,并降低整体成本,2nm及更先进制程上将着重于改善极紫外光技术的质量与成本。

台积电积极与ASML紧密合作,不仅取得EUV设备数量有优势,其设备技术的开发致关重要,这也是其能超越三星、英特尔的关键原因之一。

英特尔也在加大先进EUV设备的投入。

2021年,英特尔宣布重返晶圆代工市场,并在同年7月正式宣布推出先进制程技术蓝图,计划在未来4年推出5个新世代芯片制程技术,并宣布将原本的10 nm Enhanced SuperFin正名为Intel 7,原先的7nm正名为Intel 4,之后分别为Intel 3、Intel 20A、Intel 18A 等,也就是说2025年就会达到2nm制程的领域,目标是赶超台积电。

为了实现这一目标,英特尔在争夺ASML最先进EUV光刻机方面不遗余力。

本周,英特尔宣布领先于台积电和三星订购了ASML的TWINSCAN EXE:5200光刻机。这是ASML正在开发的高NA EUV光刻机,单台价格将达到3亿美元。据悉,其吞吐量超每小时220片晶圆。按照ASML的规划,TWINSCAN EXE:5200最快将于2024年底投入使用,用于验证,2025年开始用于芯片量产。

四年前,英特尔也是第一个下单ASML第一代0.55 NA光刻机EXE:5000的公司。

和0.33NA光刻机相比,0.55NA的分辨率从13nm升级到8nm,可以更快更好地曝光更复杂的集成电路图案,突破0.33NA单次构图32nm到30nm间距的极限。EXE:5000有望率先用于3nm制程,EXE:5200则很可能用于英特尔未来的20A或者18A制程。

结语

2022年,随着3nm制程的量产,市场对先进EUV光刻机的需求量进一步提升,未来的2nm、1nm,以及更先进制程不断迭代,为更先进EUV设备的研发提供着动力,同时难度也在不断增加,产量恐怕会愈加吃紧,相应的设备争夺战将会更加激烈。
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