三星擬新設至少10臺EUV光刻機：展露要當世界第一的野心
加入技術(shù)交流群
最新消息顯示，盡管全球經(jīng)濟將放緩，但三星仍計劃擴大DRAM與晶圓代工的晶圓產(chǎn)能，明年在其P3晶圓廠(chǎng)新設至少10臺極紫外光刻設備（EUV），用于生產(chǎn)最新的12nm級內存芯片，而三星目前僅有40臺EUV光刻機。
本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/202212/442108.htm三星是全球第一大DRAM內存芯片公司，并從14nm級別的內存芯片開(kāi)始引入EUV光刻機。
據悉，三星在韓國的內存工廠(chǎng)主要是位于平澤市的晶圓廠(chǎng)，其中P3晶圓廠(chǎng)目前的產(chǎn)能是每月2萬(wàn)片晶圓，三星已經(jīng)計劃擴大投資，增加內存生產(chǎn)設備，將產(chǎn)能提升到每月7萬(wàn)片晶圓。
據了解，目前三星在韓國有5家半導體工廠(chǎng)，分別位于器興、華城、平澤、溫陽(yáng)和天安。此外，在中國蘇州、天津和西安還運營(yíng)有三家芯片工廠(chǎng)，在美國得克薩斯州奧斯汀也有一家芯片工廠(chǎng)。
三星最大的半導體工廠(chǎng)便是平澤的P3工廠(chǎng)，該工廠(chǎng)從2020年年底開(kāi)始建設，歷時(shí)近兩年建成，從今年7月份開(kāi)始生產(chǎn)最尖端的NAND閃存芯片，未來(lái)可能還會(huì )生產(chǎn)應用處理器和其他半導體。
三星2022年第三季度財報顯示，其運營(yíng)利潤為10.85萬(wàn)億韓元，同比下滑31.4%，環(huán)比下降23%；凈利潤為9.39萬(wàn)億韓元，同比下滑23.6%。
由于需求下降和芯片供應過(guò)剩，各大廠(chǎng)商紛紛縮減投資。但三星在今年10月份表示，他們不會(huì )有意削減芯片產(chǎn)量，這與整個(gè)行業(yè)削減產(chǎn)量以滿(mǎn)足中長(cháng)期需求的趨勢相反。
三星的半導體野心
在全球晶圓代工行業(yè)，臺積電、三星兩家率先進(jìn)入到了10nm以下制程，都實(shí)現了7nm和5nm工藝的量產(chǎn)，并且還都在向更先進(jìn)的3nm工藝沖擊。
臺積電的芯片代工市場(chǎng)份額占到全球的半數以上，差不多在54%左右；而三星全球第二，但市場(chǎng)份額也只有18%左右，僅僅是臺積電的三分之一。臺積電在市場(chǎng)份額和技術(shù)上一直領(lǐng)先，但三星也一直在努力追趕。
三星制定了2030年重回半導體第一的目標，為此開(kāi)始大舉投資建廠(chǎng)，但還需要更多的關(guān)鍵制造設備 —— 那就是ASML的EUV光刻機。
為爭取更多的EUV光刻機，三星高層去年就到ASML總部爭取 。今年6月14日，三星副會(huì )長(cháng)李在镕造訪(fǎng)ASML荷蘭總部，拜會(huì )了ASML首席執行官Peter Wennink等高管，廣泛討論半導體技術(shù)的未來(lái)、市場(chǎng)前景及EUV設備的供應，并取得“額外”的EUV光刻機設備，不過(guò)三星未詳細說(shuō)明此次獲得的“額外”EUV設備內容。
報道稱(chēng)，今年ASML的EUV光刻機出貨量估計為51臺，此次三星若能爭取到更多EUV機臺，則今年至少可獲得18臺，臺積電則至少確保22臺。業(yè)界此前傳出，去年ASML的EUV設備年度出貨量為48臺，其中15臺由三星奪得，20臺由臺積電包辦。
ASML是全球唯一的高端芯片制程設備制造商，EUV設備的穩定供給，是三星超車(chē)臺積電、搶下全球半導體龍頭的關(guān)鍵。三星2000年代開(kāi)始與ASML在半導體制程與設備開(kāi)發(fā)方面進(jìn)行合作；2012年，三星入股ASML強化雙方伙伴關(guān)系。
對新一代High-NA EUV光刻機的爭奪
另外，三星還與ASML達成協(xié)議，爭取到了下一代高數值孔徑極紫外光刻機（High-NA EUV）光刻機，據ASML最新披露，High-NA EUV設備將于明年年底推出初始版本，量產(chǎn)型號將于2024年底或2025年初推出。
相比DUV浸沒(méi)式光刻機采用193nm波長(cháng)的深紫外光，EUV光刻系統中使用的極紫外光波長(cháng)僅為13.5nm。EUV單次曝光就可以替代DUV的多重曝光步驟，可以幫助芯片制造商繼續向7nm及以下更先進(jìn)的工藝推進(jìn)，同時(shí)提升效率和降低曝光成本。
然而，目前芯片制造商已將制造工藝推進(jìn)到3nm左右，如果要繼續推進(jìn)到2nm制程甚至更小的尺寸，就需要更高數值孔徑（NA）的High-NA EUV。相比目前的0.33數值孔徑的EUV光刻機，High-NA EUV光刻機將數值孔徑提升到0.55，可以進(jìn)一步提升設備的分辨率（根據瑞利公式，NA越大分辨率越高），通過(guò)多重曝光技術(shù)可支持2nm及以下芯片工藝的制造。
目前雖然三星宣布了3nm率先量產(chǎn)，但是3nm的新工藝還存在風(fēng)險，良率和功耗都還表現不佳，導致還沒(méi)有獲得任何一家美企的訂單。而臺積電沿用老工藝， 之前還表示各項數據優(yōu)于三星 。
三星、臺積電都在使用EUV光刻機生產(chǎn)制造3nm芯片，但實(shí)際上已經(jīng)有點(diǎn)力不從心了：三星采用了全新的GAA工藝，性能和功耗提升明顯，但良品率成了最大的問(wèn)題；臺積電采用傳統工藝，良品率得到了保證，但性能和功耗提升欠缺。并且，無(wú)論是三星的GAA工藝還是臺積電的傳統工藝都面臨成本高的問(wèn)題。
High-NA EUV光刻機交付后，更為先進(jìn)的技術(shù)能夠在單元面積中內置更多晶體管，從而進(jìn)一步提升性能、降低功耗和成本，也能夠加速2nm芯片的到來(lái)。
值得注意的是，三星在5/4nm時(shí)代因良率不佳導致訂單落后于臺積電后，希望通過(guò)下一代的產(chǎn)品技術(shù)革新扭轉局面。這種背景下獲得了新一代EUV光刻機的消息，有助于在跟臺積電的競爭中優(yōu)勢進(jìn)一步提升，就看誰(shuí)能率先利用起來(lái)。
目前，為了滿(mǎn)足高性能計算的需求，臺積電、三星、英特爾三大芯片制造商正在大力投資更先進(jìn)的3nm、2nm技術(shù)，所以EUV的放量及新一代High-NA EUV的入場(chǎng)成為了爭奪的關(guān)鍵。
未來(lái)的芯片設計會(huì )更加多樣化
人類(lèi)在芯片制造技術(shù)探索了半個(gè)世紀，從最初的微電子處理器到如今的高端納米制程工藝，可以說(shuō)實(shí)現了從地面到天上的飛躍。伴隨著(zhù)芯片制造技術(shù)的提升，一些半導體設備，制程工藝都在持續突破。
用EUV光刻機造高端芯片成為了行業(yè)常識，只有EUV光刻機的極紫外光源才能達到7nm、5nm等制程所需的分辨率和精度。
但是獲取EUV光刻機是有難度的，一方面價(jià)格昂貴不是所有廠(chǎng)商都能買(mǎi)得起，另一方面EUV光刻機產(chǎn)能有限，制造商ASML每年只能生產(chǎn)四五十臺左右的EUV光刻機。
芯片巨頭開(kāi)始擺脫EUV光刻機的依賴(lài)，探索新工藝、新方向。
美光科技繞過(guò)了EUV光刻機，在DUV光刻機的支持下采用1β（1-beta）制造工藝的DRAM內存芯片LPDDR5X-8500，將內存產(chǎn)品能效提升15%，內存密度提升35%。
據悉，美光已將其送樣給部分手機制造商、芯片平臺合作伙伴進(jìn)行驗證，并做好了量產(chǎn)準備。如果不出意外，要不了多久應該會(huì )進(jìn)入商用階段。
1β工藝之所以能得到較大的能效，密度提升，其實(shí)是用DUV光刻機進(jìn)行多重曝光，不僅實(shí)現了技術(shù)突破，而且繞開(kāi)EUV光刻機之后還能節省額外的設備成本費用。
根據美光對1β采用的制造工藝的介紹，這種設計在復雜度上遠超三星、海力士等同類(lèi)產(chǎn)品。因為目前DRAM的先進(jìn)性很大程度上取決于每平方毫米晶圓面積上集成半導體數量的能力，主要DRAM廠(chǎng)商目前基本上都是通過(guò)不斷縮小電路面積提高繼承度來(lái)進(jìn)行競爭的。
芯片制造商們不斷挖掘DUV光刻機的潛力，克服DUV光刻機的性能和EUV存在差距，把存在于理論的多重曝光用在了現實(shí)。
而在華為海思芯片代工受阻后，曾提出過(guò)通過(guò)芯片的分層疊加工藝，可以實(shí)現14nm工藝達到7nm的芯片集成度。思路和美光在DRAM上的思路有異曲同工之妙：設計芯片的焦點(diǎn)不再是緊盯光刻機的蝕刻纖細程度，而是轉向了用設計來(lái)抵消EUV帶來(lái)的更高精度。
事實(shí)上，近些年來(lái)芯片領(lǐng)域在先進(jìn)封裝技術(shù)、碳基芯片、光子芯片等領(lǐng)域都實(shí)現了突破。一旦芯片設計的多樣化手段進(jìn)入實(shí)際應用階段，光刻機的發(fā)展前景將不再一枝獨秀。
并且摩爾定律束縛的不僅僅是芯片的物理極限，還有半導體設備的技術(shù)天花板 —— ASML透露“下一代的NA EUV光刻機可能是最后一代NA，當前半導體光刻技術(shù)之路或已走到盡頭，不過(guò)正在研究其它可行性替代技術(shù)?！?/strong>
評論