為了阻擊臺積電和日本半導體，韓國也是拼了

12 月中旬，韓國總統尹錫悅與荷蘭首相馬克·呂特發(fā)表聯(lián)合聲明，雙方構建「半導體同盟」。雙方一致認為，兩國在全球半導體供應鏈中有著(zhù)特殊的互補關(guān)系，并重申構建覆蓋政府、企業(yè)、高校的半導體同盟的決心。為此，雙方商定新設經(jīng)貿部門(mén)之間的半導體對話(huà)協(xié)商機制，同時(shí)推進(jìn)半導體專(zhuān)業(yè)人才培養項目。

陪同尹錫悅出訪(fǎng)的還有三星電子和 SK 海力士公司的高管團隊，這兩家芯片巨頭都是荷蘭 ASML 公司的主要客戶(hù)。

在變化多端的全球半導體市場(chǎng)，為了幫助由三星電子和 SK 海力士支撐的韓國半導體產(chǎn)業(yè)，尹錫悅走到了前臺，凸顯出韓國政府對于保持并提升本國半導體競爭力的決心。

幾周前，三星電子老板李在镕到荷蘭與 ASML 簽署了重要協(xié)議。從荷蘭返回韓國后，李在镕表示，對與 ASML 達成的協(xié)議感到滿(mǎn)意。在 EUV 爭奪戰愈加激烈的當下，對于三星、英特爾和臺積電這三強來(lái)說(shuō)，誰(shuí)先拿到 ASML 最先進(jìn)的 EUV 設備，且拿到的盡量多，誰(shuí)就在未來(lái)先進(jìn)制程芯片競賽中占得了先機。正因為如此，李在镕，甚至尹錫悅才如此積極地奔走。

據悉，按照協(xié)議規定，ASML 在 5 年內將提供總共 50 套設備（不止 EUV 光刻機），而每臺單價(jià)約為 2000 億韓元（約為 11.02 億元人民幣），總價(jià)值可達 10 萬(wàn)億韓元（約為 551 億元人民幣）。

最先進(jìn)制程之爭

綜合三星電子、臺積電和英特爾的規劃來(lái)看，2022-2023 年實(shí)現 3nm 制程量產(chǎn)，2025 年實(shí)現 2nm 量產(chǎn)。其中，三星和臺積電的競爭激烈，臺積電 3nm 仍堅持采用改良的 FinFET 晶體管技術(shù)，三星則選擇 GAAFET 技術(shù)。目前來(lái)看，臺積電 3nm 繼續保持市場(chǎng)領(lǐng)先地位，并獲得了全球多數大客戶(hù)的訂單。

三星電子在 2023 年推出了第二代 3nm 工藝，計劃 2025 年量產(chǎn) 2nm，2027 年推出 1.4nm，到 2030 年趕上臺積電。

2025 年，三星將推出 2nm（SF2）制程，據悉，該工藝將采用背面供電技術(shù)，這樣可以進(jìn)一步提升性能，因為供電電路被移到芯片背面，給正面留出了集成更多晶體管的空間。

在 2nm 制程之后，三星將增加晶體管的納米片數量，這樣可以增強驅動(dòng)電流，提高性能，因為更多的納米片允許更多的電流流過(guò)晶體管，從而增強其開(kāi)關(guān)能力和運行速度。更多的納米片還可以更好地控制電流，有助于減少漏電流，從而降低功耗。改進(jìn)的電流控制也意味著(zhù)晶體管產(chǎn)生的熱量更少，從而提高了電源效率。

據韓國媒體報道，三星晶圓代工部門(mén)正在整合優(yōu)勢資源，快速推進(jìn)其 2nm 生產(chǎn)計劃。

臺積電同樣計劃于 2025 年推出 2nm 制程，也將采用納米片工藝，到那時(shí)，三星已經(jīng)在 GAA 晶體管方面擁有豐富的經(jīng)驗，這對晶圓代工很有利。因此，三星對 2nm 制程寄予厚望，無(wú)論是工藝技術(shù)，還是良率，可以與臺積電分庭抗禮。

近期，臺積電已經(jīng)啟動(dòng)了 2nm 試產(chǎn)的前置作業(yè)，預計導入最先進(jìn) AI 系統來(lái)加速試產(chǎn)效率。目標是今年試產(chǎn)近千片，試產(chǎn)順利后，將導入后續建設完成的竹科寶山 Fab 20 廠(chǎng)，由該廠(chǎng)團隊接力沖刺 2024 年風(fēng)險試產(chǎn)與 2025 年量產(chǎn)目標。

EUV 設備越來(lái)越重要

無(wú)論是對于攻城的三星電子，還是對于守城的臺積電，必須打好 2nm 制程量產(chǎn)這一仗。而制程越先進(jìn)，對 EUV 光刻設備的依賴(lài)度越高，此時(shí)，ASML 占到了舞臺中央。

據悉，2024 全年，ASML 計劃生產(chǎn) 10 臺可生產(chǎn) 2nm 芯片的 EUV 設備，而英特爾可能已經(jīng)預先拿到了其中的 6 臺。這種情況下，三星與臺積電在這方面的競爭會(huì )更激烈。

在半導體設備領(lǐng)域，韓國在半導體測試等后道設備領(lǐng)域的國產(chǎn)化已經(jīng)取得重大進(jìn)展，在前道設備方面，光刻和離子注入機仍處于零國產(chǎn)化的狀態(tài)。韓國在 8 大半導體設備方面的國產(chǎn)化率如下：熱處理（70%），沉積（65%），清洗（65%），平整化（60%），蝕刻（50%），測量分析（30%），光刻 (0%)，離子注入 (0%)。

因此，三星需要將更多的 EUV 和離子注入設備，以及后續服務(wù)和技術(shù)支持引入到韓國本土，以提升其先進(jìn)制程工藝的開(kāi)發(fā)和量產(chǎn)效率。為此，三星電子與 ASML 簽署了一份價(jià)值 1 萬(wàn)億韓元（7.55 億美元）的協(xié)議。兩家公司將在韓國投資建設一家半導體研究工廠(chǎng)，在那里開(kāi)發(fā) EUV 技術(shù)。三星電子副董事長(cháng)兼設備解決方案部門(mén)負責人 Kyung Kye-hyun 強調，該協(xié)議將幫助其獲得下一代高 NA（數值孔徑）EUV 光刻設備。

在韓國京畿道東灘即將建成的半導體研究工廠(chǎng)中，ASML 和三星電子的工程師將共同改進(jìn) EUV 技術(shù)。當然，這并不是要在韓國生產(chǎn)光刻機，而是要與 ASML 建立更深入的合作伙伴關(guān)系，以便三星可以更好地使用最新 EUV 設備。

先進(jìn)存儲芯片也在追求 EUV

以上談的是晶圓代工以及邏輯芯片（CPU、GPU 等處理器）采用的先進(jìn)制程需要更多的 EUV 設備，除此之外，近些年，先進(jìn)存儲芯片也需要 EUV，這方面，三星電子和 SK 海力士依然是需求大戶(hù)，這兩家與美光科技正在這方面進(jìn)行競爭。

近些年，存儲芯片，特別是 DRAM 的制程進(jìn)入了 10nm~20nm 時(shí)代，而且越來(lái)越趨近于 10nm，這樣，常用的 DUV 光刻機就難以滿(mǎn)足最先進(jìn)制程 DRAM 的要求，行業(yè)三巨頭也逐步在產(chǎn)線(xiàn)上引入了 EUV 設備。

2020 年 3 月，三星電子率先使用 EUV 光刻機生產(chǎn) DRAM；2021 年 7 月，SK 海力士宣布利用 EUV 量產(chǎn)了 LPDDR4 內存；2021 年 10 月，三星電子開(kāi)始用 EUV 大規模生產(chǎn) 14nm 制程 DRAM。

標準型 DRAM 芯片需求量遠遠大于單種類(lèi)型邏輯芯片，三星電子的 1Znm 制程 DRAM 量產(chǎn)結果表明，相比于 DUV 光刻機，EUV 極大簡(jiǎn)化了制造流程，不僅可以大幅度提高光刻分辨率和 DRAM 性能，還可以減少使用的掩模數量，從而減少流程步驟，降低缺陷率，并大幅縮短生產(chǎn)周期。

即使 EUV 掩模費用（數百萬(wàn)美元）遠高于 DUV，使用 EUV 光刻機量產(chǎn) DRAM 也具有更高的性?xún)r(jià)比。

近兩年，三星電子和 SK 海力士將 EUV 光刻機引入 1Znm 制程 DRAM 的量產(chǎn)進(jìn)展順利，并演進(jìn)到了第五代 1β制程。相對而言，DRAM 三巨頭中的美光較為保守，沒(méi)有立即跟進(jìn)使用 EUV。不過(guò)，到了 2022 年，看到使用 EUV 生產(chǎn) DRAM 的諸多好處后，美光也按耐不住了。

據悉，美光將把 EUV 光刻機引入到該公司在日本的新產(chǎn)線(xiàn)，投資約 36 億美元用于 1-Gamma 制程工藝，美光可以從日本政府那里獲得 15 億美元的補貼。

顯然，在用 EUV 制造 DRAM 方面，韓國兩強已經(jīng)走在了前面。韓國政府出面推動(dòng)與荷蘭和 ASML 的深度合作，有助于三星和 SK 海力士存儲芯片的后續量產(chǎn)升級。

應對日本的半導體復興

最近，韓國政府如此積極地參與本土半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展，還有一個(gè)刺激因素，那就是日本政府和產(chǎn)業(yè)界正在集體行動(dòng)，想復興本土的半導體產(chǎn)業(yè)。

日本企業(yè)曾在全球半導體市場(chǎng)占據主導地位，在上世紀 80 年代后期占據了 50% 以上的市場(chǎng)份額，但他們目前的份額已經(jīng)下降到 10% 左右。盡管在某些領(lǐng)域仍保持著(zhù)競爭力，例如功率半導體，以及半導體設備和材料，但總體來(lái)看，日本需要的很多品類(lèi)芯片都依賴(lài)進(jìn)口，特別是先進(jìn)制程（16nm 及以下）芯片，其本土幾乎是一片荒漠。

近兩年，日本政府一直致力于提升本土先進(jìn)制程芯片的制造能力，并采取了一系列措施。

為了打造本土半導體供應鏈，日本政府祭出了大量補貼，不僅吸引臺積電落腳日本，力積電也將在宮城縣以合資方式與日方合作設廠(chǎng)，加上聯(lián)電既有的三重縣晶圓廠(chǎng)，中國臺灣四大晶圓代工廠(chǎng)中，已有三家布局日本。

據悉，臺積電熊本新廠(chǎng)主建筑已建設完畢并開(kāi)始移機，有望于 2024 年第四季度開(kāi)始量產(chǎn)。臺積電還有可能在日本建第二座晶圓廠(chǎng)。

除了鼓勵外企前往當地投資建廠(chǎng)，日本政府還在 2022 年 8 月籌組了由豐田、索尼、NTT、NEC、軟銀、電裝（Denso）、鎧俠、三菱 UFJ 等 8 家日企及官方共同成立的 Rapidus 公司，目標是在 2025 年開(kāi)始試產(chǎn) 2nm 芯片，2027 年實(shí)現量產(chǎn)。

據日本媒體報道，ASML 將于 2024 年在日本北海道設立新的技術(shù)支持中心，以協(xié)助 Rapidus 的 2nm 晶圓廠(chǎng)安裝和維護 EUV 光刻設備。

Rapidus 董事長(cháng)東哲郎表示，為了打造最先進(jìn)芯片制造產(chǎn)線(xiàn)，預計將投資 7 萬(wàn)億日元（約合 540 億美元），才能在 2027 年量產(chǎn)。之前，8 家參股企業(yè)和日本政府提供的補貼資金遠遠不夠。今年 4 月，日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省敲定計劃，將額外向 Rapidus 提供 3000 億日元（約 22.7 億美元）補貼。但這依然不夠，它們需要投下重注。

雖然日本在先進(jìn)制程芯片方面很弱，但該國在半導體材料方面處于世界領(lǐng)先地位，半導體前段工序常用的材料一共 19 種，其中 14 種都由日本企業(yè)主導，特別是 10nm 制程以下的光刻膠，基本上只有日企能夠生產(chǎn)。這對韓國來(lái)說(shuō)是個(gè)不小的問(wèn)題，因為韓國先進(jìn)芯片制造所需的關(guān)鍵半導體材料大都需要從日本進(jìn)口，4 年前，因為兩國政府和民間因一些事端出現對抗情緒，日本切斷了向韓國出口相關(guān)半導體材料的渠道，特別是光刻膠，韓國的相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)品沒(méi)有競爭力。這使得韓國政府和相關(guān)企業(yè)，特別是三星電子和 SK 海力士非常被動(dòng)。

今年上半年，日本產(chǎn)業(yè)革新投資機構（JIC）同意收購光刻膠巨頭 JSR，它擁有全球三成左右的市場(chǎng)份額。這家投資機構的背后，就是日本政府。

光刻膠是光刻工藝中最為核心的材料，它的純度、質(zhì)量直接決定芯片的良率。

三星集團 CEO 曾表示：「如果缺少光刻膠，那么光刻機就是一堆廢鐵?！?/p>

2019 年，日本跟韓國翻臉，日本不準向韓國出口光刻膠，這在很大程度上影響了三星電子先進(jìn)制程芯片的生產(chǎn)，特別是良率，直線(xiàn)下滑，因為它只能用純度不夠的光刻膠。

韓國深受教訓，韓國政府在那時(shí)就立志要強化本土半導體材料的供應能力。2022 年 12 月，三星宣布，韓國東進(jìn)世美肯 (Dongjin Semichem) 研發(fā)的 EUV 光刻膠已成功應用于芯片生產(chǎn)，東進(jìn)也是第一家把 EUV 光刻膠本土化做到量產(chǎn)水平的韓國公司。

Dongjin Semichem 在日本實(shí)施出口管制之后就開(kāi)始研發(fā)光刻膠，并于 2020 年聘請 ASML Korea 前 CEO Kim Young-sun 為副會(huì )長(cháng)，為進(jìn)軍 EUV 光刻膠業(yè)務(wù)打下基礎。據韓媒 ETNews 報道，Dongjin Semichem 制定了 High NA EUV 光刻膠開(kāi)發(fā)路線(xiàn)圖，從今年下半年啟動(dòng)研發(fā)項目，目標是最快在 2025 上半年完成技術(shù)開(kāi)發(fā)。

結語(yǔ)

英特爾的改變，使得先進(jìn)制程的競爭更加激烈，行業(yè)三強將在 2nm 制程芯片量產(chǎn)時(shí)走到歷史進(jìn)程中最接近的時(shí)段，無(wú)論是技術(shù)，還是量產(chǎn)能力，很可能是是幾十年來(lái)差距最小的，而且是三家同時(shí)競爭。

隨著(zhù)應用需求的發(fā)展，存儲芯片對制程工藝的要求也越來(lái)越高，發(fā)展到 10nm 以下先進(jìn)制程是遲早的事。

日本作為亞洲半導體業(yè)曾經(jīng)的霸主，后來(lái)被韓國拉下馬，如今，日本又開(kāi)啟了復興之路。

在以上這些競爭和壓力面前，韓國政府和相關(guān)企業(yè)的競爭意識不斷加強，不進(jìn)則退，需要更多行動(dòng)和措施，才能保持住它們的行業(yè)地位。