“ASML新光刻機，太貴了！”

芯片界的印鈔機。

本文授權轉載自公眾號“半導體行業(yè)觀(guān)察”，ID：icbank，作者：編輯部。

據荷蘭公司最大客戶(hù)之一臺積電稱(chēng)，ASML新型先進(jìn)芯片機器的價(jià)格令人望而生畏。“成本非常高，”臺積電高級副總裁Kevin Zhang周二在阿姆斯特丹舉行的一個(gè)技術(shù)研討會(huì )上談到ASML最新的High NA EUV系統時(shí)說(shuō)道?！拔蚁矚gHigh NA EUV 的功能，但我不喜歡它的標價(jià)?！保↖ like the high-NA EUV’s capability, but I don’t like the sticker price.）ASML的新機器可以用厚度僅為8納米的線(xiàn)壓印半導體，比上一代機器小1.7倍。每臺機器的成本為3.5億歐元（3.8億美元），重量相當于兩架空客 A320 飛機。ASML是唯一一家生產(chǎn)制造最復雜半導體所需設備的公司，對其產(chǎn)品的需求是該行業(yè)健康狀況的風(fēng)向標。英特爾公司已經(jīng)訂購了最新的High NA EUV機器，并于12月底將第一臺機器運送到俄勒岡州的一家工廠(chǎng)。但目前尚不清楚臺積電何時(shí)開(kāi)始購買(mǎi)設備。Kevin表示，臺積電所謂的A16節點(diǎn)技術(shù)將于2026年末推出，無(wú)需使用ASML的High NA EUV機器，可以繼續依賴(lài)臺積電較舊的極紫外設備?！拔艺J為目前我們現有的 EUV 能力應該能夠支持這一點(diǎn)，”他表示。他進(jìn)一步說(shuō)，使用新的ASML技術(shù)將取決于它在哪里最具有經(jīng)濟意義以及“我們可以實(shí)現的技術(shù)平衡”。他拒絕評論該公司何時(shí)開(kāi)始從ASML訂購High NA EUV機器。Zhang接著(zhù)說(shuō)，工廠(chǎng)的運營(yíng)成本，包括建筑、工具、電力和原材料等成本“不斷上升”?！斑@對整個(gè)行業(yè)來(lái)說(shuō)是一個(gè)集體挑戰，”他說(shuō)。
01.英特爾，買(mǎi)下早期所有產(chǎn)能？

在臺積電還在猶豫的時(shí)候，英特爾已經(jīng)買(mǎi)下了High NA EUV的所有供應。根據韓媒TheElec報道，截至明年上半年，英特爾已獲得ASML生產(chǎn)的大部分High NA EUV設備。消息人士稱(chēng)，這家荷蘭晶圓廠(chǎng)設備制造商今年將生產(chǎn)五套該套件，這些套件將全部供應給這家美國芯片制造商。他們表示，由于A(yíng)SML High NA EUV設備的產(chǎn)能約為每年5至6臺，這意味著(zhù)英特爾將獲得所有初始產(chǎn)能。英特爾正在俄勒岡州工廠(chǎng)啟動(dòng)并運行第一臺High NA EUV機器，但預計要到2025年才能全面投入運行。為了贏(yíng)得客戶(hù)，英特爾比競爭對手更快地采用High NA EUV。該公司于2021 年重新進(jìn)入代工市場(chǎng)，但去年該業(yè)務(wù)虧損70億美元。在最近，他們更是將公司的晶圓代工業(yè)務(wù)負責人更換為經(jīng)驗豐富的Kevin O'Buckley。資料顯示，O'Buckley加入英特爾時(shí)擁有超過(guò)25年的半導體行業(yè)經(jīng)驗。在此之前，他擔任Marvell Technologies定制、計算和存儲事業(yè)部硬件工程高級副總裁。更早之前，他擔任Global Foundries的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)副總裁，然后隨著(zhù)Marvell在2019 年收購Avera Semiconductor，他加入Marvell，并擔任業(yè)務(wù)負責人。在更早之前，他在IBM領(lǐng)先的技術(shù)開(kāi)發(fā)和制造組織工作了17年多。O'Buckley擁有阿爾弗雷德大學(xué)電氣工程理學(xué)學(xué)士學(xué)位和佛蒙特大學(xué)電氣工程理學(xué)碩士學(xué)位。關(guān)于High NA EUV的應用，英特爾院士兼英特爾代工邏輯技術(shù)開(kāi)發(fā)光刻、硬件和解決方案總監表示：“隨著(zhù)High NA EUV的加入，英特爾將擁有業(yè)界最全面的光刻工具箱，使該公司能夠在本十年后半段推動(dòng)超越Intel 18A的未來(lái)工藝能力?！?/span>Mark Phillips同時(shí)指出，對于具有最小特征的芯片層，High NA EUV光刻比Low NA EUV雙圖案化更具成本效益?！叭绻銓⑺糜谠O計目的，并且你有足夠的信心相信它會(huì )按計劃計劃你的流程以利用它們，那么是的，High NA肯定是成本有效，”Mark Phillips說(shuō)。為此英特爾認為，High NA EUV工具將在先進(jìn)芯片開(kāi)發(fā)和下一代處理器的生產(chǎn)中發(fā)揮關(guān)鍵作用。英特爾代工廠(chǎng)是業(yè)界High NA EUV的先行者，將能夠在芯片制造方面提供前所未有的精度和可擴展性，使該公司能夠開(kāi)發(fā)具有最具創(chuàng )新性的特性和功能的芯片，這對于推動(dòng)人工智能的進(jìn)步至關(guān)重要和其他新興技術(shù)。
02.韓國廠(chǎng)商的躍躍欲試

在英特爾激進(jìn)，臺積電保守的同時(shí)，韓國的三星和SK海力士則相對猶豫。TheElec的報道指出，英特爾的競爭對手三星和SK海力士預計將在明年下半年的某個(gè)時(shí)候獲得該套件。但三星參與內存生產(chǎn)的研究員Young Seog Kang在三月底于加利福尼亞州圣何塞舉行的SPIE高級光刻+圖案化會(huì )議上表示，Low NA EUV已經(jīng)投入使用，芯片制造商可能更愿意使用Low NA EUV的雙圖案化或采用先進(jìn)的封裝技術(shù)作為更經(jīng)濟的替代方案，而不是使用High NA EUV。對于內存，他預測EUV的使用壽命總體上會(huì )較短，并指出在嘗試擴展該技術(shù)時(shí)在性能和成本方面存在潛在挑戰。不過(guò)，他承認，由于邏輯芯片的布局更加復雜，EUV可能會(huì )在更長(cháng)時(shí)間內保持相關(guān)性。“作為用戶(hù)，我總是關(guān)心總成本?！盞ang說(shuō)。值得一提的是，在二月的時(shí)候，據韓媒報道，三星電子與ASML共同在韓國投資的半導體先進(jìn)制程研發(fā)中心預計自2027年起引進(jìn)High NA EUV設備。據悉，該研發(fā)中心是為High NA EUV而興建，總投資金額1兆韓元（約7.6億美元），最快于2027年引進(jìn)設備，因需經(jīng)過(guò)許可流程，最快將于2024年12月或2025年動(dòng)工。按照三星當時(shí)的說(shuō)法，目前High NA EUV仍處于審查推出時(shí)機的階段，將根據市場(chǎng)狀況及客戶(hù)需求決定方向。三星與ASML的合作，比起快速引進(jìn)High NA EUV，更重要的是ASML和三星的工程師一同進(jìn)行研發(fā)，使三星能夠更完善地使用High NA EUV。至于SK海力士方面，去年八月，韓媒ddaily報道說(shuō)，SK海力士計劃從明年（也就是2024年）開(kāi)始采用“High NA”工藝生產(chǎn)DRAM原型。報道指出，繼1a DRAM之后，SK海力士還將EUV引入10納米級第五代（1b）DRAM。每層僅使用EUV工藝。此前，SK海力士宣布將從10納米級第六代（1c）DRAM開(kāi)始增加EUV應用層數量。High NA預計將從下一個(gè)項目開(kāi)始參與。此外，SK海力士目前正在考慮將這兩種技術(shù)與High NA混合的計劃，就像并行ArF和EUV一樣。目前的趨勢是提高EUV或High NA的滲透率，其中ArF占據壓倒性份額。SK海力士解釋說(shuō)，“我們無(wú)法透露未來(lái)的產(chǎn)品，但我們將把EUV和High NA的應用擴展到DRAM?！?/span>
03.EUV，何去何從

對于High NA EUV，分析機構Semi Analysis最早給出了悲觀(guān)預測。在文章中，Semianalysis的分析師對High NA工具的成本效益提出了質(zhì)疑?！拔覀兊墓饪棠Ｐ捅砻?，盡管降低了復雜性，但對于即將到來(lái)的技術(shù)節點(diǎn)（包括1.4nm/14A），High NA EUV單次圖案化成本明顯高于使用現有Low NA機器進(jìn)行的雙重圖案化。此外，多重圖案化Low NA EUV能夠比High NA EUV更精細的間距特征?！盨emi Analysis寫(xiě)道。報道表示，不利的成本比較主要是劑量需求（dose requirements）呈指數增長(cháng)的結果。打印較小的特征需要更高劑量的光——更多的光子——以防止統計變化導致投影圖像扭曲。Semi Analysis聲稱(chēng)，盡管ASML隨著(zhù)時(shí)間的推移一直在增加源功率，但它并沒(méi)有跟上增加的劑量要求。這意味著(zhù)隨著(zhù)打印更精細的細節，曝光時(shí)間需要增加，從而減慢光刻過(guò)程并增加成本。同時(shí)，不受劑量要求的限制，0.33-NA掃描儀繼續以最大吞吐量運行?！癓ow NA雙重圖案化的吞吐量?jì)?yōu)勢非常強大，盡管需要兩倍的晶圓通過(guò)掃描儀，但光刻成本卻低于High NA單次曝光。我們的模型表明，從當前領(lǐng)先的3nm工藝節點(diǎn)到1nm同等工藝節點(diǎn)，這一點(diǎn)都是正確的?！盨emi Analysis表示。不過(guò)，ASML 駁回了所有有關(guān)High NA不具有競爭力的說(shuō)法?！昂翢o(wú)疑問(wèn)，從經(jīng)濟角度來(lái)看，High NA是正確的選擇。前一段時(shí)間這曾經(jīng)是一個(gè)問(wèn)題，但我認為我們目前看到的一切都表明，High NA顯然是邏輯和內存方面最具成本效益的解決方案，”ASML前首席執行官Peter Wennink在1月份表示。公司首席財務(wù)官羅杰·達森（Roger Dassen）指出，迄今為止（1月中旬）已有十多種High NA工具獲得了良好的訂單量，他補充道，“很明顯，有一些客戶(hù)渴望盡快使用它?！?/span>在2024年SPIE高級光刻+圖案化會(huì )議上，光刻膠供應商JSR USA總裁馬克·斯萊扎克（Mark Slezak）則對EUV未來(lái)持樂(lè )觀(guān)態(tài)度。我認為我們有一條20年的跑道?！彼f(shuō)。然而，小組中的其他人并不認為EUV的壽命會(huì )如此長(cháng)。如上所說(shuō)，參與該存儲芯片制造商光刻技術(shù)的三星研究員Young Seog Kang預測， EUV的使用壽命將很短，因為所提出的擴展該技術(shù)的方法將遇到性能和成本問(wèn)題。小組中的其他人則介于這兩個(gè)極端之間。英特爾掩模業(yè)務(wù)副總裁兼總經(jīng)理Frank Abboud指出，相移掩模（phase shift masks ）在DUV中被證明非常有益，有助于延長(cháng)該技術(shù)的壽命和性能。這種掩模利用相位差產(chǎn)生的干擾來(lái)提高圖像分辨率。目前尚未生產(chǎn)出用于EUV光刻的相移掩模，但它們可能會(huì )生產(chǎn)出來(lái)。“到目前為止，這似乎是可行的?！盇bboud說(shuō)。光刻工具制造商ASML的系統工程總監Jan van Shoot指出，有幾個(gè)旋鈕可以提高分辨率并擴展EUV的實(shí)用性。一是數值孔徑，分辨率隨著(zhù)數值孔徑的增加而增加。另一個(gè)稱(chēng)為k1，該系數取決于與芯片制造相關(guān)的許多因素。提高EUV NA的工作已經(jīng)在進(jìn)行中，目前該數值為0.33。第一個(gè)High NA工具的NA為0.55，現已就位。但在解決k1問(wèn)題上幾乎沒(méi)有采取任何措施。van Shoot表示，ASML正在開(kāi)發(fā)一種新的照明器，并采取其他措施來(lái)提高k1 。“我們沒(méi)有所有的解決方案，但我們有一些有前途的想法?！彼f(shuō)。EUV 目前的照明技術(shù)與使用準分子激光器的DUV的照明技術(shù)有很大不同。由此產(chǎn)生的光束在空間和光譜上具有緊密的輪廓。Fraunhofer IISB計算光刻和光學(xué)組經(jīng)理 Andreas Erdmann 在談到對EUV照明技術(shù)的期望改進(jìn)時(shí)表示：“帶寬較小會(huì )很有用?！?/span>最后，EUV的長(cháng)期前景可能由技術(shù)本身之外的因素決定。IMEC主要技術(shù)人員Emily Gallagher指出，未來(lái)EUV可能會(huì )遇到各種資源限制和環(huán)境障礙。例如，含氟氣體可能是溫室氣體排放的重要貢獻者，其中一些氣體的影響是二氧化碳的數萬(wàn)倍。該行業(yè)正在努力消除氟，但這樣做可能需要使用替代品重新驗證工藝，這需要一些時(shí)間。因此，該行業(yè)可能必須找到減少氟排放的方法，要么通過(guò)焚燒或其他方式破壞氣體，要么通過(guò)捕獲它。這種減排變得越來(lái)越容易，部分原因是芯片制造商并不是唯一需要使用氟化氣體但又不讓它逸散到環(huán)境中的企業(yè)。“越來(lái)越多的解決方案正在開(kāi)發(fā)中，”Gallagher談到減排時(shí)說(shuō)道。然后她補充道：“將目光投向半導體行業(yè)之外是有優(yōu)勢的?！?/span>

參考鏈接：

https://www.channelnewsasia.com/business/tsmc-says-can-make-next-generation-chips-without-asmls-new-machine-4334771

https://bits-chips.nl/artikel/samsung-utters-high-na-skepticism-too/

https://spie.org/news/panel-discusses-the-future-of-euv?webSyncID=753b3a43-6ba9-2d10-b602-8d2728359d1d&sessionGUID=5549d2c2-256d-e2c7-b289-576224e24dc8#_=_

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