EUV加速入场先进工艺竞争加剧

  在近日召开的“2022半导体EUV生态系统全球大会”上，全球最大的光刻机供应商荷兰ASML表示，今年其极紫外光刻机（EUV）生产量将超过50台。EUV的供应一直受到产能不足的限制。但从2019年的22台增加至今年的50台，预计ASML的EUV出货总量已达到180台，呈现加速入场之势。与此同时，三星、台积电和英特尔也在不断强化2/3nm的开发进程。EUV的加速入场亦将加剧芯片三巨头在先进工艺领域的争夺。

  近日，ASML表示，其EUV产量预计将从2019年的22台，增加到2020年的32台，2021年增加到42台，今年将超过50台。ASML还也宣布了扩产计划，到2025-2026年将EUV和DUV的产能分别提升到90台和600台。对于业界更为关注的下一代高数值孔径极紫外光刻机（High-NAEUV），ASML也做了新的披露。High-NAEUV的初期版本，预计将于明年年底推出，并于2025年年底正式商用。

  根据专家的介绍，相比DUV浸没式光刻机采用193nm波长的深紫外光，EUV光刻系统中使用的极紫外光波长仅为13.5nm。其单次曝光就可以替代DUV的多重曝光步骤，能够在一定程度上帮助芯片制造商继续向7nm及以下更先进的工艺推进，同时提升效率和降低曝光成本。然而，目前芯片制造商已将制造工艺推进到3nm左右，如果要继续推进到2nm制程甚至更小的尺寸，就需要更高数值孔径（NA）的High-NAEUV。相比目前的0.33数值孔径的EUV光刻机，High-NAEUV光刻机将数值孔径提升到0.55，能更加进一步提升设备的分辨率，通过多重曝光技术可支持2nm及以下芯片工艺的制造。

  目前，台积电、三星、英特尔等头部芯片制造商正在大力投资更先进的3nm、2nm技术，以满足高性能计算的需求。ASML新一代的高数值孔径High-NAEUV光刻机也就成为了争夺的关键。早在2021年7月，英特尔就宣布将在2024年量产Intel20A工艺（相当于2nm），并透露将率先采用High-NAEUV。今年9月，台积电研究发展资深副总经理米玉杰也对外表示，台积电将在2024年取得ASML新一代High-NAEUV光刻机，为客户发展相关的基础设施与架构解决方案。

  光刻机的争夺也推动了ASML业绩的增长。ASML首席执行官兼总裁Peter Wennink表示，虽然当前宏观环境带来了短期的不确定性，但市场对其的长期需求和公司产能仍将稳定发展。逐步扩大的应用空间和行业创新将继续推动半导体市场的增长。财报显示，ASML 2022年第三季度实现净销售额58亿欧元，毛利率为51.8%，净利润17亿欧元；预计第四季度净销售额约为61亿至66亿欧元，毛利率约为49%；基于第四季度预期的中位数，预计2022年营收约为211亿欧元。

  目前，三星、台积电和英特尔均在强化先进工艺的开发，EUV的加速入场则将加剧这一争夺态势。根据TrendForce集邦咨询的报告，在今年第二季度前十大晶圆代工产值中，台积电第二季度营收为181.5亿美元，5/4nm营收季增约11.1%，是第二季度营收表现最佳的工艺节点，7/6nm工艺节点营收环比增长2.8%。而现阶段，台积电的主要目标是提升3nm工艺的产量和良品率，并于2025年量产2nm工艺。其中，3nm工艺的升级版N3S、N3P将采用EUV，2nm工艺节点将使用Gate-all-aroundFETs（GAAFET）晶体管，相比3nm有10%～15%的性能提升，功耗降低25%～30%，生产中需要用到High-NAEUV。台积电业务开发资深副总经理张晓强表示，2024年有望取得High-NAEUV设备，初期将大多数都用在与合作伙伴一同研究，尚不会量产，具体的量产将会是在2025年。

  三星在5/4nm时代因良率不佳导致订单落后于台积电后，希望能够通过下一代的产品技术革新扭转局面。今年6月三星量产其第一代3nm GAE工艺。3nm GAP(GAA-Plus)是第一代3nm工艺的升级版，预计将于2024年推出。为了支持先进工艺的开发与量产，三星电子副会长李在镕今年6月即赴欧与ASML签署项协议，抢购EUV设备，预订明年推出的High-NAEUV。

  英特尔的追赶也很快，2021年量产Intel7（相当于10nm）工艺，今年下半年量产或做好量产Intel4（相当于7nm）的准备。2023年，英特尔将发布代号为Meteor Lake CPU的第14代酷睿，使用Intel4。这是英特尔第一个将使用EUV的生产节点。此后，英特尔还将量产Intel20A，它将普遍的使用EUV最大限度地提高晶体管密度，提供体面的性能改进，并降低功耗。在英特尔的计划中，这一工艺平台将与台积电第二、第三代3nm工艺技术（N3S、N3P）展开竞争。英特尔还在准备Intel18A（相当于1.8nm），进一步提升产品的PPA（性能、功率、面积）。对于Intel18A，英特尔计划使用High-NAEUV。

  可以看出，三星、台积电和英特尔三大芯片厂商都在致力于推进先进工艺，从10nm、7/5nm向3/2nm演进，并将关键时点放在了2024-2025年。这也是EUV放量以及新一代High-NAEUV量产的时间。EUV及新一代High-NAEUV的加速入场加剧了竞争过程。

  半导体专家莫大康撰文指出，对于2纳米技术，从工艺技术路径方面，三巨头可能无大的差异，都是从FinFET，走向GAA，再有一些变异，而采用的设备都一样，均为ASML的High-NA EUV光刻机。因此，从理论上讲，三家都可能成功,其中的差异化在于良率、产能及生产线管理等方面。但换一个角度来看，EUV设备应用的好坏，也在很大程度上，影响着三大厂商在先进工艺领域的竞争进程。