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EUV加速入场,先进工艺竞争加剧

    来源:中国电子报、电子信息产业网    作者:编辑部  2022-12-19
导读

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

来源:中国电子报、电子信息产业网  编辑部

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。

2025年EUV年产能将达90台

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-NA EUV),ASML也做了新的披露。High-NA EUV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,可以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-NA EUV。相比目前的0.33数值孔径的EUV光刻机,High-NA EUV光刻机将数值孔径提升到0.55,可以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-NA EUV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Intel 20A工艺(相当于2nm),并透露将率先采用High-NA EUV。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-NA EUV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。不断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,ASML2022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。

芯片大厂加紧争购EUV

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-around FETs(GAAFET)晶体管,相比3nm有10%~15%的性能提升,功耗降低25%~30%,生产中需要使用到High-NA EUV。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-NA EUV设备,初期将主要用于与合作伙伴共同研究,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3nmGAE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-NA EUV。

英特尔的追赶也很快,2021年量产Intel 7(相当于10nm)工艺,今年下半年量产或做好量产Intel 4(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Intel 4。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,它将广泛使用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),进一步提高产品的PPA(性能、功率、面积)。对于Intel18A,英特尔计划使用High-NA EUV。

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-NA EUV量产的时间。EUV及新一代High-NA EUV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。

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