EUV光刻機(jī)變數(shù)陡增

作者：暢秋

最近，關(guān)于EUV光刻機(jī)，又有勁爆消息傳出。

據(jù)外媒報(bào)道，有消息人士透露，由于美國施壓，ASML向荷蘭政府官員保證，在特殊情況下，該公司有能力遠(yuǎn)程癱瘓（remotely disable）臺(tái)積電使用的EUV光刻機(jī)。知情人士稱，ASML擁有“鎖死開關(guān)”（kill switch），可以遠(yuǎn)端強(qiáng)制關(guān)閉EUV。

針對(duì)這一消息，有專家表示，遠(yuǎn)程癱瘓或關(guān)閉EUV，技術(shù)上是可行的。由于全球90%的先進(jìn)制程（7nm及以下）芯片都是在中國臺(tái)灣生產(chǎn)制造的，因此，遠(yuǎn)程癱瘓EUV光刻機(jī)的消息在行業(yè)掀起了不小的波瀾。

ASML是唯一一家有能力制造EUV設(shè)備的廠商，過去幾年里，每年可生產(chǎn)約40臺(tái)這樣的設(shè)備。今年2月，該公司財(cái)務(wù)長Roger Dassen在接受采訪時(shí)表示，計(jì)劃2024年把產(chǎn)量提高到約60臺(tái)，而一臺(tái)EUV光刻機(jī)的價(jià)格高達(dá)2.3億美元，這還只是新設(shè)備初代版本的價(jià)格，之后的更新版本會(huì)更貴。

?01、臺(tái)積電受益頗多

多年來，臺(tái)積電是EUV設(shè)備的最大買家，也因?yàn)橛辛诉@些設(shè)備，使其不斷鞏固著晶圓代工龍頭一哥的地位，特別是在先進(jìn)制程方面，臺(tái)積電積累了豐富的技術(shù)、工藝和經(jīng)驗(yàn)，使其能夠越來越從容、靈活地使用EUV光刻機(jī)，以提高生產(chǎn)率，并盡量降低使用成本。2019年，臺(tái)積電擁有全球42%的EUV光刻機(jī)安裝量，2020年則增加到了50%。

近幾年，雖然三星和英特爾不斷增加EUV設(shè)備購買量，臺(tái)積電安裝量的全球占比依然在上升，目前約為56%，到2024年底，該晶圓代工龍頭的EUV光刻機(jī)數(shù)量有望比2019年增長10倍。現(xiàn)在，臺(tái)積電采用EUV設(shè)備生產(chǎn)的晶圓數(shù)量是2019年的30倍，與增加10倍的光刻機(jī)數(shù)量相比，其產(chǎn)量增長更為可觀，這凸顯出該龍頭廠商在經(jīng)過多年的使用和積累后，能夠不斷提高EUV的生產(chǎn)效率、縮短維修時(shí)間并減少總體停機(jī)時(shí)間。

EUV光刻系統(tǒng)的耗電量是非常大的，臺(tái)積電通過未公開的節(jié)能技術(shù)，成功地將EUV光刻機(jī)的功耗降低了24%，該公司計(jì)劃在2030年前將每臺(tái)EUV設(shè)備的單位晶圓能效提高1.5倍。

?02、越來越貴，臺(tái)積電也發(fā)愁

雖然EUV光刻機(jī)是個(gè)好東西，特別是對(duì)于7nm以下的先進(jìn)制程來說，它是不可或缺的，但是，隨著系統(tǒng)越來越復(fù)雜，這些設(shè)備的價(jià)格越來越昂貴，即使是臺(tái)積電這樣的龍頭企業(yè)，也不能再像以前那樣任意購買了。

最近，臺(tái)積電高級(jí)副總裁Kevin Zhang在阿姆斯特丹的一個(gè)技術(shù)研討會(huì)上表示，新的high-NA（高數(shù)值孔徑）EUV光刻機(jī)成本非常高，短期內(nèi)不考慮采用。ASML推出的這款最新EUV光刻機(jī)可以8nm的分辨率刻印集成電路，然而，這一堪稱“人類科技巔峰”的設(shè)備，每臺(tái)耗資高達(dá)3.5億歐元(約3.8億美元)，重量則相當(dāng)于兩架空客A320，運(yùn)輸和裝配非常復(fù)雜。

與ASML生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)款EUV光刻機(jī)相比，新的high-NA EUV設(shè)備的最大特點(diǎn)就是使用了更大的數(shù)值孔徑，high-NA EUV采用0.55NA鏡頭，能夠?qū)崿F(xiàn)8nm級(jí)別的分辨率，而標(biāo)準(zhǔn)EUV使用的是0.33NA鏡頭。因此，這種新產(chǎn)品能夠在晶圓上刻印出更小的特征尺寸，它對(duì)于2nm及以下制程芯片研發(fā)和生產(chǎn)至關(guān)重要。

然而，不斷上升的成本使得3nm及以下制程芯片制造進(jìn)程變得更加困難。臺(tái)積電的KevinZhang表示，該公司的A16制程（1.6nm）將于2026年底推出，但不會(huì)使用high-NA EUV光刻機(jī)，可以繼續(xù)依賴臺(tái)積電舊款的EUV設(shè)備。他表示：“我喜歡high-NA EUV的性能，但是否使用它將取決于它在哪個(gè)層面最具經(jīng)濟(jì)意義，以及我們能夠?qū)崿F(xiàn)的技術(shù)平衡。”“經(jīng)營一家大型芯片制造工廠的成本，包括建筑、設(shè)備、工具、電力和原材料等，而這些一直在上漲。這是整個(gè)行業(yè)所面臨的共同挑戰(zhàn)”，Kevin Zhang說。

?03、美國攪局

近些年，美國在大力發(fā)展本土的芯片制造業(yè)，特別是先進(jìn)制程工藝技術(shù)。為此，美國政府推出了多項(xiàng)扶持本土企業(yè)的優(yōu)惠政策，以及資金支持，受惠最大的就是英特爾。在美國政府高額補(bǔ)貼的支持下，英特爾正在大舉進(jìn)軍晶圓代工市場(chǎng)，為了奪回曾經(jīng)不可動(dòng)搖的芯片制造技術(shù)優(yōu)勢(shì)，該公司將更多的資源放在了EUV光刻機(jī)上，成為了該消費(fèi)市場(chǎng)的頭號(hào)玩家。

2023年12月，ASML表示，已開始向英特爾交付第一臺(tái)High-NA EUV系統(tǒng)的主要部件，被運(yùn)往了英特爾位于俄勒岡州的D1X工廠，該公司在去年的一份聲明中表示，D1X是開發(fā)和完善其未來芯片制造技術(shù)的關(guān)鍵設(shè)施。英特爾CEO帕特·基辛格（Pat Gelsinger）曾表示，他的公司將獲得第一臺(tái)這種新型設(shè)備，以表明其重返芯片制造技術(shù)最前沿的決心。Oddo BHF分析師在一份報(bào)告中表示，ASML的第一款高數(shù)值孔徑EUV設(shè)備名為Twinscan EXE：5200，售價(jià)約為2.5億歐元（2.75億美元）。

分析師在與該公司會(huì)面后表示，第二代高數(shù)值孔徑EUV設(shè)備稱為EXE：5200B，將具有更高的生產(chǎn)率，其價(jià)格將超過3.5億歐元。在獲得Twinscan EXE：5200之前，英特爾購買了EXE：5000，該公司使用它來學(xué)習(xí)如何更好地使用High-NA EUV設(shè)備，并用于18A制程工藝技術(shù)研發(fā)，積累經(jīng)驗(yàn)。英特爾計(jì)劃從 2025年開始使用Twinscan EXE：5200量產(chǎn)18A制程芯片。

由于高數(shù)值孔徑與低數(shù)值孔徑光刻機(jī)有許多不同之處，需要對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行大量更改，因此，在競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手之前部署Twinscan EXE：5200對(duì)英特爾來說是一個(gè)優(yōu)勢(shì)。一方面，該公司有足夠的時(shí)間來調(diào)整其18A工藝技術(shù)，另一方面，可以調(diào)整High-NA基礎(chǔ)設(shè)施。這些會(huì)使英特爾比臺(tái)積電和三星更具優(yōu)勢(shì)。

據(jù)悉，2024年，ASML將生產(chǎn)10臺(tái)High-NA EUV設(shè)備，英特爾將獲得其中的6臺(tái)。除了英特爾，三星也在尋求獲得高數(shù)值孔徑EUV，三星電子副董事長兼設(shè)備解決方案部門負(fù)責(zé)人Kyung Kye-hyun表示，該公司與ASML就采購高數(shù)值孔徑EUV達(dá)成了協(xié)議。“三星已經(jīng)確保了獲得高數(shù)值孔徑EUV設(shè)備技術(shù)的優(yōu)先權(quán)”，Kyung Kye-hyun說：“我相信，從長遠(yuǎn)來看，我們創(chuàng)造了一個(gè)機(jī)會(huì)，可以優(yōu)化高數(shù)值孔徑技術(shù)在DRAM和邏輯芯片生產(chǎn)中的使用。”

?04、拋售ASML股份

12年前，ASML為了維持運(yùn)營，發(fā)行了有限投票權(quán)的股票給三大客戶。2012年8月~9月，英特爾、三星、臺(tái)積電一共投資了65億美元給ASML，其中英特爾持有超過15%的股份，三星持有3%，臺(tái)積電持有5%。后來，ASML的股價(jià)一路狂飚，三星、臺(tái)積電、英特爾不斷減持ASML的股份套現(xiàn)，雖然減持，卻還是保留了一部分，因?yàn)橛辛斯蓶|身份，有利于爭(zhēng)奪EUV光刻機(jī)。不過，2024年2月，有媒體報(bào)道稱，三星已經(jīng)將所持ASML的所有剩余股份賣光了，套現(xiàn)65億元人民幣。三星表示，要將套現(xiàn)的這筆錢，用于半導(dǎo)體工藝技術(shù)升級(jí)。

事實(shí)上，臺(tái)積電也基本將ASML的股份賣光了，只有英特爾還留有一點(diǎn)點(diǎn)，但也非常少，幾乎可以忽略了。為何這三家大廠都選擇拋售ASML的股份呢？一方面，自然是因?yàn)橥顿Y賺到了大錢，當(dāng)初的投資到現(xiàn)在至少賺了10倍。

另外，現(xiàn)在的EUV光刻機(jī)，似乎沒以前那么香了，首先是ASML的產(chǎn)能提升了不少，不必像以前那么去搶了（High-NA EUV除外），同時(shí)，ASML的EUV光刻機(jī)，升級(jí)換代越來越難了，ASML之前表示，0.55 NA之后，很難再升級(jí)，也許是最后一代了，要升級(jí)可能也要到2030年了。再有，硅基芯片已經(jīng)發(fā)展到物理極限了，進(jìn)步越來越難，后續(xù)可能會(huì)是光電芯片、碳基芯片、量子芯片等等，EUV光刻機(jī)的行業(yè)地位和前途并不像以前那么明朗了。

?05、EUV市場(chǎng)變動(dòng)，中國有可為

近些年，由于美國施壓，ASML不能把EUV光刻機(jī)賣給中國大陸晶圓廠。2024年1月，ASML公司證實(shí)，為遵從美國的管制措施，荷蘭政府吊銷了2023年頒發(fā)的NXT：2050i和NXT：2100i DUV（深紫外線）光刻系統(tǒng)出口許可證，影響了中國客戶。

NXT：2050i是一款高生產(chǎn)率、雙級(jí)浸潤式DUV光刻機(jī)，專為在先進(jìn)制程節(jié)點(diǎn)上批量加工12英寸晶圓而設(shè)計(jì)，NXT：2100i則是NXT：2050i的后續(xù)產(chǎn)品，配備了新的投影光學(xué)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。過去數(shù)年中，中國大陸是ASML的全球第三大市場(chǎng)，僅次于中國臺(tái)灣和韓國。

在2023年第三季度，中國大陸成了ASML光刻機(jī)最大出口市場(chǎng)，占到其銷售總量的46%。ASML前任CEO溫尼克（Peter Wennink）在2023年10月對(duì)投資者表示，來自美國的限制措施將影響到該企業(yè)約15%的對(duì)華銷售份額。

今年4月，美國政府再度向荷蘭施壓，要求ASML限制對(duì)中國大陸部分設(shè)備提供服務(wù)。溫尼克曾公開反對(duì)美國的限制措施，并警告說，這些限制會(huì)刺激中國開發(fā)新技術(shù)，對(duì)ASML構(gòu)成競(jìng)爭(zhēng)。他曾在接受媒體采訪時(shí)說：“你給他們施加的壓力越大，他們就越有可能加倍努力。”確實(shí)如溫尼克所說，限制會(huì)激發(fā)潛能。

以2023年8月華為推出的Mate 60系列手機(jī)為例，當(dāng)時(shí)，可以說震驚了全球半導(dǎo)體業(yè)，業(yè)內(nèi)都在討論用DUV設(shè)備制造先進(jìn)制程芯片的話題，而這些芯片原本是需要用到EUV設(shè)備的。其實(shí)，用DUV設(shè)備制造先進(jìn)制程芯片，比使用EUV更復(fù)雜，例如，需要通過增加CVD層spacer實(shí)現(xiàn)自對(duì)準(zhǔn)，以及四次曝光疊加才能完成第一層:Fin，精度要1nm左右，光是首層多重曝光就大幅提高了光刻成本，3~4個(gè)光罩加上四次浸沒光刻，復(fù)雜且反復(fù)的光刻必將導(dǎo)致良率下降，這些都是成本啊。

不過，有得就有失，在沒有EUV光刻機(jī)的情況下，能夠利用DUV設(shè)備制造出先進(jìn)制程芯片，而且用時(shí)比人們想象的要短，已經(jīng)很厲害了。梁孟松先生在2020年辭職信里提到，3年多完成先進(jìn)制程工藝研發(fā)的三級(jí)跳，依靠的不是EUV設(shè)備，而是工程師們?cè)诰A廠的know-how上面，做出了奇跡般的貢獻(xiàn)和傳遞。在全球EUV光刻機(jī)市場(chǎng)出現(xiàn)較大變局的當(dāng)下（臺(tái)積電不再依賴于最貴的新設(shè)備，美國和英特爾攪局，三大晶圓廠拋售ASML股份，以及ASML有能力遠(yuǎn)程癱瘓臺(tái)積電EUV設(shè)備），中國可以有更多作為。

據(jù)悉，臺(tái)積電將在2025年投入量產(chǎn)的2nm芯片，可能不再采用EUV激光，而是下一代技術(shù)PUV，也被稱為軟X射線技術(shù)，這是一種波長為6.5nm的鈮激光技術(shù)，PUV設(shè)備是科學(xué)家用于拍攝原子化學(xué)物理現(xiàn)象的工具。據(jù)悉，該技術(shù)最初是由IBM研發(fā)的，美國工藝戰(zhàn)略研究報(bào)告認(rèn)為，這是美國超越臺(tái)積電的重要機(jī)會(huì)。在研發(fā)EUV光刻機(jī)的同時(shí)，中國也應(yīng)該關(guān)注PUV的發(fā)展，并在必要時(shí)給予資源傾斜。

EUV光刻機(jī)解決的是芯片內(nèi)部的性能和速度問題，而芯片與芯片之間的連接和通信也非常重要，芯片運(yùn)行速度再快，也會(huì)受到芯片間信息傳輸?shù)南拗疲@一點(diǎn)，近些年業(yè)界大廠越來越重視，例如，英偉達(dá)正在研發(fā)各種光傳輸技術(shù)，用于串聯(lián)超級(jí)人工智能模型的大腦。在全球EUV市場(chǎng)出現(xiàn)較大變化的當(dāng)下，中國可以多管齊下，盡量做更多的技術(shù)研發(fā)和儲(chǔ)備，以便能夠應(yīng)對(duì)將來出現(xiàn)的更大技術(shù)和市場(chǎng)變革。