為了阻擊臺積電和日本半導(dǎo)體，韓國也是拼了

12 月中旬，韓國總統(tǒng)尹錫悅與荷蘭首相馬克·呂特發(fā)表聯(lián)合聲明，雙方構(gòu)建「半導(dǎo)體同盟」。雙方一致認(rèn)為，兩國在全球半導(dǎo)體供應(yīng)鏈中有著特殊的互補關(guān)系，并重申構(gòu)建覆蓋政府、企業(yè)、高校的半導(dǎo)體同盟的決心。為此，雙方商定新設(shè)經(jīng)貿(mào)部門之間的半導(dǎo)體對話協(xié)商機制，同時推進(jìn)半導(dǎo)體專業(yè)人才培養(yǎng)項目。

陪同尹錫悅出訪的還有三星電子和 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。

在變化多端的全球半導(dǎo)體市場，為了幫助由三星電子和 SK 海力士支撐的韓國半導(dǎo)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(dǎo)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(dá)成的協(xié)議感到滿意。在 EUV 爭奪戰(zhàn)愈加激烈的當(dāng)下，對于三星、英特爾和臺積電這三強來說，誰先拿到 ASML 最先進(jìn)的 EUV 設(shè)備，且拿到的盡量多，誰就在未來先進(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(jù)悉，按照協(xié)議規(guī)定，ASML 在 5 年內(nèi)將提供總共 50 套設(shè)備（不止 EUV 光刻機），而每臺單價約為 2000 億韓元（約為 11.02 億元人民幣），總價值可達(dá) 10 萬億韓元（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(guī)劃來看，2022-2023 年實現(xiàn) 3nm 制程量產(chǎn)，2025 年實現(xiàn) 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)。目前來看，臺積電 3nm 繼續(xù)保持市場領(lǐng)先地位，并獲得了全球多數(shù)大客戶的訂單。

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(jù)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(shù)量，這樣可以增強驅(qū)動電流，提高性能，因為更多的納米片允許更多的電流流過晶體管，從而增強其開關(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晶體管產(chǎn)生的熱量更少，從而提高了電源效率。

據(jù)韓國媒體報道，三星晶圓代工部門正在整合優(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，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)啟動了 2nm 試產(chǎn)的前置作業(yè)，預(yù)計導(dǎo)入最先進(jìn) AI 系統(tǒng)來加速試產(chǎn)效率。目標(biāo)是今年試產(chǎn)近千片，試產(chǎn)順利后，將導(dǎo)入后續(xù)建設(shè)完成的竹科寶山 Fab 20 廠，由該廠團隊接力沖刺 2024 年風(fēng)險試產(chǎn)與 2025 年量產(chǎn)目標(biāo)。

EUV 設(shè)備越來越重要

無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(shè)備的依賴度越高，此時，ASML 占到了舞臺中央。

據(jù)悉，2024 全年，ASML 計劃生產(chǎn) 10 臺可生產(chǎn) 2nm 芯片的 EUV 設(shè)備，而英特爾可能已經(jīng)預(yù)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更激烈。

在半導(dǎo)體設(shè)備領(lǐng)域，韓國在半導(dǎo)體測試等后道設(shè)備領(lǐng)域的國產(chǎn)化已經(jīng)取得重大進(jìn)展，在前道設(shè)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(dǎo)體設(shè)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(shè)備，以及后續(xù)服務(wù)和技術(shù)支持引入到韓國本土，以提升其先進(jìn)制程工藝的開發(fā)和量產(chǎn)效率。為此，三星電子與 ASML 簽署了一份價值 1 萬億韓元（7.55 億美元）的協(xié)議。兩家公司將在韓國投資建設(shè)一家半導(dǎo)體研究工廠，在那里開發(fā) EUV 技術(shù)。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 強調(diào)，該協(xié)議將幫助其獲得下一代高 NA（數(shù)值孔徑）EUV 光刻設(shè)備。

在韓國京畿道東灘即將建成的半導(dǎo)體研究工廠中，ASML 和三星電子的工程師將共同改進(jìn) EUV 技術(shù)。當(dāng)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(shè)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(shè)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，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 時代，而且越來越趨近于 10nm，這樣，常用的 DUV 光刻機就難以滿足最先進(jìn)制程 DRAM 的要求，行業(yè)三巨頭也逐步在產(chǎn)線上引入了 EUV 設(shè)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(nèi)存；2021 年 10 月，三星電子開始用 EUV 大規(guī)模生產(chǎn) 14nm 制程 DRAM。

標(biāo)準(zhǔn)型 DRAM 芯片需求量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于單種類型邏輯芯片，三星電子的 1Znm 制程 DRAM 量產(chǎn)結(jié)果表明，相比于 DUV 光刻機，EUV 極大簡化了制造流程，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(shù)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(shù)百萬美元）遠(yuǎn)高于 DUV，使用 EUV 光刻機量產(chǎn) DRAM 也具有更高的性價比。

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，沒有立即跟進(jìn)使用 EUV。不過，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(jù)悉，美光將把 EUV 光刻機引入到該公司在日本的新產(chǎn)線，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(xù)量產(chǎn)升級。

應(yīng)對日本的半導(dǎo)體復(fù)興

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

日本企業(yè)曾在全球半導(dǎo)體市場占據(jù)主導(dǎo)地位，在上世紀(jì) 80 年代后期占據(jù)了 50% 以上的市場份額，但他們目前的份額已經(jīng)下降到 10% 左右。盡管在某些領(lǐng)域仍保持著競爭力，例如功率半導(dǎo)體，以及半導(dǎo)體設(shè)備和材料，但總體來看，日本需要的很多品類芯片都依賴進(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(dǎo)體供應(yīng)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(shè)廠，加上聯(lián)電既有的三重縣晶圓廠，中國臺灣四大晶圓代工廠中，已有三家布局日本。

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

除了鼓勵外企前往當(dāng)?shù)赝顿Y建廠，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(biāo)是在 2025 年開始試產(chǎn) 2nm 芯片，2027 年實現(xiàn)量產(chǎn)。

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

Rapidus 董事長東哲郎表示，為了打造最先進(jìn)芯片制造產(chǎn)線，預(yù)計將投資 7 萬億日元（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(yuǎn)遠(yuǎn)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(dǎo)體材料方面處于世界領(lǐng)先地位，半導(dǎo)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(dǎo)，特別是 10nm 制程以下的光刻膠，基本上只有日企能夠生產(chǎn)。這對韓國來說是個不小的問題，因為韓國先進(jìn)芯片制造所需的關(guān)鍵半導(dǎo)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(xiàn)對抗情緒，日本切斷了向韓國出口相關(guān)半導(dǎo)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。

今年上半年，日本產(chǎn)業(yè)革新投資機構(gòu)（JIC）同意收購光刻膠巨頭 JSR，它擁有全球三成左右的市場份額。這家投資機構(gòu)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(zhǔn)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，直線下滑，因為它只能用純度不夠的光刻膠。

韓國深受教訓(xùn)，韓國政府在那時就立志要強化本土半導(dǎo)體材料的供應(yīng)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(yīng)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 在日本實施出口管制之后就開始研發(fā)光刻膠，并于 2020 年聘請 ASML Korea 前 CEO Kim Young-sun 為副會長，為進(jìn)軍 EUV 光刻膠業(yè)務(wù)打下基礎(chǔ)。據(jù)韓媒 ETNews 報道，Dongjin Semichem 制定了 High NA EUV 光刻膠開發(fā)路線圖，從今年下半年啟動研發(fā)項目，目標(biāo)是最快在 2025 上半年完成技術(shù)開發(fā)。

結(jié)語

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)時走到歷史進(jìn)程中最接近的時段，無論是技術(shù)，還是量產(chǎn)能力，很可能是是幾十年來差距最小的，而且是三家同時競爭。

隨著應(yīng)用需求的發(fā)展，存儲芯片對制程工藝的要求也越來越高，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(dǎo)體業(yè)曾經(jīng)的霸主，后來被韓國拉下馬，如今，日本又開啟了復(fù)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，需要更多行動和措施，才能保持住它們的行業(yè)地位。