“ASML新光刻機(jī)，太貴了！”

芯片界的印鈔機(jī)。

本文授權(quán)轉(zhuǎn)載自公眾號(hào)“半導(dǎo)體行業(yè)觀察”，ID：icbank，作者：編輯部。

據(jù)荷蘭公司最大客戶之一臺(tái)積電稱，ASML新型先進(jìn)芯片機(jī)器的價(jià)格令人望而生畏。“成本非常高，”臺(tái)積電高級(jí)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(tǒng)時(shí)說(shuō)道?！拔蚁矚gHigh NA EUV 的功能，但我不喜歡它的標(biāo)價(jià)。”（I like the high-NA EUV’s capability, but I don’t like the sticker price.）ASML的新機(jī)器可以用厚度僅為8納米的線壓印半導(dǎo)體，比上一代機(jī)器小1.7倍。每臺(tái)機(jī)器的成本為3.5億歐元（3.8億美元），重量相當(dāng)于兩架空客 A320 飛機(jī)。ASML是唯一一家生產(chǎn)制造最復(fù)雜半導(dǎo)體所需設(shè)備的公司，對(duì)其產(chǎn)品的需求是該行業(yè)健康狀況的風(fēng)向標(biāo)。英特爾公司已經(jīng)訂購(gòu)了最新的High NA EUV機(jī)器，并于12月底將第一臺(tái)機(jī)器運(yùn)送到俄勒岡州的一家工廠。但目前尚不清楚臺(tái)積電何時(shí)開(kāi)始購(gòu)買(mǎi)設(shè)備。Kevin表示，臺(tái)積電所謂的A16節(jié)點(diǎn)技術(shù)將于2026年末推出，無(wú)需使用ASML的High NA EUV機(jī)器，可以繼續(xù)依賴臺(tái)積電較舊的極紫外設(shè)備。“我認(rèn)為目前我們現(xiàn)有的 EUV 能力應(yīng)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(jì)意義以及“我們可以實(shí)現(xiàn)的技術(shù)平衡”。他拒絕評(píng)論該公司何時(shí)開(kāi)始從ASML訂購(gòu)High NA EUV機(jī)器。Zhang接著說(shuō)，工廠的運(yùn)營(yíng)成本，包括建筑、工具、電力和原材料等成本“不斷上升”。“這對(duì)整個(gè)行業(yè)來(lái)說(shuō)是一個(gè)集體挑戰(zhàn)，”他說(shuō)。
01.英特爾，買(mǎi)下早期所有產(chǎn)能？

在臺(tái)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(yīng)。根據(jù)韓媒TheElec報(bào)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(shè)備。消息人士稱，這家荷蘭晶圓廠設(shè)備制造商今年將生產(chǎn)五套該套件，這些套件將全部供應(yīng)給這家美國(guó)芯片制造商。他們表示，由于ASML High NA EUV設(shè)備的產(chǎn)能約為每年5至6臺(tái)，這意味著英特爾將獲得所有初始產(chǎn)能。英特爾正在俄勒岡州工廠啟動(dòng)并運(yùn)行第一臺(tái)High NA EUV機(jī)器，但預(yù)計(jì)要到2025年才能全面投入運(yùn)行。為了贏得客戶，英特爾比競(jìng)爭(zhēng)對(duì)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(fù)責(zé)人更換為經(jīng)驗(yàn)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(dǎo)體行業(yè)經(jīng)驗(yàn)。在此之前，他擔(dān)任Marvell Technologies定制、計(jì)算和存儲(chǔ)事業(yè)部硬件工程高級(jí)副總裁。更早之前，他擔(dān)任Global Foundries的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)副總裁，然后隨著Marvell在2019 年收購(gòu)Avera Semiconductor，他加入Marvell，并擔(dān)任業(yè)務(wù)負(fù)責(zé)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(yīng)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(jiān)表示：“隨著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(duì)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(shè)計(jì)目的，并且你有足夠的信心相信它會(huì)按計(jì)劃計(jì)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(rèn)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(kuò)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(duì)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(guó)廠商的躍躍欲試

在英特爾激進(jìn)，臺(tái)積電保守的同時(shí)，韓國(guó)的三星和SK海力士則相對(duì)猶豫。TheElec的報(bào)道指出，英特爾的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手三星和SK海力士預(yù)計(jì)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(nèi)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(jí)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(jì)的替代方案，而不是使用High NA EUV。對(duì)于內(nèi)存，他預(yù)測(cè)EUV的使用壽命總體上會(huì)較短，并指出在嘗試擴(kuò)展該技術(shù)時(shí)在性能和成本方面存在潛在挑戰(zhàn)。不過(guò)，他承認(rèn)，由于邏輯芯片的布局更加復(fù)雜，EUV可能會(huì)在更長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持相關(guān)性。“作為用戶，我總是關(guān)心總成本。”Kang說(shuō)。值得一提的是，在二月的時(shí)候，據(jù)韓媒報(bào)道，三星電子與ASML共同在韓國(guó)投資的半導(dǎo)體先進(jìn)制程研發(fā)中心預(yù)計(jì)自2027年起引進(jìn)High NA EUV設(shè)備。據(jù)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(shè)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(dāng)時(shí)的說(shuō)法，目前High NA EUV仍處于審查推出時(shí)機(jī)的階段，將根據(jù)市場(chǎng)狀況及客戶需求決定方向。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(bào)道說(shuō)，SK海力士計(jì)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(bào)道指出，繼1a DRAM之后，SK海力士還將EUV引入10納米級(jí)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(jí)第六代（1c）DRAM開(kāi)始增加EUV應(yīng)用層數(shù)量。High NA預(yù)計(jì)將從下一個(gè)項(xiàng)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(jì)劃，就像并行ArF和EUV一樣。目前的趨勢(shì)是提高EUV或High NA的滲透率，其中ArF占據(jù)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(yīng)用擴(kuò)展到DRAM。”
03.EUV，何去何從

對(duì)于High NA EUV，分析機(jī)構(gòu)Semi Analysis最早給出了悲觀預(yù)測(cè)。在文章中，Semianalysis的分析師對(duì)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(fù)雜性，但對(duì)于即將到來(lái)的技術(shù)節(jié)點(diǎn)（包括1.4nm/14A），High NA EUV單次圖案化成本明顯高于使用現(xiàn)有Low NA機(jī)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(xì)的間距特征?！盨emi Analysis寫(xiě)道。報(bào)道表示，不利的成本比較主要是劑量需求（dose requirements）呈指數(shù)增長(zhǎng)的結(jié)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(tǒng)計(jì)變化導(dǎo)致投影圖像扭曲。Semi Analysis聲稱，盡管ASML隨著時(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。這意味著隨著打印更精細(xì)的細(xì)節(jié)，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(xù)以最大吞吐量運(yùn)行?！癓ow NA雙重圖案化的吞吐量?jī)?yōu)勢(shì)非常強(qiáng)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(dāng)前領(lǐng)先的3nm工藝節(jié)點(diǎn)到1nm同等工藝節(jié)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(jìng)爭(zhēng)力的說(shuō)法?！昂翢o(wú)疑問(wèn)，從經(jīng)濟(jì)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(rèn)為我們目前看到的一切都表明，High NA顯然是邏輯和內(nèi)存方面最具成本效益的解決方案，”ASML前首席執(zhí)行官Peter Wennink在1月份表示。公司首席財(cái)務(wù)官羅杰·達(dá)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(bǔ)充道，“很明顯，有一些客戶渴望盡快使用它。”在2024年SPIE高級(jí)光刻+圖案化會(huì)議上，光刻膠供應(yīng)商JSR USA總裁馬克·斯萊扎克（Mark Slezak）則對(duì)EUV未來(lái)持樂(lè)觀態(tài)度。我認(rèn)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(rèn)為EUV的壽命會(huì)如此長(zhǎng)。如上所說(shuō)，參與該存儲(chǔ)芯片制造商光刻技術(shù)的三星研究員Young Seog Kang預(yù)測(cè)， EUV的使用壽命將很短，因?yàn)樗岢龅臄U(kuò)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(zhǎng)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(tǒng)工程總監(jiān)Jan van Shoot指出，有幾個(gè)旋鈕可以提高分辨率并擴(kuò)展EUV的實(shí)用性。一是數(shù)值孔徑，分辨率隨著數(shù)值孔徑的增加而增加。另一個(gè)稱為k1，該系數(shù)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(shù)值為0.33。第一個(gè)High NA工具的NA為0.55，現(xiàn)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(zhǔn)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(jì)算光刻和光學(xué)組經(jīng)理 Andreas Erdmann 在談到對(duì)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。”最后，EUV的長(zhǎng)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(xiàn)者，其中一些氣體的影響是二氧化碳的數(shù)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(yàn)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(bǔ)充道：“將目光投向半導(dǎo)體行業(yè)之外是有優(yōu)勢(shì)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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