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EUV光刻機變數陡增

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?最近,關于EUV光刻機,又有勁爆消息傳出。

據外媒報道,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,該公司有能力遠程癱瘓(remotely disable)臺積電使用的EUV光刻機。知情人士稱,ASML擁有“鎖死開關”(kill switch),可以遠端強制關閉EUV。

針對這一消息,有專家表示,遠程癱瘓或關閉EUV,技術上是可行的。

由于全球90%的先進制程(7nm及以下)芯片都是在中國臺灣生產制造的,因此,遠程癱瘓EUV光刻機的消息在行業掀起了不小的波瀾。

ASML是唯一一家有能力制造EUV設備的廠商,過去幾年里,每年可生產約40臺這樣的設備。今年2月,該公司財務長Roger Dassen在接受采訪時表示,計劃2024年把產量提高到約60臺,而一臺EUV光刻機的價格高達2.3億美元,這還只是新設備初代版本的價格,之后的更新版本會更貴。

01

臺積電受益頗多

多年來,臺積電是EUV設備的最大買家,也因為有了這些設備,使其不斷鞏固著晶圓代工龍頭一哥的地位,特別是在先進制程方面,臺積電積累了豐富的技術、工藝和經驗,使其能夠越來越從容、靈活地使用EUV光刻機,以提高生產率,并盡量降低使用成本。

2019年,臺積電擁有全球42%的EUV光刻機安裝量,2020年則增加到了50%。近幾年,雖然三星和英特爾不斷增加EUV設備購買量,臺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光刻機數量有望比2019年增長10倍。

現在,臺積電采用EUV設備生產的晶圓數量是2019年的30倍,與增加10倍的光刻機數量相比,其產量增長更為可觀,這凸顯出該龍頭廠商在經過多年的使用和積累后,能夠不斷提高EUV的生產效率、縮短維修時間并減少總體停機時間。

EUV光刻系統的耗電量是非常大的,臺積電通過未公開的節能技術,成功地將EUV光刻機的功耗降低了24%,該公司計劃在2030年前將每臺EUV設備的單位晶圓能效提高1.5倍。

02

越來越貴,臺積電也發愁

雖然EUV光刻機是個好東西,特別是對于7nm以下的先進制程來說,它是不可或缺的,但是,隨著系統越來越復雜,這些設備的價格越來越昂貴,即使是臺積電這樣的龍頭企業,也不能再像以前那樣任意購買了。

最近,臺積電高級副總裁Kevin Zhang在阿姆斯特丹的一個技術研討會上表示,新的high-NA(高數值孔徑)EUV光刻機成本非常高,短期內不考慮采用。

ASML推出的這款最新EUV光刻機可以8nm的分辨率刻印集成電路,然而,這一堪稱“人類科技巔峰”的設備,每臺耗資高達3.5億歐元(約3.8億美元),重量則相當于兩架空客A320,運輸和裝配非常復雜。

與ASML生產的標準款EUV光刻機相比,新的high-NA EUV設備的最大特點就是使用了更大的數值孔徑,high-NA EUV采用0.55NA鏡頭,能夠實現8nm級別的分辨率,而標準EUV使用的是0.33NA鏡頭。因此,這種新產品能夠在晶圓上刻印出更小的特征尺寸,它對于2nm及以下制程芯片研發和生產至關重要。

然而,不斷上升的成本使得3nm及以下制程芯片制造進程變得更加困難。臺積電的KevinZhang表示,該公司的A16制程(1.6nm)將于2026年底推出,但不會使用high-NA EUV光刻機,可以繼續依賴臺積電舊款的EUV設備。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層面最具經濟意義,以及我們能夠實現的技術平衡。”

“經營一家大型芯片制造工廠的成本,包括建筑、設備、工具、電力和原材料等,而這些一直在上漲。這是整個行業所面臨的共同挑戰”,Kevin Zhang說。

03

美國攪局

近些年,美國在大力發展本土的芯片制造業,特別是先進制程工藝技術。為此,美國政府推出了多項扶持本土企業的優惠政策,以及資金支持,受惠最大的就是英特爾。

在美國政府高額補貼的支持下,英特爾正在大舉進軍晶圓代工市場,為了奪回曾經不可動搖的芯片制造技術優勢,該公司將更多的資源放在了EUV光刻機上,成為了該消費市場的頭號玩家。

2023年12月,ASML表示,已開始向英特爾交付第一臺High-NA EUV系統的主要部件,被運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是開發和完善其未來芯片制造技術的關鍵設施。

英特爾CEO帕特·基辛格(Pat Gelsinger)曾表示,他的公司將獲得第一臺這種新型設備,以表明其重返芯片制造技術最前沿的決心。

Oddo BHF分析師在一份報告中表示,ASML的第一款高數值孔徑EUV設備名為Twinscan EXE:5200,售價約為2.5億歐元(2.75億美元)。分析師在與該公司會面后表示,第二代高數值孔徑EUV設備稱為EXE:5200B,將具有更高的生產率,其價格將超過3.5億歐元。

在獲得Twinscan EXE:5200之前,英特爾購買了EXE:5000,該公司使用它來學習如何更好地使用High-NA EUV設備,并用于18A制程工藝技術研發,積累經驗。英特爾計劃從 2025年開始使用Twinscan EXE:5200量產18A制程芯片。

由于高數值孔徑與低數值孔徑光刻機有許多不同之處,需要對基礎設施進行大量更改,因此,在競爭對手之前部署Twinscan EXE:5200對英特爾來說是一個優勢。一方面,該公司有足夠的時間來調整其18A工藝技術,另一方面,可以調整High-NA基礎設施。這些會使英特爾比臺積電和三星更具優勢。

據悉,2024年,ASML將生產10臺High-NA EUV設備,英特爾將獲得其中的6臺。

除了英特爾,三星也在尋求獲得高數值孔徑EUV,三星電子副董事長兼設備解決方案部門負責人Kyung Kye-hyun表示,該公司與ASML就采購高數值孔徑EUV達成了協議。

“三星已經確保了獲得高數值孔徑EUV設備技術的優先權”,Kyung Kye-hyun說:“我相信,從長遠來看,我們創造了一個機會,可以優化高數值孔徑技術在DRAM和邏輯芯片生產中的使用。”

04

拋售ASML股份

12年前,ASML為了維持運營,發行了有限投票權的股票給三大客戶。2012年8月~9月,英特爾、三星、臺積電一共投資了65億美元給ASML,其中英特爾持有超過15%的股份,三星持有3%,臺積電持有5%。

后來,ASML的股價一路狂飚,三星、臺積電、英特爾不斷減持ASML的股份套現,雖然減持,卻還是保留了一部分,因為有了股東身份,有利于爭奪EUV光刻機。

不過,2024年2月,有媒體報道稱,三星已經將所持ASML的所有剩余股份賣光了,套現65億元人民幣。三星表示,要將套現的這筆錢,用于半導體工藝技術升級。

事實上,臺積電也基本將ASML的股份賣光了,只有英特爾還留有一點點,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,自然是因為投資賺到了大錢,當初的投資到現在至少賺了10倍。

另外,現在的EUV光刻機,似乎沒以前那么香了,首先是ASML的產能提升了不少,不必像以前那么去搶了(High-NA EUV除外),同時,ASML的EUV光刻機,升級換代越來越難了,ASML之前表示,0.55 NA之后,很難再升級,也許是最后一代了,要升級可能也要到2030年了。

再有,硅基芯片已經發展到物理極限了,進步越來越難,后續可能會是光電芯片、碳基芯片、量子芯片等等,EUV光刻機的行業地位和前途并不像以前那么明朗了。

05

EUV市場變動,中國有可為

近些年,由于美國施壓,ASML不能把EUV光刻機賣給中國大陸晶圓廠。

2024年1月,ASML公司證實,為遵從美國的管制措施,荷蘭政府吊銷了2023年頒發的NXT:2050i和NXT:2100i DUV(深紫外線)光刻系統出口許可證,影響了中國客戶。

NXT:2050i是一款高生產率、雙級浸潤式DUV光刻機,專為在先進制程節點上批量加工12英寸晶圓而設計,NXT:2100i則是NXT:2050i的后續產品,配備了新的投影光學調節系統。

過去數年中,中國大陸是ASML的全球第三大市場,僅次于中國臺灣和韓國。在2023年第三季度,中國大陸成了ASML光刻機最大出口市場,占到其銷售總量的46%。

ASML前任CEO溫尼克(Peter Wennink)在2023年10月對投資者表示,來自美國的限制措施將影響到該企業約15%的對華銷售份額。今年4月,美國政府再度向荷蘭施壓,要求ASML限制對中國大陸部分設備提供服務。溫尼克曾公開反對美國的限制措施,并警告說,這些限制會刺激中國開發新技術,對ASML構成競爭。他曾在接受媒體采訪時說:“你給他們施加的壓力越大,他們就越有可能加倍努力。”

確實如溫尼克所說,限制會激發潛能。以2023年8月華為推出的Mate 60系列手機為例,當時,可以說震驚了全球半導體業,業內都在討論用DUV設備制造先進制程芯片的話題,而這些芯片原本是需要用到EUV設備的。

其實,用DUV設備制造先進制程芯片,比使用EUV更復雜,例如,需要通過增加CVD層spacer實現自對準,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個光罩加上四次浸沒光刻,復雜且反復的光刻必將導致良率下降,這些都是成本啊。不過,有得就有失,在沒有EUV光刻機的情況下,能夠利用DUV設備制造出先進制程芯片,而且用時比人們想象的要短,已經很厲害了。

梁孟松先生在2020年辭職信里提到,3年多完成先進制程工藝研發的三級跳,依靠的不是EUV設備,而是工程師們在晶圓廠的know-how上面,做出了奇跡般的貢獻和傳遞。

在全球EUV光刻機市場出現較大變局的當下(臺積電不再依賴于最貴的新設備,美國和英特爾攪局,三大晶圓廠拋售ASML股份,以及ASML有能力遠程癱瘓臺積電EUV設備),中國可以有更多作為。

據悉,臺積電將在2025年投入量產的2nm芯片,可能不再采用EUV激光,而是下一代技術PUV,也被稱為軟X射線技術,這是一種波長為6.5nm的鈮激光技術,PUV設備是科學家用于拍攝原子化學物理現象的工具。據悉,該技術最初是由IBM研發的,美國工藝戰略研究報告認為,這是美國超越臺積電的重要機會。

在研發EUV光刻機的同時,中國也應該關注PUV的發展,并在必要時給予資源傾斜。

EUV光刻機解決的是芯片內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,芯片運行速度再快,也會受到芯片間信息傳輸的限制,這一點,近些年業界大廠越來越重視,例如,英偉達正在研發各種光傳輸技術,用于串聯超級人工智能模型的大腦。

在全球EUV市場出現較大變化的當下,中國可以多管齊下,盡量做更多的技術研發和儲備,以便能夠應對將來出現的更大技術和市場變革。

       原文標題 : EUV光刻機變數陡增

聲明: 本文由入駐維科號的作者撰寫,觀點僅代表作者本人,不代表OFweek立場。如有侵權或其他問題,請聯系舉報。

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