前言：
各大巨头在未来仍将围绕High-NA EUV设备展开激烈竞争，争相导入或宣布市场进展，预示着半导体行业将迎来新一轮技术革新。
目前，英特尔、台积电、三星、SK海力士等晶圆制造大厂已纷纷对High-NA EUV光刻机表现出强烈的关注与行动。
作者 | 方文三
图片来源 | 网 络
High-NA EUV光刻机到来，巨头们承压下角逐
如今，随着ASML High-NA EUV光刻机的问世，半导体行业迎来新的竞争高潮。
ASML露面的High NA EUV光刻机，为2纳米技术揭开神秘面纱。
这一新一代光刻机的售价高达3.5亿欧元，约合人民币27亿元，将成为全球三大晶圆制造厂实现2纳米以下先进制程大规模量产的必备设备。
然而，这一高性能光刻机的价格是当前EUV光刻机的两倍，从而带来设备成本的大幅增加。
虽然这一技术将推动芯片制造迈向2纳米以下的先进制程，但其高昂的成本也让企业权衡再三。
高昂的设备成本成为各晶圆大厂的巨大负担，目前0.33NA EUV光刻机售价约1.81亿美元每台。
如此高昂的价格，对半导体厂商而言无疑是一种巨大的负担。
以英特尔为例，2023年英特尔代工业务亏损70亿美元，其中采用下一代EUV光刻机而造成的成本负担便是原因之一。
台积电也曾多次指出下一代 EUV 设备价格太贵，甚至表示A16先进制程节点并不一定需要 High NA EUV。
而困于良率瓶颈的三星，在如此高昂的设备成本面前同样十分挣扎，在其SF1.4节点的宣传中甚至都未提到High NA。
台积电原计划于2026年下半年开始量产1.6纳米制程技术，并随后采用High-NA EUV技术。
台积电：掌握主动权优势，未来不激进于最新一代
台积电正在积极安装对于先进工艺至关重要的EUV光刻机，以应付2nm工艺的量产，今年和明年将接收超过60台EUV光刻机，投入的资金额超过4000亿新台币（约合123亿美元。
2024-2025年将接受60台EUV光刻机，但也指出下一代EUV设备价格太贵，对成本有所顾虑。
虽然ASML方面已确认将在2024年内向台积电交付High-NA EUV光刻机，但这一机台仅用于制程开发目的。
台积电暂无在2025-2026年引入量产用High-NA EUV光刻机的规划。
随着系统复杂性的增加，这些设备的成本亦随之攀升，即便是像台积电这样的行业巨头，也难以像以往那样毫无顾忌地进行采购。
在阿姆斯特丹举行的一场技术研讨会上，台积电的高级副总裁Kevin Zhang明确指出，新型high-NA（高数值孔径）EUV光刻机的成本极高，短期内公司不会考虑引进该技术。
台积电计划于2026年底推出的A16制程（1.6纳米）将不会采用high-NA EUV光刻机，而是继续依赖公司现有的EUV设备。
他强调：[虽然high-NA EUV技术的性能令人向往，但是否采用将基于其在经济层面的最优化考量，以及我们在技术上能否达到一个平衡点。]
根据[晶圆厂设备制造商]的消息源，台积电预计不会在其即将推出的2nm和1.4nm工艺节点上采用High NA机器，这两个节点预计分别于2025年和2027年左右推出。
相反，台积电计划将High NA机器的采用推迟至1nm工艺，这可能需要大约六年的时间，这使得台积电在采纳最新芯片制造技术方面落后于其竞争对手数年。
选择Low NA还是High NA机器的关键在于掩模版的制作是采用单次曝光还是多次曝光。
Low NA机器需要多次曝光，这会增加缺陷出现的概率，从而降低产量。
而High NA机器仅需一次曝光即可完成，这降低了工艺的复杂性，减少了错误发生的可能性，并且节省了制造过程的时间。
正如Tom所言，现有的13nm机器通过两次曝光可以制作出与High NA 8nm机器单次曝光相同的掩模版。
鉴于此，技术升级并非保持行业领先地位的必要条件，这解释了为何像台积电这样的公司可能会选择等待一段时间。
相较于竞争对手，台积电能够借助持续的生产实践累积宝贵的经验数据并优化其工艺流程，进而构建起一个[订单驱动-技术迭代-再获订单]的良性循环体系。
换言之，台积电拥有一个极为庞大的优质客户群，这些客户协助他们调试各类设备的缺陷，这正是三星和英特尔所缺乏的。
英特尔：本土政策助力，率先订购新设备
此前因在EUV上的决策失误，包括未采用 EUV 光刻技术以及[Tick-Tock]战略的失败，导致英特尔逐渐掉队，市场份额被蚕食。
英特尔在过去几年中，在10nm节点面临各种困难，被台积电及三星超越。
在EUV技术研发上，英特尔是全球重要推手，但在10nm节点没有选择EUV光刻，而是尝试了新的SAQP四重曝光技术，目标是不依赖EUV光刻机也能生产先进工艺。
然而，SAQP曝光工艺非常复杂，成本高，随着时间的推移，英特尔站在了错误的一边。
因此英特尔希望通过率先采用High-NA EUV光刻机，以保持对台积电等竞争对手的持续领先优势。
英特尔率先订购新型High-NA EUV设备EXE:5000，拿下全球首台及第二台设备，在最先进光刻机导入上取得领先优势。
英特尔已经宣布购买了5台这种设备，用于在2025年生产 英特尔18A芯片。
在今年八月，英特尔公司宣布已成功接收并安装调试了全球第二台价值3.83亿美元的High-NA EUV光刻机，该设备目前位于俄勒冈州的晶圆厂。
公司的目标是在2026至2027年间实现英特尔14A制程技术的量产，并在此基础上进一步提升制程技术。
最终，英特尔公司计划在2030年前实现其代工业务的运营利润率达到收支平衡，并成为全球第二大晶圆代工厂。
然而，作为一款新型设备，High-NA EUV光刻机也使英特尔公司不得不面对设备折旧和量产摊销成本的压力，以平息外界的质疑。
在2024年，英特尔的代工业务遭受了高达70亿美元的亏损，亏损额度同比增加了34.6%。
面对持续的财务困境，英特尔决定将芯片制造与设计业务进行分拆，旨在削减成本，并且推迟了多项新工厂的建设规划。
尽管面临众多挑战，HighNA光刻机技术仍然是英特尔试图扭转局面的关键因素。
近年来，美国积极介入并推动本国芯片制造业的发展，尤其在先进制程技术领域。
美国政府为此实施了多项政策，旨在扶持国内企业，并提供财政资助，其中英特尔公司受益颇丰。
得益于美国政府的高额补贴，英特尔正积极拓展晶圆代工市场，力图重夺其在芯片制造技术领域的领先地位。
为此，公司特别加大了对EUV的投资，成为该技术领域的领先者。
在获得Twinscan EXE：5200之前，英特尔已购置了EXE：5000型号，用以掌握如何更高效地运用高数值孔径（High-NA）EUV设备，并在18A制程技术的研发上积累经验。
英特尔计划于2025年起，利用Twinscan EXE：5200开始量产18A制程芯片。
鉴于高数值孔径与低数值孔径光刻机在技术上存在显著差异，需要对现有基础设施进行大规模改造。
因此，英特尔在竞争对手之前部署Twinscan EXE：5200，这为其带来了战略优势。
一方面，公司有充足时间优化其18A工艺技术，另一方面，也能够调整高数值孔径基础设施。
这些举措将使英特尔在与台积电和三星的竞争中占据有利地位。
三星：良品率滞后，期盼新设备带来新技术突破
三星几乎将追赶上台积电的全部希望寄托于3纳米工艺。
预计在2024年第三季度，三星的非内存部门，包括晶圆代工和系统LSI等，亏损金额将超过一万亿韩元。
此外，三星的3纳米制程良率持续偏低，且尚未获得主要客户的青睐，近期还宣布将位于美国得州泰勒市的先进代工晶圆厂的量产时间推迟至2026年。
综合这些因素，三星在3纳米时代超越台积电的愿望似乎已彻底破灭。
因此，三星引进High-NA EUV光刻机的消息表明，其将在下一代光刻技术领域与英特尔和台积电展开更为激烈的竞争。
三星电子半导体部门计划今年年底和明年第一季度引进High NA EUV设备[EXE:5000]，用于代工业务。
消息称三星将于2025年初从ASML引进High-NA EUV光刻机，预计2025年初到货，最快2025年中旬开始运行。
三星最快将于年底引进High-NA EUV机器，目标是到2027年实现High-NA的全面商业化，并努力构建相关生态系统。
积极构建生态系统，与多家公司合作，包括 Lasertech、Synopsys、JSR等，为2027年Hi-NA 的全面商业化做准备。
三星正在与电子设计自动化（EDA）公司合作设计新型光罩，包括用于High-NA EUV的弯曲（曲线）电路，以提高晶圆上印刷电路的清晰度。
此次合作包括半导体EDA工具全球领导者Synopsys 等公司。
此外，三星电子与ASML韩国合建半导体研发中心，预计自2027年起引进 High-NA 极紫外光（EUV）设备。
三星计划于2025年开始量产2纳米制程，并逐步将其应用于其他领域。
例如，2025年首先应用于移动领域，2026年扩展至HPC应用，2027年再扩展至汽车领域。
三星的2纳米制程节点采用了优化的背面供电网络技术，旨在降低供电电路对信号电路的干扰。
三星计划利用自身设备加速先进节点的开发，并设定了到2027年实现1.4纳米工艺商业化的宏伟目标，这可能为1纳米制程的生产铺平道路。
据金奇炫透露，三星已与ASML公司就采购高数值孔径EUV设备达成了协议。
金奇炫强调：[三星已确保在获取高数值孔径EUV设备技术方面的优先权。]
他进一步阐述：[我坚信，此举将为我们提供一个长期机遇，以优化高数值孔径技术在动态随机存取存储器（DRAM）及逻辑芯片生产过程中的应用。]
ASML也在为下一代High-NA EUV成本做考虑
继High-NA EUV之后，ASML已经开始探索下一代Hyper-NA EUV设备，并寻求相应的技术解决方案。
ASML的计划是在2030年推出Hyper-NA EUV设备，其数值孔径将达到0.75。
High-NA EUV技术预计将覆盖2至1.4纳米的工艺节点，而Hyper-NA EUV技术则有望在1至0.7纳米工艺节点上继续推进。
与High-NA EUV技术相比，Hyper-NA EUV技术在成本上更具优势，有望为半导体行业开辟新的增长路径。
由于需要更大、更先进的镜片和改进的照明系统，Hyper-NA将是一个成本更高的选择。
为此ASML控制成本策略，以应对每一代新芯片中每个晶体管价格上涨的趋势。
为了加速开发进程并降低成本，ASML已利用其现有的Low NA Twinscan NXE:3600 EUV机器作为新High NA机器的构建模块。
ASML的Low NA型号采用模块化设计，使公司能够利用成熟的技术和模块为新工具服务，并且公司仅在必要时添加新模块。
如同往常，成本是关键因素，但ASML显然已经在考虑如何使Hyper-NA定价方程对客户更具吸引力。
结尾：
ASML的生产量有了显著提升，不再像以往那样需要争先恐后地抢购（High-NA EUV除外）。
同时，ASML的EUV光刻机技术升级的难度日益增加，在0.55 NA之后，进一步的升级将变得极为困难，可能成为该技术的最终版本，未来升级可能要推迟至2030年。
此外，硅基芯片技术已接近其物理极限，技术进步愈发艰难，未来可能会转向光电芯片、碳基芯片、量子芯片等新兴技术，EUV光刻机在行业中的地位和前景已不如以往那般清晰。
部分资料参考：半导体行业观察：《EUV光刻机争夺战，风云突变》，半导体行业小报：《半导体光刻新纪元：HighNA EUV光刻机揭幕》，全球半导体观察：《近500亿元！EUV光刻机巨头挣翻了》，半导体芯闻：《ASML发布财报，披露EUV光刻机新进展》，半导体行业观察：《EUV光刻机，创下新纪录》，半导体产业纵横：《EUV光刻机变数陡增》
原文标题 : AI芯天下丨深度丨EUV光刻机巨头风云争夺战
