下一代光刻機，競爭激烈

代工（半導體外包）行業領軍企業台灣台積電通過收購一家全球極紫外（EUV）光掩模製造公司的股份，加劇了即將推出的2 納米（nm）超精細工藝技術的競爭。

據業內消息人士及外媒13日消息，台積電近日召開臨時董事會會議，決議收購英特爾旗下奧地利EUV光刻設備光掩模製造商IMS 10%的股權。

台積電此次收購令業界感到意外。IMS在EUV光刻設備光掩模市場佔據主導地位，佔有98%的份額。英特爾於2016 年收購了IMS，並於2009 年進行了初步投資。去年6 月，英特爾將其約20% 的IMS 股份出售給私募股權公司貝恩資本。

光掩模包含半導體電路的設計。當光穿過光掩模時，圖案被蝕刻到矽芯片上。IMS 生產的“多光束掩模刻錄機”可以更精確、更快速地生產光掩模，被稱為半導體行業的遊戲規則改變者。

業內人士甚至表示，如果沒有IMS的設備，ASML的EUV光刻設備將變得毫無用處。一位半導體業內人士表示：“這一決定似乎是對ASML下一代光刻設備High-NA EUV的預期。”他指出，“隨著光刻設備在7納米超以下精細工藝中的重要性日益增加，台積電正在超越其現有的技術合作。”

追趕台積電的三星電子曾於2012年斥資約7000億韓元收購了ASML約3.0%的股份，用於未來光刻機開發合作。2016年，其出售了一半的ASML股份以回收投資，截至今年第二季度末，其僅保留0.7%的股份。

儘管三星減少了在ASML 的股份，但行業專家認為，兩家公司之間的合作關係仍然牢固。據報導，三星電子正準備確保下一代EUV 光刻設備High-NA 的產量，預計該設備將於今年晚些時候作為原型發布，並於明年正式供貨。SK海力士、台積電和英特爾也有望加入下一代光刻設備的競爭。

另一方面，半導體公司之間關於2納米工藝的競爭也在不斷升級。台積電去年6月宣布，已開始準備2納米產品的試產，意在保持領先地位。然而，三星電子計劃利用其先前開發的Gate-All-Around 工藝來超越。隨著英特爾和Rapidus也加入2納米競賽，超精細工藝的競爭預計將非常激烈。

High NA EUV光刻機，也要來了

ASML正抓緊研製其下一代高數值孔徑極紫外光（high-NA EUV）曝光機，在之前的財報會上，AMSL透露，其存量EUV客戶均訂購了新一代設備。具體來說，在Intel和台積電之後，三星、SK海力士、美光等也下單high-NA EUV光刻機了。

ASML的首席執行官Peter Wennink日前也透露，儘管供應商的一些延誤，公司仍將在今年如期出貨次世代產品的首批先導設備。他表示，執行長說：「一些供應商在提高效率、提供合適的技術品質方面存在一些困難，因此導致了一些延遲」，「但是實際上，仍將在今年首次出貨」。

ASML的次世代微影機High NA EUV的大小如同一輛卡車，每台成本高達3億美元，為最頂尖的晶圓製造商所需，以製造更小和更好的下世代芯片。

目前僅有台積電(2330)、英特爾、三星、SK海力士、美光有使用ASML最先進的設備，極紫外光微影機(EUV)，一台如同巴士大小，每台造價破2億美元。

High NA、或稱高數值孔徑(high numerical aperture)的設備將從更寬的角度收集光線，分辨率最高可提高70%。

客戶將先測試High NA EUV，然後在投入商業量產，因為邏輯芯片的製造商需要比記憶體製造商更早取得設備。

此外執行長也證實了，公司在今年在DUV的銷售金額，將高於EUV。ASML預計，今年DUV銷售將成長30%，主要是中國對該款微影機的需求強勁。

Wennink說，隨著在亞利桑那州和台灣的新芯片工廠準備迎接EUV設備，這種情形將在2024年翻轉；目前市場對高階AI芯片的需求正日益增加。

Hyper NA成為可能

在之前接受荷蘭媒體bits-chips採訪的時候Martin van den Brink曾直言：“光刻技術的過渡期很糟糕。因為如果你搞砸了，事情就會變得一團糟，尤其是現在這個組織已經這麼大了。”他同時也指出，和從DUV向EUV演進不一樣，對於High-NA光刻機，風險會小很多，這主要是因為設備上的基礎設施改變不大。

“開發High-NA 技術的最大挑戰是為EUV 光學器件構建計量工具。High-NA 反射鏡的尺寸是前一代產品的兩倍，並且需要在20 皮米內保持平坦。要實現這些目的，需要在一個大到'你可以在其中容納半個公司'的真空容器中進行驗證。”Martin van den Brink說。

Martin van den Brink表示，在2017年剛開始啟動High NA EUV項目的時候，他認為這將是EUV光刻機的最後一個NA，因為當時的他認為，High NA來得太晚了，沒有足夠的微縮能夠來收回投資。他同時還透露，最開始其合作夥伴蔡司也不是很想參與這個項目。

雖然困難重重，但High NA EUV光刻機就快成為現實了。正如報導中所說，半導體業界還想知道的一個事情是，High-NA是否還有繼任者。

報導指出，ASML 的技術副總裁Jos Benschop 已經在2021年的SPIE 高級光刻會議上透露，可能的替代方案，即波長的新台階，不是一個選擇。這與角度有關——EUV 反射鏡反射光的效率在很大程度上取決於入射角。波長的降低會改變角度範圍，這樣透鏡就必須變得太大而無法補償。雖然ASML 正在研究它，但Van den Brink表示，就個人而言，他不認為hyper-NA 會被證明是可行的。“我們正在研究它，但這並不意味著它會投入生產。多年來，我一直懷疑high-NA 將是最後一個NA，而且這個信念沒有改變。”Van den Brink說。

據他所說，從技術上看，hyper-NA（高於0.7，可能是0.75）理論上是可以做到的。但他也同時提出：市場上還有多少空間可以容納更大的鏡頭？我們可以出售這些系統嗎？他在當時還強調，如果Hyper-NA 的成本增長速度與我們在high-NA 中看到的一樣快，那麼它在經濟上幾乎是不可行的。

但是，在日前的財報中，Van den Brink說，我可以談論NA 高於0.7 的EUV（稱為Hyper NA）可能在本十年結束後不久成為現實（I could talk about EUV with an NA higher than 0.7 (known as Hyper NA) potentially becoming a reality shortly after the end of this decade）；。然而，接下來最合適的指南實際上是：這一切都取決於成本。我們需要越來越多地關注降低成本——這意味著不是減少資源，而是確保我們推向市場的解決方案更簡單、更可持續、更有效、更易於維護、更易於製造且更具可擴展性。

Van den Brink強調，如果我在不了解對這些產品施加的成本和復雜性限制，就貿貿然轉向下一個產品是不負責任的。這也正是ASML對將於2023 年上市的新型光學計量系統所做的。公司在緊張的成本參數範圍內重新審視了這個項目，並且已經能夠實現比以前更具成本效益許多倍的新技術。同樣，ASML正在繼續努力控制當前0.33 NA EUV 系統以及High-NA 和Hyper-NA 系統的成本，以確保微縮的需求仍然強勁。

“十年前，當我們開發High-NA 時，我們無法想像NA 超過0.55 甚至存在。所以Hyper-NA 是非常非常難以實現的。很棒的是我們的業務和研發能力可以同時處理所有這些事情。我們可以開發像Hyper-NA 這樣的技術，同時關注成本控制、簡單性、可持續性、可製造性和可維護性。”Van den Brink在財報中說。

換而言之，Hyper-NA EUV光刻機可能真的要成為現實了。(半導體材料與工藝設備)