ASML下一代EUV光刻機,首次展示

ASML Holding NV 正在展示其最新的晶片製造機,這是一台價值3.5 億歐元(3.8 億美元)的設備,其重量相當於兩架空中巴士A320 飛機。

週五,媒體參觀了這個被稱為“高數值孔徑”極紫外線的系統。英特爾公司已經下了這台機器的訂單,並在12 月底將第一台機器運送到俄勒岡州的一家工廠。該公司計劃於2025 年底開始用它製造晶片。



該機器可在8奈米厚的半導體上列印線條,比上一代產品小1.7倍。線路越細,晶片上可以安裝的電晶體就越多。晶片上安裝的電晶體越多,處理速度和記憶體就越高。ASML 高層表示,這就是為什麼該系統對於人工智慧至關重要,而人工智慧因其所需的處理強度而聞名。

人工智慧將需要「大量的運算能力和資料儲存。 我認為沒有ASML,沒有我們的技術,這一切都不會發生。」這家荷蘭公司執行長Peter Wennink 上個月在接受彭博社採訪時表示。“這將成為我們業務的一大推動力。”

ASML 是唯一生產製造最複雜半導體所需設備的公司,對其產品的需求是該行業健康狀況的風向標。該公司上季度收到了創紀錄的頂級極紫外光刻機(EUV)訂單,這表明英特爾、三星電子和台積電等最大客戶對該技術持樂觀態度。

ASML 發言人Monique Mols 在參觀Veldhoven 公司總部的新聞發布會上表示,第一個150,000 公斤(331,000 磅)系統的安裝需要250 個板條箱、250 名工程師和六個月的時間才能完成。

在OpenAI 於2022 年底推出的ChatGPT 的推動下,生成式人工智慧在過去一年中興起,全面提升了對半導體公司的期望。ASML 自2018 年以來一直在銷售所謂的低數值孔徑EUV 機器,其標價為1.7 億歐元。


ASML的High NA EUV微影機

英特爾在一月初宣布,已收到ASML 的第一代Twinscan EXE:5000 高數值孔徑EUV 光刻掃描儀。兩家公司很快就會開始機器的組裝過程,然後英特爾將開始其高NA 學習曲線,旨在將該技術透過其後18A 節點投入大規模生產。

ASML 隨後表示,已將其試驗高數值孔徑EUV 掃描器發送至英特爾。Twinscan EXE:5000 極紫外線(EUV) 掃描器是AMSL 的首款高數值孔徑掃描儀,英特爾對此翹首以盼,並於2018 年首次訂購了該機器。英特爾將使用這台新機器進行實驗在2025 年某個時候部署用於大批量製造(HVM) 的商業級Twinscan EXE:5200 工具之前,我們將採用高數值孔徑EUV。這項公告代表了一個重要的行業里程碑,不僅會對英特爾產生影響,而且最終還會對其他領先的公司產生影響。

ASML 發言人表示:“我們正在發貨第一套高數值孔徑系統,並在今天的社交媒體帖子中宣布了這一消息。” “它按照計劃並早些時候宣布交給英特爾。”

ASML Twinscan EXE High-NA 掃描儀將從荷蘭Veldhoven 一路運送到位於俄勒岡州希爾斯伯勒附近的英特爾工廠,該工具被英特爾首席執行官 Pat Gelsinger 戲稱為安·凱萊赫(Ann Kelleher) 博士的聖誕禮物,將在未來幾個月內安裝。這是一個相當龐大的設備——事實上,它太大了,僅僅運輸它就需要13 個卡車大小的貨櫃和250 個板條箱。組裝完成後,這台機器有3 層樓高,這需要英特爾建造一座新的(更高的)晶圓廠擴建來容納它。據估計,每台高數值孔徑EUV 掃描器的價格都很高,可能在3 億至4 億美元之間。

採用0.55 NA 鏡頭的高數值孔徑(High-NA) EUV 光刻工具能夠實現8 奈米分辨率,與目前具有13 奈米分辨率的EUV 工具相比,這是一個顯著的改進。這些新一代高數值孔徑EUV 掃描儀預計對於使用3nm 以上製程技術的晶片生產非常重要,該產業預計將在2025 年至2026 年採用這種技術,因為它們將允許晶圓廠避免使用EUV 雙圖案化,從而大大降低複雜性同時有可能提高產量並降低成本。



但ASML 的Twinscan EXE 微影工具的NA 為0.55,與該公司常規的Twinscan NXE 微影機的NA 為0.33 有很大不同。熱心的讀者將從我們先前的報告中記得,高數值孔徑掃描儀將比當代的EUV 掃描儀大得多,這將需要新的晶圓廠結構。但到目前為止,這些並不是唯一的差異。

也許高數值孔徑掃描器和普通EUV 掃描器之間最大的變化是高數值孔徑掃描器的掩模版尺寸減半,這將要求晶片製造商重新思考他們設計和生產晶片的方式——尤其是在高端GPU 和人工智慧加速器出現的時候。正在突破標線尺寸的極限。此外,由於高數值孔徑掃描器將支援更高的解析度和不同的光罩版尺寸,因此它們將需要新的光阻、計量、薄膜材料、光罩和檢查工具,僅舉一些變更。簡而言之,高數值孔徑工具需要對其基礎設施進行大量投資。


儘管半導體生產基礎設施是由整個行業共同開發的,但將其應用於現實世界生產的最佳方式是根據實際製程技術和製程配方進行客製化。這就是為什麼儘早開始使用試點掃描器以準備使用生產機器的HVM 如此重要的原因。

英特爾早在2018 年就成為第一家訂購ASML 試點Twinscan EXE:5000 掃描儀的公司。它也是第一家在2022 年訂購ASML 商業級Twinscan EXE:5200 光刻工具的公司。該公司計劃於2024 年開始18A 節點(18 埃,1.8nm)的開發工作,然後在2025 年至2026 年左右為18A 後節點採用高數值孔徑工具。

透過比競爭對手更早獲得高數值孔徑工具,英特爾不僅能夠確保其工具產生預期的結果,而且有機會在高數值孔徑製造方面為業界制定標準。對英特爾來說,這可能意味著比其競爭對手三星代工廠和台積電獲得顯著優勢。


ASML 於2022 年宣布,將在2027 年至2028 年期間每年生產20 台高數值孔徑EUV 微影工具。同時,該公司今年稍早透露,其高數值孔徑積壓訂單中的機器數量達到兩位數,這表明其合作夥伴將在未來幾年採用這些掃描器。領先的將是英特爾。


所有廠商都訂了,台積電很三星的規劃

ASML正抓緊開發其下一代高數值孔徑極紫外光(high-NA EUV)光刻機,在發布最新財報期間,AMSL透露,其存量EUV客戶均訂購了新一代裝置。具體來說,在Intel和台積電之後,三星、SK海力士、美光等也下單高high-NA EUV光刻機了。

儘管目前包括台積電、英特爾、SK海力士、美光等國際半導體大廠都陸續下修資本支出,然而對於光刻機的錢還是不能省。

像是台積電之前在2022年技術論壇時,研發資深副總經理米玉傑就表示,台積電將於2024年引進高數值孔徑極紫外光(high-NA EUV)光刻機,以協助客戶推動創新;英特爾則在更早之前也宣稱率先取得設備,預計2025年量產。

先前根據韓國媒體報導,三星集團將要下訂10台的高階流程所需用的ASML的極紫外光設備(EUV),預備未來在記憶體、晶圓代工產能可以擴大。畢竟景氣不好是一時的,未來的半導體產業還是一場裝備戰。

而高NA EUV光刻機允許加工更精密的半導體晶片,生產效率也更高,它也是2nm及更先進製程的必要條件。

根據韓國裝置商透露,現款EUV光刻機的訂貨價是2000~3000億韓元(約49~74億元台幣),而高NA EUV光刻機的報價翻倍到了5000億韓元(約122.5億元台幣)。

據了解,在第三季財報中,ASML完成58億歐元的淨銷售額,毛利率51.8%、淨利17億歐元,公司預計四季淨銷售額在61~66億歐元之間。

CEO Peter Wennink表示,三季預訂產品的銷售額達到創紀錄的89億歐元,其中EUV裝置就有38億歐元。

首先看台積電方面,市場傳言他們可能最快等到2030年才會使用“High-NA EUV”,不過似乎還沒定案;在一月初,ASML現任商務長、下一任執行長兼總裁富凱(Christophe Fouquet )來台拜訪台積電,雙方預計討論下一代機台相關規劃。

根據知名科技網站“Tom's Hardware”報導,英特爾已收到全球首台“High-NA EUV”,並將以此發展18A後的節點(1.8奈米製程)。

報導說,台積電似乎不急於在短時間內導入“High-NA EUV”,SemiAnalysis分析認為,使用該系統代表要投入更多成本,可能是台積電的主要考慮之一。

報導說,英特爾思考的是不同的事,希望透過高數值孔徑EUV,領先台積電及三星,確保戰略利益。台積電如果選擇晚英特爾4至5年才使用“High-NA EUV”,屆時如何保持技術領先,並受到市場關注。

來到三星方面,ASML 韓國公司總裁Lee Woo-kyung 在參加1 月最後一天在首爾江南區首爾帕納斯大洲際酒店舉行的SEMICON 韓國2024 行業領導晚宴之前透露,“我們期待2027 年帶來三星電子和ASML 的合資企業新研發中心的高數值孔徑(NA) 極紫外線(EUV) 設備。”

這個新的半導體研究中心是韓國總統尹錫烈去年對荷蘭進行國事訪問期間組建的半導體聯盟的成果,三星電子和荷蘭設備公司ASML共同投資1萬億韓元在韓國建立該中心。該設施將成為ASML 和三星電子工程師使用EUV 設備進行先進半導體研發合作的場所。

該中心建於京畿道華城市ASML新園區前,將配備能夠實施亞2奈米製程的先進高數值孔徑EUV光刻設備。

在回答有關與三星電子合作建設的研發中心建設進度的問題時,李表示:「我們在ASML韓國華城新園區附近新獲得了一塊場地,將於明年開始建設。我們計劃在竣工時引進[高數值孔徑]設備,我們預計最晚會在2027 年完成。」這是ASML韓國首次透露即將建造的研發中心的位置以及引進High NA EUV設備的計畫。

李社長進一步解釋:「研發中心的建設是為了引進High NA EUV設備,所需建築和設備的成本估計為1.5萬億韓元。我們購買了比原計劃建設面積大一倍的場地,最近還解決了供電問題。”

High NA EUV設備能夠實現亞2奈米工藝,導致三星電子、英特爾和台積電等公司之間展開激烈競爭,以確保該設備用於先進半導體生產的初始產量。據外媒報道,英特爾於去年底率先開始接收這款設備。據了解,三星電子從1nm 製程開始就使用該設備。

三星電子於2022年6月開始量產3奈米產品,全球率先採用Gate-All-Around(GAA)結構,並計畫於2025年生產2奈米製程晶片,2027 年年生產1.4奈米製程晶片。

李還提到了去年簽署的韓國-荷蘭先進半導體學院合作諒解備忘錄,他表示:“今年2月,我國的半導體人才將前往荷蘭接受培訓。”(半導體產業觀察)

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