三星擬新設(shè)至少10臺(tái)EUV光刻機(jī)：展露要當(dāng)世界第一的野心
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最新消息顯示，盡管全球經(jīng)濟(jì)將放緩，但三星仍計(jì)劃擴(kuò)大DRAM與晶圓代工的晶圓產(chǎn)能，明年在其P3晶圓廠新設(shè)至少10臺(tái)極紫外光刻設(shè)備（EUV），用于生產(chǎn)最新的12nm級(jí)內(nèi)存芯片，而三星目前僅有40臺(tái)EUV光刻機(jī)。
本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/202212/442108.htm三星是全球第一大DRAM內(nèi)存芯片公司，并從14nm級(jí)別的內(nèi)存芯片開始引入EUV光刻機(jī)。
據(jù)悉，三星在韓國的內(nèi)存工廠主要是位于平澤市的晶圓廠，其中P3晶圓廠目前的產(chǎn)能是每月2萬片晶圓，三星已經(jīng)計(jì)劃擴(kuò)大投資，增加內(nèi)存生產(chǎn)設(shè)備，將產(chǎn)能提升到每月7萬片晶圓。
據(jù)了解，目前三星在韓國有5家半導(dǎo)體工廠，分別位于器興、華城、平澤、溫陽和天安。此外，在中國蘇州、天津和西安還運(yùn)營有三家芯片工廠，在美國得克薩斯州奧斯汀也有一家芯片工廠。
三星最大的半導(dǎo)體工廠便是平澤的P3工廠，該工廠從2020年年底開始建設(shè)，歷時(shí)近兩年建成，從今年7月份開始生產(chǎn)最尖端的NAND閃存芯片，未來可能還會(huì)生產(chǎn)應(yīng)用處理器和其他半導(dǎo)體。
三星2022年第三季度財(cái)報(bào)顯示，其運(yùn)營利潤為10.85萬億韓元，同比下滑31.4%，環(huán)比下降23%；凈利潤為9.39萬億韓元，同比下滑23.6%。
由于需求下降和芯片供應(yīng)過剩，各大廠商紛紛縮減投資。但三星在今年10月份表示，他們不會(huì)有意削減芯片產(chǎn)量，這與整個(gè)行業(yè)削減產(chǎn)量以滿足中長期需求的趨勢(shì)相反。
三星的半導(dǎo)體野心
在全球晶圓代工行業(yè)，臺(tái)積電、三星兩家率先進(jìn)入到了10nm以下制程，都實(shí)現(xiàn)了7nm和5nm工藝的量產(chǎn)，并且還都在向更先進(jìn)的3nm工藝沖擊。
臺(tái)積電的芯片代工市場(chǎng)份額占到全球的半數(shù)以上，差不多在54%左右；而三星全球第二，但市場(chǎng)份額也只有18%左右，僅僅是臺(tái)積電的三分之一。臺(tái)積電在市場(chǎng)份額和技術(shù)上一直領(lǐng)先，但三星也一直在努力追趕。
三星制定了2030年重回半導(dǎo)體第一的目標(biāo)，為此開始大舉投資建廠，但還需要更多的關(guān)鍵制造設(shè)備 —— 那就是ASML的EUV光刻機(jī)。
為爭(zhēng)取更多的EUV光刻機(jī)，三星高層去年就到ASML總部爭(zhēng)取 。今年6月14日，三星副會(huì)長李在镕造訪ASML荷蘭總部，拜會(huì)了ASML首席執(zhí)行官Peter Wennink等高管，廣泛討論半導(dǎo)體技術(shù)的未來、市場(chǎng)前景及EUV設(shè)備的供應(yīng)，并取得“額外”的EUV光刻機(jī)設(shè)備，不過三星未詳細(xì)說明此次獲得的“額外”EUV設(shè)備內(nèi)容。
報(bào)道稱，今年ASML的EUV光刻機(jī)出貨量估計(jì)為51臺(tái)，此次三星若能爭(zhēng)取到更多EUV機(jī)臺(tái)，則今年至少可獲得18臺(tái)，臺(tái)積電則至少確保22臺(tái)。業(yè)界此前傳出，去年ASML的EUV設(shè)備年度出貨量為48臺(tái)，其中15臺(tái)由三星奪得，20臺(tái)由臺(tái)積電包辦。
ASML是全球唯一的高端芯片制程設(shè)備制造商，EUV設(shè)備的穩(wěn)定供給，是三星超車臺(tái)積電、搶下全球半導(dǎo)體龍頭的關(guān)鍵。三星2000年代開始與ASML在半導(dǎo)體制程與設(shè)備開發(fā)方面進(jìn)行合作；2012年，三星入股ASML強(qiáng)化雙方伙伴關(guān)系。
對(duì)新一代High-NA EUV光刻機(jī)的爭(zhēng)奪
另外，三星還與ASML達(dá)成協(xié)議，爭(zhēng)取到了下一代高數(shù)值孔徑極紫外光刻機(jī)（High-NA EUV）光刻機(jī)，據(jù)ASML最新披露，High-NA EUV設(shè)備將于明年年底推出初始版本，量產(chǎn)型號(hào)將于2024年底或2025年初推出。
相比DUV浸沒式光刻機(jī)采用193nm波長的深紫外光，EUV光刻系統(tǒng)中使用的極紫外光波長僅為13.5nm。EUV單次曝光就可以替代DUV的多重曝光步驟，可以幫助芯片制造商繼續(xù)向7nm及以下更先進(jìn)的工藝推進(jìn)，同時(shí)提升效率和降低曝光成本。
然而，目前芯片制造商已將制造工藝推進(jìn)到3nm左右，如果要繼續(xù)推進(jìn)到2nm制程甚至更小的尺寸，就需要更高數(shù)值孔徑（NA）的High-NA EUV。相比目前的0.33數(shù)值孔徑的EUV光刻機(jī)，High-NA EUV光刻機(jī)將數(shù)值孔徑提升到0.55，可以進(jìn)一步提升設(shè)備的分辨率（根據(jù)瑞利公式，NA越大分辨率越高），通過多重曝光技術(shù)可支持2nm及以下芯片工藝的制造。
目前雖然三星宣布了3nm率先量產(chǎn)，但是3nm的新工藝還存在風(fēng)險(xiǎn)，良率和功耗都還表現(xiàn)不佳，導(dǎo)致還沒有獲得任何一家美企的訂單。而臺(tái)積電沿用老工藝， 之前還表示各項(xiàng)數(shù)據(jù)優(yōu)于三星 。
三星、臺(tái)積電都在使用EUV光刻機(jī)生產(chǎn)制造3nm芯片，但實(shí)際上已經(jīng)有點(diǎn)力不從心了：三星采用了全新的GAA工藝，性能和功耗提升明顯，但良品率成了最大的問題；臺(tái)積電采用傳統(tǒng)工藝，良品率得到了保證，但性能和功耗提升欠缺。并且，無論是三星的GAA工藝還是臺(tái)積電的傳統(tǒng)工藝都面臨成本高的問題。
High-NA EUV光刻機(jī)交付后，更為先進(jìn)的技術(shù)能夠在單元面積中內(nèi)置更多晶體管，從而進(jìn)一步提升性能、降低功耗和成本，也能夠加速2nm芯片的到來。
值得注意的是，三星在5/4nm時(shí)代因良率不佳導(dǎo)致訂單落后于臺(tái)積電后，希望通過下一代的產(chǎn)品技術(shù)革新扭轉(zhuǎn)局面。這種背景下獲得了新一代EUV光刻機(jī)的消息，有助于在跟臺(tái)積電的競(jìng)爭(zhēng)中優(yōu)勢(shì)進(jìn)一步提升，就看誰能率先利用起來。
目前，為了滿足高性能計(jì)算的需求，臺(tái)積電、三星、英特爾三大芯片制造商正在大力投資更先進(jìn)的3nm、2nm技術(shù)，所以EUV的放量及新一代High-NA EUV的入場(chǎng)成為了爭(zhēng)奪的關(guān)鍵。
未來的芯片設(shè)計(jì)會(huì)更加多樣化
人類在芯片制造技術(shù)探索了半個(gè)世紀(jì)，從最初的微電子處理器到如今的高端納米制程工藝，可以說實(shí)現(xiàn)了從地面到天上的飛躍。伴隨著芯片制造技術(shù)的提升，一些半導(dǎo)體設(shè)備，制程工藝都在持續(xù)突破。
用EUV光刻機(jī)造高端芯片成為了行業(yè)常識(shí)，只有EUV光刻機(jī)的極紫外光源才能達(dá)到7nm、5nm等制程所需的分辨率和精度。
但是獲取EUV光刻機(jī)是有難度的，一方面價(jià)格昂貴不是所有廠商都能買得起，另一方面EUV光刻機(jī)產(chǎn)能有限，制造商ASML每年只能生產(chǎn)四五十臺(tái)左右的EUV光刻機(jī)。
芯片巨頭開始擺脫EUV光刻機(jī)的依賴，探索新工藝、新方向。
美光科技繞過了EUV光刻機(jī)，在DUV光刻機(jī)的支持下采用1β（1-beta）制造工藝的DRAM內(nèi)存芯片LPDDR5X-8500，將內(nèi)存產(chǎn)品能效提升15%，內(nèi)存密度提升35%。
據(jù)悉，美光已將其送樣給部分手機(jī)制造商、芯片平臺(tái)合作伙伴進(jìn)行驗(yàn)證，并做好了量產(chǎn)準(zhǔn)備。如果不出意外，要不了多久應(yīng)該會(huì)進(jìn)入商用階段。
1β工藝之所以能得到較大的能效，密度提升，其實(shí)是用DUV光刻機(jī)進(jìn)行多重曝光，不僅實(shí)現(xiàn)了技術(shù)突破，而且繞開EUV光刻機(jī)之后還能節(jié)省額外的設(shè)備成本費(fèi)用。
根據(jù)美光對(duì)1β采用的制造工藝的介紹，這種設(shè)計(jì)在復(fù)雜度上遠(yuǎn)超三星、海力士等同類產(chǎn)品。因?yàn)槟壳癉RAM的先進(jìn)性很大程度上取決于每平方毫米晶圓面積上集成半導(dǎo)體數(shù)量的能力，主要DRAM廠商目前基本上都是通過不斷縮小電路面積提高繼承度來進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)的。
芯片制造商們不斷挖掘DUV光刻機(jī)的潛力，克服DUV光刻機(jī)的性能和EUV存在差距，把存在于理論的多重曝光用在了現(xiàn)實(shí)。
而在華為海思芯片代工受阻后，曾提出過通過芯片的分層疊加工藝，可以實(shí)現(xiàn)14nm工藝達(dá)到7nm的芯片集成度。思路和美光在DRAM上的思路有異曲同工之妙：設(shè)計(jì)芯片的焦點(diǎn)不再是緊盯光刻機(jī)的蝕刻纖細(xì)程度，而是轉(zhuǎn)向了用設(shè)計(jì)來抵消EUV帶來的更高精度。
事實(shí)上，近些年來芯片領(lǐng)域在先進(jìn)封裝技術(shù)、碳基芯片、光子芯片等領(lǐng)域都實(shí)現(xiàn)了突破。一旦芯片設(shè)計(jì)的多樣化手段進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用階段，光刻機(jī)的發(fā)展前景將不再一枝獨(dú)秀。
并且摩爾定律束縛的不僅僅是芯片的物理極限，還有半導(dǎo)體設(shè)備的技術(shù)天花板 —— ASML透露“下一代的NA EUV光刻機(jī)可能是最后一代NA，當(dāng)前半導(dǎo)體光刻技術(shù)之路或已走到盡頭，不過正在研究其它可行性替代技術(shù)?！?/strong>
評(píng)論