近期三星為爭搶EUV設(shè)備，高層頻頻傳出密訪ASML，EUV的重要性早已不言而喻。提到EUV，大家首先想到的就是ASML，ASML并不是一個(gè)家喻戶曉的名字，但他卻是現(xiàn)代技術(shù)的關(guān)鍵。因?yàn)樗峁┝酥圃彀雽?dǎo)體必不可少的“光刻”機(jī)器，在摩爾定律即將發(fā)展到盡頭的現(xiàn)在，可以說，得EUV者得先進(jìn)工藝。雖然在EUV相關(guān)設(shè)備市場中，荷蘭ASML壟斷了核心光刻機(jī)，但在“極紫外光刻曝光”周邊設(shè)備中，日本設(shè)備廠家的存在感在逐步提升，尤其在檢測、感光材料涂覆、成像等相關(guān)設(shè)備方面，日本的實(shí)力也是不容忽視的。
廠商們“慌慌張張”，不過EUV幾臺(tái)
半導(dǎo)體邏輯制程技術(shù)進(jìn)入到7納米以下后，由于線寬過細(xì)，因此需要EUV設(shè)備做為曝光媒介，未來先進(jìn)半導(dǎo)體邏輯芯片制程將向下推進(jìn)到3納米、2納米，甚至是1納米制程，屆時(shí)EUV設(shè)備將會(huì)出現(xiàn)再度升級(jí)。除此之外，不僅邏輯晶圓制程需要EUV設(shè)備之外，就連未來量產(chǎn)DRAM也需要EUV設(shè)備。
因此除了臺(tái)積電、三星及英特爾等晶圓廠爭搶EUV，后續(xù)包含美光、SK海力士也需要大量EUV設(shè)備。乘著5G普及的“順風(fēng)”，半導(dǎo)體微縮化需求逐步高漲，半導(dǎo)體廠家加速導(dǎo)入EUV，EUV設(shè)備成為炙手可熱的產(chǎn)品。
所以三星電子李在镕副會(huì)長于10月13日緊急訪問了荷蘭的半導(dǎo)體設(shè)備廠家——ASML，并與ASML的CEO Peter Wennink先生、CTO Martin van den Brink先生進(jìn)行了會(huì)談，那么三星能得到幾臺(tái)EUV設(shè)備呢？
圖片出自：biz-journal
讓我們來回看下全球唯一的EUV設(shè)備生產(chǎn)商ASML的歷年出貨量，ASML在2015年出貨了6臺(tái)、2017年10臺(tái)，2018年18臺(tái)，2019年26臺(tái)，預(yù)計(jì)2020年出貨36臺(tái)。然而，Open PO數(shù)量在不斷增長，在2020年的第二季度已經(jīng)達(dá)到了56臺(tái)。據(jù)biz-journal推測，在ASML 2020年出貨的36臺(tái)設(shè)備中大部分都是出給臺(tái)積電的。如果三星電子也購買了EUV設(shè)備，最多也就是1-2臺(tái)?？梢酝茰y，在2020年年末各家廠家持有的EUV設(shè)備數(shù)量如下，TSMC為61臺(tái)，三星電子最多為10臺(tái)左右。
外電報(bào)導(dǎo)也指出，ASML目前已經(jīng)生產(chǎn)及接單的EUV設(shè)備大約落在70臺(tái)左右水準(zhǔn)，臺(tái)積電已經(jīng)獲得過半設(shè)備，三星才獲得10臺(tái)，雖然李在镕親自出訪ASML，也才多獲得9臺(tái)，僅接近臺(tái)積電當(dāng)初剛跨入EUV世代的水準(zhǔn)，三星先進(jìn)制程晶圓供給量遠(yuǎn)低于臺(tái)積電。
后續(xù)TSMC每年會(huì)引進(jìn)約20-30臺(tái)EUV設(shè)備，預(yù)計(jì)在2025年末會(huì)擁有約185臺(tái)EUV設(shè)備（甚至更多）（注），另一方面，三星電子的目標(biāo)是在2025年末擁有約100臺(tái)EUV設(shè)備，從ASML的生產(chǎn)產(chǎn)能來看，相當(dāng)困難。
日本的EUV設(shè)備實(shí)力
上文我們所說的都是ASML的EUV曝光設(shè)備（也就是我們常說的EUV光刻機(jī)），這是EUV核心設(shè)備。但EUV相關(guān)設(shè)備中還包含光掩模缺陷檢測設(shè)備和涂覆顯影設(shè)備，這可以稱作是EUV的周邊設(shè)備，在這兩大EUV設(shè)備領(lǐng)域中，日本廠商有著不容小覷的市占率。
圖源：日經(jīng)中文網(wǎng)
首先來看缺陷檢測設(shè)備，如果作為原始電路板的光掩模中存在缺陷，則半導(dǎo)體的缺陷率將相應(yīng)增加。最近幾年需求增長尤其旺盛的是EUV光罩（半導(dǎo)體線路的光掩模版、掩膜版）檢驗(yàn)設(shè)備，在這個(gè)領(lǐng)域，日本的Lasertec Corp.是全球唯一的測試機(jī)制造商，Lasertec公司持有全球市場100%的份額。
圖片出自：雅虎新聞
2017年，Lasertec解決了EUV難題的關(guān)鍵部分，當(dāng)時(shí)該公司創(chuàng)建了一款可以檢查空白EUV掩模內(nèi)部缺陷的機(jī)器。2019年9月，它又推出了可以對(duì)已經(jīng)印有芯片設(shè)計(jì)的模板進(jìn)行相同處理的設(shè)備，從而又創(chuàng)建了另一個(gè)里程碑。
據(jù)雅虎新聞報(bào)道，Lasertec公司2020年7月-9月期間的半導(dǎo)體相關(guān)設(shè)備的訂單金額是去年同期的2.6倍。為滿足市場的需求，目前已經(jīng)增加了數(shù)家代工企業(yè)。傳統(tǒng)的檢查EUV光掩膜的方法主要是將深紫外光（DUV）應(yīng)用于光源中，而EUV的波長較DUV更短，產(chǎn)品缺陷檢測靈敏度更高。DUV光雖然也可以應(yīng)用于當(dāng)下最先進(jìn)的工藝5納米中，而Lasertec公司的經(jīng)營企劃室室長三澤祐太朗指出，“隨著微縮化的發(fā)展，在步入2納米制程時(shí)，DUV的感光度可能會(huì)不夠充分”！即，采用EUV光源的檢測設(shè)備的需求有望進(jìn)一步增長。
Lasertec總裁Osamu Okabayashi此前曾指出，“邏輯芯片制造商將首先采用EUV技術(shù)，隨后將是內(nèi)存芯片制造商，但真正的訂單量將在它們達(dá)到量產(chǎn)階段時(shí)到來。”O(jiān)kabayashi預(yù)計(jì)每個(gè)客戶可能需要幾個(gè)測試設(shè)備，每個(gè)設(shè)備的成本可能超過43億日元（4000萬美元），建造時(shí)間長達(dá)兩年。芯片制造商在其掩膜車間至少需要一臺(tái)機(jī)器，以確保模板打印正確。而晶圓廠則需要測試設(shè)備來觀察由于集中的光線反復(fù)投射到芯片設(shè)計(jì)模板上而造成的微觀磨損。
日本另一個(gè)占據(jù)100%市場份額的是東京電子的EUV涂覆顯影設(shè)備，該設(shè)備用于將特殊的化學(xué)液體涂在硅片上作為半導(dǎo)體材料進(jìn)行顯影。1993年東電開始銷售FPD生產(chǎn)設(shè)備涂布機(jī)/顯影機(jī)，2000年交付了1000臺(tái)涂布機(jī)/顯影機(jī)“ CLEAN TRACK ACT 8”。
東京電子的河合利樹社長指出，如果EUV的導(dǎo)入能促進(jìn)整個(gè)工序的技術(shù)進(jìn)步的話，與EUV沒有直接聯(lián)系的工序數(shù)也會(huì)增加。此外，各種設(shè)備的性能也會(huì)得以提高。另外，對(duì)成膜、蝕刻設(shè)備等也會(huì)帶來一定的影響。據(jù)悉到2021年3月，東京電子計(jì)劃投資至少12.5億美元用于研發(fā)，來應(yīng)對(duì)光刻設(shè)備市場的需求。
日本其他EUV實(shí)力
除了EUV設(shè)備，日本在EUV光刻膠和EUV激光光源方面也是數(shù)一數(shù)二的。
在光刻膠領(lǐng)域，日本是全球的領(lǐng)先廠商，尤其是在EUV光刻膠方面，他們的市場占比更是高達(dá)90%，然而他們似乎并沒有放慢腳步。
據(jù)《日經(jīng)新聞》日前報(bào)導(dǎo)，富士膠片控股公司和住友化學(xué)將最早在2021年開始提供用于下一代芯片制造的材料，這將有助于智能手機(jī)和其他設(shè)備向更小、更節(jié)能等趨勢(shì)發(fā)展。富士膠片正投資45億日元（4,260萬美元），在東京西南部的靜岡縣生產(chǎn)工廠配備設(shè)備，最早將于2021年開始批量生產(chǎn)。該公司表示，使用該產(chǎn)品，殘留物更少，從而減少了有缺陷的芯片。 同時(shí)，住友化學(xué)將在2022財(cái)年之前為大阪的一家工廠提供從開發(fā)到生產(chǎn)的全方位光刻膠生產(chǎn)能力。
光源可靠性也是光刻機(jī)的重要一環(huán)。日本的Gigaphoton是在全球范圍內(nèi)能夠?yàn)楣饪虣C(jī)提供激光光源的兩家廠商之一（另外一家是Cymer，該公司于2012年被ASML收購）。Gigaphoton正期待卷土重來，因?yàn)樵贓UV出現(xiàn)之前，該公司就已成為光刻機(jī)光源領(lǐng)域的前兩名。但是，由于諸如ASML收購競爭對(duì)手之類的原因，它目前正在失去其地位。在ASML推出EUV下一代設(shè)備之前，Gigaphoton努力開發(fā)高輸出光源組件，以重新獲得市場份額。
GIGAPHOTON 是一家相對(duì)較年輕的公司，成立于2000年。Gigaphoton一直在積極開發(fā)極紫外（EUV）光刻技術(shù)，以作為超越ArF光刻技術(shù)時(shí)代的下一代光刻技術(shù)之一。Gigaphoton已經(jīng)開發(fā)了一種使用激光產(chǎn)生等離子體（LPP）方法的EUV光源，該方法通過將脈沖激光輻射到Sn靶上來從高溫等離子體產(chǎn)生EUV光。目前，該公司正在開發(fā)量產(chǎn)的光源并取得穩(wěn)定的進(jìn)展。
此外，在電子束掩膜光刻設(shè)備市場，東芝集團(tuán)旗下的NuFlare Technology緊緊追趕東京電子顯微鏡制造商JEOL與奧地利IMS Nanofabrication的聯(lián)盟，正在集中開發(fā)能夠發(fā)射26萬束激光的“多光束”設(shè)備。為了防止被全球最大的光掩膜板制造商Hoya收購，今年一月份起，東芝加強(qiáng)對(duì)NuFlare Technology的控制，向后者增派25名工程師及其他管理者，以期在2020財(cái)年實(shí)現(xiàn)下一代EUV適用設(shè)備出貨。
寫在最后
在光刻設(shè)備領(lǐng)域，尼康和佳能曾席卷全球市場，但在與ASML的競爭中失敗并在EUV開發(fā)方面落后。由上文我們可以看出，在EUV的周邊設(shè)備領(lǐng)域以及材料方面，日本仍然盤踞著幾大龍頭。但未來隨著產(chǎn)品和設(shè)備技術(shù)復(fù)雜性的增加以及相關(guān)成本的增加，向EUV光刻技術(shù)的過渡將不可避免地減少市場參與者的數(shù)量。
但關(guān)于EUV，也有一些令人擔(dān)憂的因素。一臺(tái)尖端EUV曝光設(shè)備的價(jià)格高達(dá)1.2億人民幣（甚至更高），且周邊設(shè)備的價(jià)格也很昂貴?？梢灶A(yù)想，隨著半導(dǎo)體微縮化的發(fā)展，半導(dǎo)體的成本價(jià)很可能會(huì)超過之前的完成品價(jià)格。日立高科技的石和太專務(wù)執(zhí)行董事曾提出，“在微縮化技術(shù)的極限到來之前，經(jīng)濟(jì)價(jià)值的極限應(yīng)該會(huì)率先到來！”
在如今的半導(dǎo)體行業(yè)，人們?cè)谙敕皆O(shè)法提高半導(dǎo)體的性能，如縱向堆疊多個(gè)半導(dǎo)體芯片的“立體化”方法，即不通過微縮化來提高性能。希望全球的半導(dǎo)體設(shè)備廠家具有前瞻性，能夠預(yù)想到EUV微縮化到底能持續(xù)到什么時(shí)候。