“ASML新光刻機，太貴了！”
據荷蘭公司最大客戶之一台積電稱，ASML新型先進芯片機器的價格令人望而生畏。
“成本非常高，”台積電高級副總裁Kevin Zhang周二在阿姆斯特丹舉行的一個技術研討會上談到 ASML 最新的High NA 極紫外系統時說道。“我喜歡High NA EUV 的功能，但我不喜歡它的標價。”（I like the high-NA EUV’s capability, but I don’t like the sticker price.）
ASML 的新機器可以用厚度僅爲 8 納米的线壓印半導體，比上一代機器小 1.7 倍。每台機器的成本爲 3.5 億歐元（3.8 億美元），重量相當於兩架空客 A320 飛機。ASML 是唯一一家生產制造最復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。
英特爾公司已經訂購了最新的高數值孔徑 EUV 機器，並於 12 月底將第一台機器運送到俄勒岡州的一家工廠。但目前尚不清楚台積電何時开始購买設備。
Kevin表示，台積電所謂的 A16 節點技術將於 2026 年末推出，無需使用 ASML 的高數值孔徑 EUV 機器，可以繼續依賴台積電較舊的極紫外設備。“我認爲目前我們現有的 EUV 能力應該能夠支持這一點，”他表示。他進一步說，使用新的 ASML 技術將取決於它在哪裏最具有經濟意義以及“我們可以實現的技術平衡”。他拒絕評論該公司何時开始從 ASML 訂購高數值孔徑機器。
Zhang接着說，工廠的運營成本，包括建築、工具、電力和原材料等成本“不斷上升”。“這對整個行業來說是一個集體挑战，”他說。
英特爾，买下了早期所有產能？
在台積電還在猶豫的時候，英特爾已經买下了High NA EUV的所有供應。
根據韓媒TheElec報道，截至明年上半年，英特爾已獲得 ASML 生產的大部分高數值孔徑極紫外 (EUV) 設備，
消息人士稱，這家荷蘭晶圓廠設備制造商今年將生產五套該套件，這些套件將全部供應給這家美國芯片制造商。他們表示，由於 ASML 高數值孔徑 EUV 設備的產能約爲每年 5 至 6 台，這意味着英特爾將獲得所有初始產能。英特爾正在俄勒岡州工廠啓動並運行第一台高數值孔徑機器，但預計要到 2025 年才能全面投入運行。
爲了贏得客戶，英特爾比競爭對手更快地採用高數值孔徑 EUV。該公司於 2021 年重新進入代工市場，但去年該業務虧損 70 億美元。在最近，他們更是將公司的晶圓代工業務負責人更換爲經驗豐富的Kevin O'Buckley。
資料顯示，O'Buckley 加入英特爾時擁有超過 25 年的半導體行業經驗。在此之前，他擔任 Marvell Technologies 定制、計算和存儲事業部硬件工程高級副總裁。更早之前，他擔任Global Foundries 的產品开發副總裁，然後隨着Marvell在2019 年收購 Avera Semiconductor ，他加入 Marvell，並擔任業務負責人。在更早之前，他在 IBM 領先的技術开發和制造組織工作了 17 年多。O'Buckley 擁有阿爾弗雷德大學電氣工程理學學士學位和佛蒙特大學電氣工程理學碩士學位。
關於High NA EUV的應用，英特爾院士兼英特爾代工邏輯技術开發光刻、硬件和解決方案總監表示：“隨着高數值孔徑 EUV 的加入，英特爾將擁有業界最全面的光刻工具箱，使該公司能夠在本十年後半段推動超越英特爾 18A 的未來工藝能力。”
Mark Phillips同時指出，對於具有最小特徵的芯片層，高數值孔徑 EUV 光刻比低數值孔徑 EUV 雙圖案化更具成本效益。“如果你將它用於設計目的，並且你有足夠的信心相信它會按計劃計劃你的流程以利用它們，那么是的，High NA肯定是成本有效，”Mark Phillips說。
爲此英特爾認爲，高數值孔徑 EUV 工具將在先進芯片开發和下一代處理器的生產中發揮關鍵作用。英特爾代工廠是業界高數值孔徑 EUV 的先行者，將能夠在芯片制造方面提供前所未有的精度和可擴展性，使該公司能夠开發具有最具創新性的特性和功能的芯片，這對於推動人工智能的進步至關重要和其他新興技術。
韓國廠商的躍躍欲試
在英特爾激進，台積電保守的同時，韓國的三星和SK海力士則相對猶豫。TheElec的報道指出，英特爾的競爭對手三星和 SK 海力士預計將在明年下半年的某個時候獲得該套件。
但三星參與內存生產的研究員 Young Seog Kang 在三月底於加利福尼亞州聖何塞舉行的 SPIE 高級光刻+圖案化會議上表示，low NA EUV已經投入使用，芯片制造商可能更愿意使用low NA EUV 的雙圖案化或採用先進的封裝技術作爲更經濟的替代方案，而不是使用高數值孔徑的 EUV。
對於內存，他預測 EUV 的使用壽命總體上會較短，並指出在嘗試擴展該技術時在性能和成本方面存在潛在挑战。不過，他承認，由於邏輯芯片的布局更加復雜，EUV 可能會在更長時間內保持相關性。
“作爲用戶，我總是關心總成本.”Kang說。
值得一提的是，在二月的時候，據韓媒報道，三星電子與ASML共同在韓國投資的半導體先進制程研發中心預計自2027年起引進High-NA 極紫外光（EUV）設備。據悉，該研發中心是爲High-NA EUV而興建，總投資金額1兆韓元（約7.6億美元），最快於2027年引進設備，因需經過許可流程，最快將於2024年12月或2025年動工。
按照三星當時的說法，目前High-NA EUV仍處於審查推出時機的階段，將根據市場狀況及客戶需求決定方向。三星與ASML的合作，比起快速引進High-NA EUV，更重要的是ASML和三星的工程師一同進行研發，使三星能夠更完善地使用High-NA EUV。
至於SK海力士方面，去年八月，韓媒ddaily報道說，SK海力士計劃從明年（也就是2024年）开始採用“高數值孔徑”工藝生產DRAM原型。
報道指出，繼1a DRAM之後，SK海力士還將EUV引入10納米級第五代（1b）DRAM。每層僅使用 EUV 工藝。此前，SK海力士宣布將從10納米級第六代（1c）DRAM开始增加EUV應用層數量。Hi-NA預計將從下一個項目开始參與。
此外，SK海力士目前正在考慮將這兩種技術與high NA混合的計劃，就像並行ArF和EUV一樣。目前的趨勢是提高EUV或高NA的滲透率，其中ArF佔據壓倒性份額。
SK海力士解釋說，“我們無法透露未來的產品，但我們將把EUV和High NA的應用擴展到DRAM。”
EUV，何去何從？
對於High NA EUV，分析機構Semianalysis最早給出了悲觀預測。
在文章中，Semianalysis的分析師對高數值孔徑工具的成本效益提出了質疑。“我們的光刻模型表明，盡管降低了復雜性，但對於即將到來的技術節點（包括 1.4nm/14A），High NA EUV 單次圖案化成本明顯高於使用現有low NA 機器進行的雙重圖案化。此外，多重圖案化低數值孔徑 EUV 能夠比高數值孔徑更精細的間距特徵。”Semianalysis 寫道。
報道表示，不利的成本比較主要是劑量需求（dose requirements）呈指數增長的結果。打印較小的特徵需要更高劑量的光——更多的光子——以防止統計變化導致投影圖像扭曲。Semianalysis 聲稱，盡管 ASML 隨着時間的推移一直在增加源功率，但它並沒有跟上增加的劑量要求。這意味着隨着打印更精細的細節，曝光時間需要增加，從而減慢光刻過程並增加成本。
同時，不受劑量要求的限制，0.33-NA 掃描儀繼續以最大吞吐量運行。“低數值孔徑雙重圖案化的吞吐量優勢非常強大，盡管需要兩倍的晶圓通過掃描儀，但光刻成本卻低於高數值孔徑單次曝光。我們的模型表明，從當前領先的 3nm 工藝節點到 1nm 同等工藝節點，這一點都是正確的。”Semianalysis 表示。
不過，ASML 駁回了所有有關高數值孔徑不具有競爭力的說法。“毫無疑問，從經濟角度來看，高數值孔徑是正確的選擇。前一段時間這曾經是一個問題，但我認爲我們目前看到的一切都表明，高數值孔徑顯然是邏輯和內存方面最具成本效益的解決方案，”ASML前首席執行官 Peter Wennink在 1 月份表示。公司首席財務官羅傑·達森 (Roger Dassen) 指出，迄今爲止（一月中旬）已有十多種高數值孔徑工具獲得了良好的訂單量，他補充道，“很明顯，有一些客戶渴望盡快使用它。”
在2024 年 SPIE 高級光刻 + 圖案化會議上，光刻膠供應商JSR USA總裁馬克·斯萊扎克(Mark Slezak)則對EUV未來持樂觀態度。我認爲我們有一條 20 年的跑道，”他說。
然而，小組中的其他人並不認爲 EUV 的壽命會如此長。如上所說，參與該存儲芯片制造商光刻技術的三星研究員Young Seog Kang預測， EUV 的使用壽命將很短，因爲所提出的擴展該技術的方法將遇到性能和成本問題。
小組中的其他人則介於這兩個極端之間。英特爾掩模業務副總裁兼總經理 Frank Abboud 指出，相移掩模（phase shift masks ）在 DUV 中被證明非常有益，有助於延長該技術的壽命和性能。這種掩模利用相位差產生的幹擾來提高圖像分辨率。目前尚未生產出用於 EUV 光刻的相移掩模，但它們可能會生產出來。
“到目前爲止，這似乎是可行的，”Abboud 說。
光刻工具制造商 ASML 的系統工程總監 Jan van Shoot 指出，有幾個旋鈕可以提高分辨率並擴展 EUV 的實用性。一是數值孔徑，分辨率隨着數值孔徑的增加而增加。另一個稱爲 k 1，該系數取決於與芯片制造相關的許多因素。
提高 EUV NA 的工作已經在進行中，目前該數值爲 0.33。第一個High NA 工具的 NA 爲 0.55，現已就位。但在解決 k 1問題上幾乎沒有採取任何措施。van Shoot 表示，ASML 正在开發一種新的照明器，並採取其他措施來提高 k 1 。
“我們沒有所有的解決方案，但我們有一些有前途的想法，”他說。
EUV 目前的照明技術與使用准分子激光器的 DUV 的照明技術有很大不同。由此產生的光束在空間和光譜上具有緊密的輪廓。Fraunhofer IISB 計算光刻和光學組經理 Andreas Erdmann 在談到對 EUV 照明技術的期望改進時表示：“帶寬較小會很有用。”
最後，EUV 的長期前景可能由技術本身之外的因素決定。IMEC主要技術人員Emily Gallagher指出，未來EUV可能會遇到各種資源限制和環境障礙。例如，含氟氣體可能是溫室氣體排放的重要貢獻者，其中一些氣體的影響是二氧化碳的數萬倍。該行業正在努力消除氟，但這樣做可能需要使用替代品重新驗證工藝，這需要一些時間。
因此，該行業可能必須找到減少氟排放的方法，要么通過焚燒或其他方式破壞氣體，要么通過捕獲它。這種減排變得越來越容易，部分原因是芯片制造商並不是唯一需要使用氟化氣體但又不讓它逸散到環境中的企業。
“越來越多的解決方案正在开發中，”Gallagher談到減排時說道。然後她補充道：“將目光投向半導體行業之外是有優勢的。”
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