三星擬新設至少10臺EUV光刻機：展露要當世界第一的野心
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最新消息顯示，盡管全球經濟將放緩，但三星仍計劃擴大DRAM與晶圓代工的晶圓產能，明年在其P3晶圓廠新設至少10臺極紫外光刻設備（EUV），用于生產最新的12nm級內存芯片，而三星目前僅有40臺EUV光刻機。
本文引用地址：http://cafeforensic.com/article/202212/442108.htm三星是全球第一大DRAM內存芯片公司，并從14nm級別的內存芯片開始引入EUV光刻機。
據悉，三星在韓國的內存工廠主要是位于平澤市的晶圓廠，其中P3晶圓廠目前的產能是每月2萬片晶圓，三星已經計劃擴大投資，增加內存生產設備，將產能提升到每月7萬片晶圓。
據了解，目前三星在韓國有5家半導體工廠，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。
三星最大的半導體工廠便是平澤的P3工廠，該工廠從2020年年底開始建設，歷時近兩年建成，從今年7月份開始生產最尖端的NAND閃存芯片，未來可能還會生產應用處理器和其他半導體。
三星2022年第三季度財報顯示，其運營利潤為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，他們不會有意削減芯片產量，這與整個行業(yè)削減產量以滿足中長期需求的趨勢相反。
三星的半導體野心
在全球晶圓代工行業(yè)，臺積電、三星兩家率先進入到了10nm以下制程，都實現了7nm和5nm工藝的量產，并且還都在向更先進的3nm工藝沖擊。
臺積電的芯片代工市場份額占到全球的半數以上，差不多在54%左右；而三星全球第二，但市場份額也只有18%左右，僅僅是臺積電的三分之一。臺積電在市場份額和技術上一直領先，但三星也一直在努力追趕。
三星制定了2030年重回半導體第一的目標，為此開始大舉投資建廠，但還需要更多的關鍵制造設備 —— 那就是ASML的EUV光刻機。
為爭取更多的EUV光刻機，三星高層去年就到ASML總部爭取 。今年6月14日，三星副會長李在镕造訪ASML荷蘭總部，拜會了ASML首席執(zhí)行官Peter Wennink等高管，廣泛討論半導體技術的未來、市場前景及EUV設備的供應，并取得“額外”的EUV光刻機設備，不過三星未詳細說明此次獲得的“額外”EUV設備內容。
報道稱，今年ASML的EUV光刻機出貨量估計為51臺，此次三星若能爭取到更多EUV機臺，則今年至少可獲得18臺，臺積電則至少確保22臺。業(yè)界此前傳出，去年ASML的EUV設備年度出貨量為48臺，其中15臺由三星奪得，20臺由臺積電包辦。
ASML是全球唯一的高端芯片制程設備制造商，EUV設備的穩(wěn)定供給，是三星超車臺積電、搶下全球半導體龍頭的關鍵。三星2000年代開始與ASML在半導體制程與設備開發(fā)方面進行合作；2012年，三星入股ASML強化雙方伙伴關系。
對新一代High-NA EUV光刻機的爭奪
另外，三星還與ASML達成協議，爭取到了下一代高數值孔徑極紫外光刻機（High-NA EUV）光刻機，據ASML最新披露，High-NA EUV設備將于明年年底推出初始版本，量產型號將于2024年底或2025年初推出。
相比DUV浸沒式光刻機采用193nm波長的深紫外光，EUV光刻系統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及以下更先進的工藝推進，同時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到3nm左右，如果要繼續(xù)推進到2nm制程甚至更小的尺寸，就需要更高數值孔徑（NA）的High-NA EUV。相比目前的0.33數值孔徑的EUV光刻機，High-NA EUV光刻機將數值孔徑提升到0.55，可以進一步提升設備的分辨率（根據瑞利公式，NA越大分辨率越高），通過多重曝光技術可支持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，但是3nm的新工藝還存在風險，良率和功耗都還表現不佳，導致還沒有獲得任何一家美企的訂單。而臺積電沿用老工藝， 之前還表示各項數據優(yōu)于三星 。
三星、臺積電都在使用EUV光刻機生產制造3nm芯片，但實際上已經有點力不從心了：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；臺積電采用傳統工藝，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工藝還是臺積電的傳統工藝都面臨成本高的問題。
High-NA EUV光刻機交付后，更為先進的技術能夠在單元面積中內置更多晶體管，從而進一步提升性能、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時代因良率不佳導致訂單落后于臺積電后，希望通過下一代的產品技術革新扭轉局面。這種背景下獲得了新一代EUV光刻機的消息，有助于在跟臺積電的競爭中優(yōu)勢進一步提升，就看誰能率先利用起來。
目前，為了滿足高性能計算的需求，臺積電、三星、英特爾三大芯片制造商正在大力投資更先進的3nm、2nm技術，所以EUV的放量及新一代High-NA EUV的入場成為了爭奪的關鍵。
未來的芯片設計會更加多樣化
人類在芯片制造技術探索了半個世紀，從最初的微電子處理器到如今的高端納米制程工藝，可以說實現了從地面到天上的飛躍。伴隨著芯片制造技術的提升，一些半導體設備，制程工藝都在持續(xù)突破。
用EUV光刻機造高端芯片成為了行業(yè)常識，只有EUV光刻機的極紫外光源才能達到7nm、5nm等制程所需的分辨率和精度。
但是獲取EUV光刻機是有難度的，一方面價格昂貴不是所有廠商都能買得起，另一方面EUV光刻機產能有限，制造商ASML每年只能生產四五十臺左右的EUV光刻機。
芯片巨頭開始擺脫EUV光刻機的依賴，探索新工藝、新方向。
美光科技繞過了EUV光刻機，在DUV光刻機的支持下采用1β（1-beta）制造工藝的DRAM內存芯片LPDDR5X-8500，將內存產品能效提升15%，內存密度提升35%。
據悉，美光已將其送樣給部分手機制造商、芯片平臺合作伙伴進行驗證，并做好了量產準備。如果不出意外，要不了多久應該會進入商用階段。
1β工藝之所以能得到較大的能效，密度提升，其實是用DUV光刻機進行多重曝光，不僅實現了技術突破，而且繞開EUV光刻機之后還能節(jié)省額外的設備成本費用。
根據美光對1β采用的制造工藝的介紹，這種設計在復雜度上遠超三星、海力士等同類產品。因為目前DRAM的先進性很大程度上取決于每平方毫米晶圓面積上集成半導體數量的能力，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行競爭的。
芯片制造商們不斷挖掘DUV光刻機的潛力，克服DUV光刻機的性能和EUV存在差距，把存在于理論的多重曝光用在了現實。
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，可以實現14nm工藝達到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：設計芯片的焦點不再是緊盯光刻機的蝕刻纖細程度，而是轉向了用設計來抵消EUV帶來的更高精度。
事實上，近些年來芯片領域在先進封裝技術、碳基芯片、光子芯片等領域都實現了突破。一旦芯片設計的多樣化手段進入實際應用階段，光刻機的發(fā)展前景將不再一枝獨秀。
并且摩爾定律束縛的不僅僅是芯片的物理極限，還有半導體設備的技術天花板 —— ASML透露“下一代的NA EUV光刻機可能是最后一代NA，當前半導體光刻技術之路或已走到盡頭，不過正在研究其它可行性替代技術?！?/strong>
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