下一代光刻机，竞争激烈

代工（半导体外包）行业领军企业台湾台积电通过收购一家全球极紫外（EUV）光掩模制造公司的股份，加剧了即将推出的 2 纳米（nm）超精细工艺技术的竞争。

据业内消息人士及外媒13日消息，台积电近日召开临时董事会会议，决议收购英特尔旗下奥地利EUV光刻设备光掩模制造商IMS 10%的股权。

台积电此次收购令业界感到意外。IMS在EUV光刻设备光掩模市场占据主导地位，占有98%的份额。英特尔于 2016 年收购了 IMS，并于 2009 年进行了初步投资。去年 6 月，英特尔将其约 20% 的 IMS 股份出售给私募股权公司贝恩资本。

光掩模包含半导体电路的设计。当光穿过光掩模时，图案被蚀刻到硅芯片上。IMS 生产的“多光束掩模刻录机”可以更精确、更快速地生产光掩模，被称为半导体行业的游戏规则改变者。

业内人士甚至表示，如果没有IMS的设备，ASML的EUV光刻设备将变得毫无用处。一位半导体业内人士表示：“这一决定似乎是对ASML下一代光刻设备High-NA EUV的预期。”他指出，“随着光刻设备在7纳米超以下精细工艺中的重要性日益增加，台积电正在超越其现有的技术合作。”

追赶台积电的三星电子曾于2012年斥资约7000亿韩元收购了ASML约 3.0%的股份，用于未来光刻机开发合作。2016年，其出售了一半的ASML股份以回收投资，截至今年第二季度末，其仅保留0.7%的股份。

尽管三星减少了在 ASML 的股份，但行业专家认为，两家公司之间的合作关系仍然牢固。据报道，三星电子正准备确保下一代 EUV 光刻设备 High-NA 的产量，预计该设备将于今年晚些时候作为原型发布，并于明年正式供货。SK海力士、台积电和英特尔也有望加入下一代光刻设备的竞争。

另一方面，半导体公司之间关于2纳米工艺的竞争也在不断升级。台积电去年6月宣布，已开始准备2纳米产品的试产，意在保持领先地位。然而，三星电子计划利用其先前开发的 Gate-All-Around 工艺来超越。随着英特尔和Rapidus也加入2纳米竞赛，超精细工艺的竞争预计将非常激烈。

ASML正抓紧研制其下一代高数值孔径极紫外光（high-NA EUV）曝光机，在之前的财报会上，AMSL透露，其存量EUV客户均订购了新一代设备。具体来说，在Intel和台积电之后，三星、SK海力士、美光等也下单high-NA EUV光刻机了。

ASML的首席执行官Peter Wennink日前也透露，尽管供应商的一些延误，公司仍将在今年如期出货次世代产品的首批先导设备。他表示，执行长说：「一些供应商在提高效率、提供合适的技术品质方面存在一些困难，因此导致了一些延迟」，「但是实际上，仍将在今年首次出货」。

ASML的次世代微影机High NA EUV的大小如同一辆卡车，每台成本高达3亿美元，为最顶尖的晶圆制造商所需，以制造更小和更好的下世代芯片。

目前仅有台积电(2330)、英特尔、三星、SK海力士、美光有使用ASML最先进的设备，极紫外光微影机(EUV)，一台如同巴士大小，每台造价破2亿美元。

High NA、或称高数值孔径(high numerical aperture)的设备将从更宽的角度收集光线，分辨率最高可提高70%。

客户将先测试High NA EUV，然后在投入商业量产，因为逻辑芯片的制造商需要比记忆体制造商更早取得设备。

此外执行长也证实了，公司在今年在DUV的销售金额，将高于EUV。ASML预计，今年DUV销售将成长30%，主要是中国对该款微影机的需求强劲。

Wennink说，随着在亚利桑那州和台湾的新芯片工厂准备迎接EUV设备，这种情形将在2024年翻转；目前市场对高阶AI芯片的需求正日益增加。

在之前接受荷兰媒体bits-chips采访的时候Martin van den Brink曾直言：“光刻技术的过渡期很糟糕。因为如果你搞砸了，事情就会变得一团糟，尤其是现在这个组织已经这么大了。”他同时也指出，和从DUV向EUV演进不一样，对于High-NA光刻机，风险会小很多，这主要是因为设备上的基础设施改变不大。

“开发High-NA 技术的最大挑战是为 EUV 光学器件构建计量工具。High-NA 反射镜的尺寸是前一代产品的两倍，并且需要在 20 皮米内保持平坦。要实现这些目的，需要在一个大到‘你可以在其中容纳半个公司’的真空容器中进行验证。”Martin van den Brink说。

Martin van den Brink表示，在2017年刚开始启动High NA EUV项目的时候，他认为这将是EUV光刻机的最后一个NA，因为当时的他认为，High NA来得太晚了，没有足够的微缩能够来收回投资。他同时还透露，最开始其合作伙伴蔡司也不是很想参与这个项目。

虽然困难重重，但High NA EUV光刻机就快成为现实了。正如报道中所说，半导体业界还想知道的一个事情是，High-NA是否还有继任者。

报道指出，ASML 的技术副总裁 Jos Benschop 已经在2021年的 SPIE 高级光刻会议上透露，可能的替代方案，即波长的新台阶，不是一个选择。这与角度有关——EUV 反射镜反射光的效率在很大程度上取决于入射角。波长的降低会改变角度范围，这样透镜就必须变得太大而无法补偿。虽然ASML 正在研究它，但Van den Brink表示，就个人而言，他不认为 hyper-NA 会被证明是可行的。“我们正在研究它，但这并不意味着它会投入生产。多年来，我一直怀疑 high-NA 将是最后一个 NA，而且这个信念没有改变。”Van den Brink说。

据他所说，从技术上看，hyper-NA（高于0.7，可能是0.75）理论上是可以做到的。但他也同时提出：市场上还有多少空间可以容纳更大的镜头？我们可以出售这些系统吗？他在当时还强调，如果Hyper-NA 的成本增长速度与我们在 high-NA 中看到的一样快，那么它在经济上几乎是不可行的。

但是，在日前的财报中，Van den Brink说，我可以谈论 NA 高于 0.7 的 EUV（称为 Hyper NA）可能在本十年结束后不久成为现实（I could talk about EUV with an NA higher than 0.7 (known as Hyper NA) potentially becoming a reality shortly after the end of this decade）；。然而，接下来最合适的指南实际上是：这一切都取决于成本。我们需要越来越多地关注降低成本——这意味着不是减少资源，而是确保我们推向市场的解决方案更简单、更可持续、更有效、更易于维护、更易于制造且更具可扩展性。

Van den Brink强调，如果我在不了解对这些产品施加的成本和复杂性限制，就贸贸然转向下一个产品是不负责任的。这也正是ASML对将于 2023 年上市的新型光学计量系统所做的。公司在紧张的成本参数范围内重新审视了这个项目，并且已经能够实现比以前更具成本效益许多倍的新技术。同样，ASML正在继续努力控制当前0.33 NA EUV 系统以及High-NA 和 Hyper-NA 系统的成本，以确保微缩的需求仍然强劲。

“十年前，当我们开发 High-NA 时，我们无法想象 NA 超过 0.55 甚至存在。所以 Hyper-NA 是非常非常难以实现的。很棒的是我们的业务和研发能力可以同时处理所有这些事情。我们可以开发像 Hyper-NA 这样的技术，同时关注成本控制、简单性、可持续性、可制造性和可维护性。”Van den Brink在财报中说。

换而言之，Hyper-NA EUV光刻机可能真的要成为现实了。