台积电被放弃,ASML向英特尔运送首台2nm光刻机,工艺之争重来?

看科技有铭程 2024-01-05 09:07:02

近日,荷兰ASML透露,已经向英特尔运送全球首台新型高数值孔径极紫外光刻机(High NA EUV),也可以称2nm光刻机。

英国路透社称,2nm光刻机每台售价超3亿美元,体积比卡车还大,预计2026年、或2027年开始商用,可以生产“更小、更快的半导体”。

这款光刻机也被视为上一代EUV光刻机的迭代产品,未来将使用在2nm、1nm制程芯片上,不仅可以降低芯片工艺的复杂性,还可以降低制造成本。

究其原因,就是新一代EUV光刻机,提高了分辨率,能够光刻出更精密的图形。

提高光刻机的分辨率主要有三种方法,即:增大数值孔径、缩短波长、减小光刻工艺因子。

缩短光的波长,意味着要找到新的光源替代极紫外光,目前来看有点不太现实。

目前,光刻工艺因子已突破其理论极限0.25,继续减小也不现实。

只剩下增大数值孔径一条路了。

根据瑞利公式,将数值孔径从0.33增加到0.55,那么光刻机的分辨率就会从13nm提升至8nm,对2nm及1nm芯片工艺提供支持。

0.55NA的光刻机,看起来提升的并不多,但是它对光学镜头、掩膜版、光刻胶有着巨大的性能要求,尤其是光学镜头。

蔡司作为光学镜头的龙头企业,在该领域打磨了上百年,是EUV光刻机的独家供应商,也是新一代EUV光刻机的重要支持者。

经过产业链的共同努力,2nm光刻机成功实现了量产,未来台积电、三星、英特尔将使用这些设备在2nm芯片领域,展开激烈的角逐。

芯片厂商抢设备

ASML的新一代光刻机量产了,芯片巨头们自然是第一时间开“抢”了,过去的EUV光刻机一半数量被台积电抢走,这次有了改变。

ASML计划明年量产10台2nm光刻机,其中英特尔拿到了6台,超过了半数,着实让市场吃了一惊,这似乎是对台积电的挑战。

而三星也在极力拉拢ASML,希望可以得到更多更先进的光刻机。这对台积电来说不是什么好事。

再加上美光、SK海力士的参与,台积电还能拿到多少台设备呢?

要知道,英特尔曾经做了30多年半导体龙头,这几年不断地被对手超越,2017年被三星超越,30多年的半导体龙头被迫易主,2019年,台积电7nm工艺超越了英特尔的14nm。

为了重新夺回半导体龙头,英特尔开始发力,2022年订购了第一台2nm光刻机,这次一口气拿下6台,就像当初台积电拿下半数的EUV光刻机一样。

按照单台3亿美元的价格计算,英特尔此次将至少花费18亿美元购买设备,如果加上后期的配套服务、安装的话,估计价格超过了20亿美元。

这还仅仅是光刻机的价格,加上其他设备,以及掩膜版、光刻胶等半导体材料,开支将会更庞大。

但是,这对英特尔来说是值得的,拥有更多的先进设备,意味着其追平台积电,夺回半导体龙头的机会就更大。

而对于台积电来说,设备的缺少,尤其是先进设备的缺失,将成为制约其发展的最大难题。

台积电一直是芯片代工领域的龙头,但是近几年开始走下坡路。

2020年5月,台积电开始赴美建厂,当时计划投资120亿美元在美国亚利桑那州建设5nm晶圆厂。

随着美国《芯片与科学法案的推出》,台积电看到了巨额补贴,将投资增加至400亿美元,增加了一座3nm晶圆厂,计划2024年投产。

但是,厂房建了一半,工程师、专家也都过去了,才发现根本不是那么回事。

在美国建造晶圆厂太难了。

1、基础设施不行,水、电、交通、住宿都很拉胯,尽管美国政府表示积极配合,但实际上根本没动静;

2、在当地找不到熟练的技术工人,去台湾招聘,又被美国工会阻挡,工会负责人称,台积电此举是对美国工人的侮辱,这种做法就是为了打压当地工人;

3、招聘的美国工人太难管理,他们不仅拒绝加班,也拒绝值夜班,甚至很多时候都在顶撞管理层;

4、当初许诺的150亿美元的巨额补贴,最终能够拿到的只有53亿美元,而且还设置了层层条款。

台积电当初信心满满的赴美建厂,现在遇到了巨大的困难,而拿到的补贴是最少的。

英特尔、美光和德州仪器等美国企业将分别获取到168亿美元、111亿美元和74亿美元的补贴。

从台积电赴美建厂,英特尔拿走6台2nm光刻机,可以看出台积电正在被抛弃。

进入10nm工艺后,台积电率先迭代至7nm、5nm、3nm,而英特尔则进展缓慢,导致消费者抱怨,称其是“牙膏厂”。

英特尔却直指台积电的7nm工艺造假,其性能、晶体管数量和自己的10nm工艺相当,是同一代产品。

但台积电打着“领先对手一代”的旗号,夺取了大量的订单。

2022年,台积电的市场占有率达到了60%,排在第二名三星仅为15%,其他代工厂则更惨。

台积电这种一人通吃,不给其他人留后路的做法,尤其是不给英特尔后路,让他的未来充满了变数。

除了英特尔外,三星也立志在5年内超越台积电。

2023年5月,三星半导体业务主管庆桂显接受媒体采访时表示,三星的晶圆代工技术仅落后台积电1~2年,但未来的2nm节点竞争中会发生变化。等到台积电量产2nm时,三星将处于领先,这个时间大约需要5年。

4nm工艺,三星落后台积电2年;到了3nm,落后1年。2nm,双方都采用GAA技术,三星的优势则开始显现。

除了制造工艺外,三星也在努力提升封装技术,因为2nm工艺对封装技术要求更高,先进的封装技术也会为芯片性能加大分。

为此,三星计划投入171万亿韩元,约合9422亿人民币,用于芯片制造、内存、闪存等领域,近万亿的投入,绝对是大手笔。

三星会长李在镕也亲自飞往荷兰,与ASML洽谈,希望可以拿到更多的2nm光刻机,拥有更多的设备,就意味着拥有更多的生产线、更多的制造经验。

此外,三星还通过降价策略进行抢单,据传三星分食到了AMD、谷歌部分4nm订单,这对台积电来说并不是好消息。

未来,如果三星能够解决发热问题,重新树立起客户和消费者的信心,那么三星的确会重拾占有率。

ASML最新的2nm光刻机的推出,将为台积电、英特尔、三星提供一个重新竞争的平台,在新起点时,所有的竞争似乎可以“重新来过”。

工艺制程竞争进入了白热化,但台积电正在遭遇来自多方的压力,设备不足、新工厂迟迟不能投产,竞争对手的压力等。

或许,台积电真的会被放弃吧!尤其是在新工厂和技术人员赴美后,没有了价值,还有留下来的余地吗?

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