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雖然ASML並沒有在其財報當中說明這些EUV系統花落誰家,但從其財報中所透露出來的2020年在亞洲的中國臺灣、韓國等地開設EUV 培訓中心的動作上,也不難猜出這些EUV光刻機的最終歸宿。

來源:內容由半導體行業觀察(ID:icbank)原創,作者:蔣思瑩

EUV光刻機伴隨著7nm先進製程而來,又隨著5nm及以下工藝的發展而有望得到進一步的壯大。利用EUV光刻機,臺積電和三星將他們的晶圓賣往了全球各地,同時在市場對先進工藝的需求下,他們也拿出數百億美元砸向了EUV光刻機的採購。

不僅如此,據工商時報日前的報道稱,臺積電還將啟動EUV持續改善計劃(Continuous Improvement Plan,CIP),希望在略為增加晶片尺寸的同時,減少先進製程EUV光罩使用道數,以降低3nm“曲高和寡”問題。

就在臺積電和三星正在利用EUV光刻機在先進製程的道路上飛速發展的同時,英特爾新任CEO Pat Gelsinger也在今年參加參加摩根大通的會議時表示,英特爾將全面擁抱EUV光刻工藝,並會對EUV工藝進行多代重大改進。

在引入EUV光刻機這條路上,先進工藝在前面跑,DRAM在後面追。包括三星、SK海力士以及美光等儲存龍頭也相繼有了將EUV引入DRAM的計劃。在今年7月,韓國儲存廠商SK海力士宣佈,公司第一代使用EUV光刻機生產的DRAM正式量產。

在這些市場的推動下,EUV光刻機站在了半導體市場的聚光燈下。ASML作為目前唯一可以提供EUV光刻機的供應商,他們到底賣了多少EUV光刻機?

ASML EUV光刻機都有哪些?

EUV光刻機的出現,也是延續摩爾定律的重要一部分。於是,憑藉著沉浸式光刻而崛起的ASML也開始將其創新的目光投向了EUV光刻技術。到2006年,ASML推出了兩個Alpha EUV演示工具,一個被送到了imec,另一個被送到了到奧爾巴尼(紐約州與IBM和ASML合作的奧爾巴尼大學研究中心)。

2010年,ASML出貨了他們的第一臺光刻裝置NXE:3100。NXE:3100的數值孔徑為0.25,在同樣的製程條件下,NXE:3100的晶圓加工產出量相比早先推出的EUV Alpha Demo Tool光刻機提升了20倍左右,而產出量的極大提升則是源自於新機型光源功率的提升,透射率的提升以及雙工作臺(dual stage:即可同時加工兩片晶圓)的新設計。據相關媒體報道,ASML總共運送了六臺NXE:3100,分別運往了三星、imec、英特爾、東芝、海力士和臺積電。繼NXE:3100之後,ASML於2013年推出了量產型NEX:3300B。

2015年又推出了NXE 3350B。根據ASML所釋出的2015年的年報中顯示,公司兩套第四代EUV光刻系統(NXE:3350B)已經出貨,並開始發貨第三個。同時,通過CCIP(CCIP是ASML於2012年提出一項“客戶聯合投資計劃”,三大主要的Foundry廠商——英特爾,三星和臺積電也是在這一年成為了ASML的股東)獲得了部分EUV研發專案的資金。同時,ASML在荷蘭的Veldhoven開設了新的EUV工廠,實現了批量發貨。可以說,2015年,對於ASML EUV光刻機是成功的一年。

於2012年啟動的CCIP計劃,在5年以後結束了。也正是在這一年,ASML的EUV光刻機有了里程碑式的進展——ASML在其2017年中的年報中這樣寫到:“2017年,我們在EUV系統方面再次取得重大進展,通過運輸第一個NXE:3400B系統,更接近大批量生產。”

據其官網介紹,TWINSCAN NXE:3400B支援7奈米和5奈米節點的EUV量產。NXE:3400B每小時處理晶圓數不低於125片(125 wph),在實驗室中可達140片。ASML也在其財報中稱,隨著ASML的EUV系統在2017年達到大批量生產的程度,他們也開始探索如何實現這些系統的節能。

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(圖片來源:ASML官網)

2018年,為了持續推進EUV技術向大批量生產階段發展。ASML展示了每小時145片晶圓的生產能力,高於2017年的每小時125片晶圓,並且正在努力實現92%的生產時間(可用性)一致的效能。

接下來,在2019年第三季度中,ASML新一代EUV光刻機NXE:3400C開始出貨。據ASML介紹,這個新裝置是以“NXE:3400B”為基礎,首次開發降低重合誤差的版本,而在後續的發展則是是以“降低重合誤差版本”為基礎,開發提高生產效能的版本(NXE:3400C每小時生產170片晶圓,可用率超過90%)。wikichip也稱其是第一個完全面向HVM的系統。



(圖片來源:ASML官網)

ASML並沒有止步,在其今年最新公佈的財報中顯示,ASML的最新一代EUV光刻機NXE:3600D系統已發貨給客戶。據瞭解,與NXE:3400C相比,該系統提供15%至20%的生產力改進能力和約30%的覆蓋改進。ASML現在正在為記憶體批量生產EUV,並計劃在三個DRAM客戶的未來節點上實施EUV。



可以看出,ASML每推出一代EUV光刻機,新裝置的生產能力也在穩步提升。而ASML之所以能夠在EUV光刻機上取得成功,不僅有他們自身的實力做基礎,也包括他們針對這一技術所進行的一系列收購,其中包括在2013年完成了對美國光源製造商Cymer的收購、2016年對擁有最先進的電子束檢測技術廠商HMI的收購、以及2017年完成了對德國Carl Zeiss SMT GmbH 24.9%間接權益的收購。

ASML賣了多少臺光刻機

ASML經過數十年的努力,將EUV光刻機成功應用到了實際生產當中,並實現了量產。那麼,這些年中,ASML到底賣了多少臺光刻機?ASML所釋出的歷年財報中,透露了他們EUV系統的銷售量。



(來源:ASML 2017年年報)

從ASML在2017年釋出的年報中可以看出,從2017年開始,其EUV系統的銷售數量就出現了飛躍,其在當年所推出的NXE:3400B則是最大的動力——根據其年報顯示,2017年,ASML向客戶出售10臺NXE:3400B EUV系統。

2018年,ASML出售了18個EUV系統,其中17個是NXE:3400B EUV系統。



(來源:ASML 2018年財報)

ASML在其2019年的年報中用大寫加粗的字型寫下了這樣一則訊息——The NXE:3400C is expected to deliver cost-effective shrink for both Logic and DRAM(NXE:3400C有望為邏輯和DRAM的收縮帶來成本效益)。

從出貨量上看,ASML在2019年中的年報中顯示,公司預計2019年EUV的出貨量會逐年增加,從18個增加到30個,但是由於供應鏈暫時延遲,最初計劃在2019年發貨的四個EUV系統現在將在2020年初發貨。儘管存在這些挑戰,我們成功地發貨了26個EUV系統,包括公司第一款用於大批量製造的NXE:3400C。2019年,ASML總共出貨了9臺NXE:3400C。



(來源:ASML 2019年年報)

在接下來的2020年中,ASML共銷售了31臺EUV系統。而根據相關媒體在今年1月的報道顯示,而截止至2020年底,ASML一共出貨了100臺EUV光刻機。



進入到2021年中,截止到今年7月4日的資料顯示,ASML已經售出了16臺EUV系統。



(來源:ASML 2021年中報)

EUV光刻機營收佔比越來越大

從ASML自2017年推出NXE:3400B後,EUV光刻機開始正式被各大廠商應用到實際生產。也是從這一年開始,EUV光刻機也成為了ASML營收和毛利的支柱之一。

根據其2017年財報顯示,ASML 2017年營收年增33.2%至90.53億歐元、毛利率自44.8%升至45.0%。ASML在其年報中表示,毛利率的提高主要是由於系統產品結構轉向更高階的系統,部分抵消了EUV系統銷售的增長。由於加快了對EUV服務基礎設施的投資,與2016年相比,EUV淨銷售額增加了兩倍多,我們仍能夠將毛利率提高到45.0%。

2019年,ASML推出了新一代的EUV系統,反應在其營收上的表現是,全年營收為118.2億歐元,同比增長了8%,毛利率從46%下滑到了44.7%,全年淨利潤25.92億歐元,維持不變。總計出貨了26臺EUV光刻機,比2018年的18臺有了明顯增長,使得EUV光刻機的營收佔比也從23%提升到了31%。

2020年,EUV系統仍舊為ASML帶來了巨大的經濟效益——總淨銷售額從2019年的118.20億歐元(2018年:109.44億歐元)增加到2020年的21.585億歐元,即18.3%,達到139.785億歐元(2018年:109.44億歐元)。ASML在其年報中表示,這是由於EUV銷量增加、EUV平均銷售價格提高所致NXE:3400C相對於NXE:3400B以及我們服務和現場選項業務的增長。邏輯部門在2020年繼續保持強勁勢頭,也是我們最先進的EUV系統的最大消費者。記憶體需求在2019年下滑後於2020年回升。韓國的地域銷售增長最大,以支援擴大晶圓代工和DRAM生產線的產能。



未來的發展

在發展EUV系統的同時,ASML還在對未來進行了佈局,他們認為EUV系統未來將走向High-NA。

關於High-NA的身影,也出現在了ASML 2017年的年報中。公司指出,我們也已經開始開發未來10年的下一代EUV光刻系統,使用一種叫做High-NA的技術。這項技術將使半導體行業能夠以更低的成本生產出效能更高的微晶片。下一代EUV光學器件將提供更高的數值孔徑,使進一步減少光刻過程中的關鍵尺寸成為可能。目前的EUV系統的光學系統的數值孔徑為0.33,而新的光學系統的數值孔徑將大於0.5,從而可以實現幾代的幾何晶片縮放。

在ASML 2019年的年報中,High-NA這一技術同樣作為R&D中的一項重要支出,出現在其年報當中。按照其年報的訊息顯示,公司正在擴充套件我們的路線圖,包括High-NA,以支援我們的客戶3奈米邏輯。

2020年對於ASML來說是技術突破、創新和合作的一年,在這一年中,比利時的imec取得了突破,展示了ASML的NXE:3400B EUV系統如何在單次曝光中列印窄間距線(24 nm)。這將有助於imec和合作夥伴開發光刻膠材料,以支援ASML下一代EUV系統High-NA的引入。ASML在其財報中表示,High-NA這項技術將使幾何晶片縮放超過當前十年,提供比我們當前的EUV平臺高70%的解析度和覆蓋能力。

在2021年上半年的財報中,ASML也指出,公司將繼續投資EUV的大批量製造,完成NXE:3600D的開發,並進一步提高我們安裝的基礎系統的可用性和生產力。此外,我們的路線圖包括High-NA,我們的下一代0.55NA系統,以支援我們的客戶2奈米邏輯及以上,以及類似密度的記憶體節點。

按照ASML在2020年報中公佈的計劃來看,2024年半導體行業終端市場將會帶給High-NA機遇,到2025年,ASML將開始出貨High-NA系統和大批量生產使用High-NA的系統。

寫在最後

通過ASML財報中所透露出來的大量資料來看,到目前為止,ASML已經出售了100多臺EUV系統。雖然ASML並沒有在其財報當中說明這些EUV系統花落誰家,但從其財報中所透露出來的2020年在亞洲的中國臺灣、韓國等地開設EUV 培訓中心的動作上,也不難猜出這些EUV光刻機的最終歸宿。

另一方面,從市場的訊息來看,臺積電是EUV光刻機的大買家,其所購置的EUV光刻機數量已經超過其他競爭對手。同時,從臺積電、三星等方面傳出的訊息來看,他們也都準備了大量的資金用以購置EUV光刻裝置。這也不得不說,EUV系統不僅是ASML的“印鈔機”,在市場需求的推動下,這也是同樣是Foundry和DRAM廠商的“印鈔機”。



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