三星首次实现EUV光刻设备量产线进行半导体生产

2020年3月25日，三星电子（Samsung Electronics）公开透露，在半导体生产的主要工序中首次采用了新一代“EUV（极紫外线）”光刻设备的量产线。成为在半导体存储芯片领域，全球首家使用EUV光刻设备。

EUV是波长只有13.5纳米（纳米为10亿分之1米）的极短极紫外线。EUV光刻设备被用于在硅晶圆上刻出半导体线路的重要工序，能够以更短时间刻画出细微电路，从而降低制造成本。

EUV极紫外光刻机一直是全球芯片制造商最为心仪的神品，三星电子一直有兴趣引进EUV极紫外光刻机，但是迫于业绩形势，总是下不了决心，到了2020年3月25日，终于耐不住寂寞，对外公布了引进新一代EUV极紫外光刻机的事情。

新厂落成前▼

新厂落成后▼

对于EUV极紫外光刻机的热衷，如全球半导体领导型制造企业TSMC台积电，属于全球引入EUV极紫外光刻机非常积极的，到目前为止台积电在发展5nm、7nm、10nm等工艺上，一直都对EUV光刻机十分器重，当然也为此带来了非常可观的收获。所谓大投入大风险自然有大收获。

如此来看，在芯片制造工艺的创新引入上，台积电明显更为积极，而三星电子这样的保守派也积极引入新一代EUV极紫外光刻机，这对于全球半导体制造产业带来了利好消息。

只是在2019年8月台积电就已经对外宣布，N7+ 7nm+工艺已经大批量供应给客户，也就成为该公司乃至全产业首个商用EUV极紫外光刻技术的工艺。

EUV光刻采用波长为10-14nm的极紫外光作为光源，可使曝光波长直接降到13.5nm，从而可以更快推进半导体设计研发，推动更先进工艺带来更好性价比芯片产品的量产。

其实，在光刻机新技术引进上，三星电子也做了铺垫的。据2019年9月份外媒消息，Samsung Foundry三星晶圆厂在韩国京畿道华城（Hwaseong）建立了另一条生产线V1，该生产线从一开始就为EUV工具设计，此后将大幅增加EUV光刻机的使用量。这家工厂将耗资6万亿韩元（46.15亿美元），预计2019年完工，2020年才会HVM大规模量产。不过，2020年3月9日消息说韩国三星电子京畿道华城市（Hwaseong）芯片工厂在3月8日发生火情，虽然对芯片生产没有造成影响，但也让业界胆战心惊了一下。

回顾一下，利用极紫外光刻技术进行芯片商业化生产是从1985年开始的，至今有33年的发展，对整个全球半导体制造行业的发展带来了非常大的影响。最终，EUVL有望在生产复杂的芯片晶圆时减少多次曝光（multi-patterning），从而简化设计过程，提高产量，缩短周期时间。

这里大家可以了解一下多次曝光（multi-patterning），什么叫多次曝光（multi-patterning）？比如生产wafer（晶圆）时，如果实现一次曝光，那么一台机器一天可以生产4000片wafer（晶圆）。一旦曝光次数增加，比如需要两次曝光，那么这台机器一天就只能生产2000片wafer（晶圆）。自然多次曝光（multi-patterning对产量、成本都有直接的影响。

但是，同样位于韩国京畿道华城（Hwaseong）三星晶圆厂的S3生产线安装了EUV设备，该厂仍有大量DUV（深紫外）光刻机设备。2018年10月，三星电子在S3生产线上使用了EUV光刻机来实现7nm LPP制造工艺生产芯片，7LPP制造技术对移动SoC设计的10LPE有一定优势。7nm LPP制造工艺技术使用了极紫外光刻（ EUVL： Extreme Ultraviolet Lithography ）制作选择层，能够减少每个芯片所需要的掩模数量，从而缩短芯片的生产周期。

进一步分析来看，与10LPE相比，7LPP制造技术可以在同样的复杂度下使面积减少40%，在同样的频率和复杂度下功耗降低50%，在同样的功率和复杂度下性能提高20%。使用极紫外光刻技术对选定层进行曝光，使三星能够在下一代SoC中放置更多的晶体管，并降低其功耗，这对于未来旗舰智能手机中使用的移动SoC来说是一个非常有说服力的事情。

不过，该工厂同时还有多台ASML Twinscan NXE:3400 BDUV（深紫外线）光刻机设备。当时三星电子就想进一步扩大7LPP工艺技术产量，也就是需要扩充更多的EUV光刻机，只是受制于业绩带来的投资预算有限，也就搁浅到了2019年底才得以实现。也是真不容易。业界的Arm、Mentor、Synopsys、Ansys、Cadence、SEMCO等合作伙伴都受益于S3生产线的7LPP制造技术。

后来，三星干脆单独建立了一条基于EUV的生产线，一直到了2020年3月，三星电子真正宣布立足EUV光刻机技术的芯片制造才开始批量生产。由此，到2020年底，三星7nm以下的EUV容量将增加两倍，并在2020年在第一季度开始从V1生产线推出第一批7纳米和6纳米的移动芯片。

当然V1是三星第一条致力于极紫外（EUV）光刻技术的半导体生产线，采用7纳米及以下工艺节点生产芯片。V1线于2018年2月破土动工，并于2019年下半年开始测试晶圆生产。它的第一批产品将在2020年第一季度交付给客户。

三星电子在半导体领域有着技术领先和设计创新的基因，同时在芯片制造基础设施上的专注。随着三星加大生产，V1生产线将增强应对市场需求的能力，并扩大支持客户的机会。

之前，三星芯片制程工艺将3nm都规划了进来。

V1生产线目前正在生产最先进的移动芯片，采用7和6nm工艺技术，并将继续采用更精细的电路，直至3nm工艺节点。

到2020年底，按照三星的计划，V1生产线的累计总投资将达到60亿美元，7nm及以下工艺节点的总产能预计将比2019年增加两倍。与S3生产线一起，V1生产线预计将在应对快速增长的全球市场发挥关键作用。

随着半导体几何尺寸越来越小，采用EUV光刻技术变得越来越重要，因为它可以缩小硅片上复杂模式的比例，毕竟5G、AI和汽车等下一代应用的功能日益增强、复杂度持续提高，而芯片的尺寸要求持续缩小。

随着V1生产线的投入运营，三星目前在韩国和美国共拥有6条生产线，其中包括5条12英寸生产线和1条8英寸生产线。

2019年三星电子研发支出20.1万亿韩元，占营收8.8%，只是在光刻机的引进上需要加快具体应用落地带来生产降本增效。从中不难发现，三星电子的迎头赶上，在2020年有望为全球半导体带来上升势头，毕竟三星电子总体营收规模来看，已经位于全球第一，2019年的营收将为229.52万亿韩元，约1956亿美元，约合人民币1.35万亿元。虽然比2018年业绩下降明显，但老大位置却稳坐住了。

此外，台积电2019年全年营收346亿美元，略高于2018年，约合人民币2447亿元。

虽然未来5年有能力投入先进制程的晶圆代工厂除了台积电、三星电子，也就只有英特尔了。但是目前三星电子也将英特尔甩在身后了，因为2019英特尔营收719.65亿美元，约合人民币5089亿元。

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