押注2nm！英特尔26亿抢单下一代 EUV光刻机，台积电三星决战2025！

电子发烧友网报道（文/梁浩斌）近期，2nm工艺被几大晶圆代工厂推到了风口浪尖处，台积电、英特尔、三星都在推进2nm的计划，而距离他们2025年的量产计划还有三年时间，装备大战就已经提前展开了。
 
芯片制造离不开光刻机，特别是在先进制程上，EUV光刻机由来自荷兰的ASML所垄断。同时，尽管目前市面上，EUV光刻机客户仅有三家，但需求不断增加的情况底下，EUV光刻机依然供不应求。
 
针对后3nm时代的芯片制造工艺，High-NA（高数值孔径）EUV光刻机是目前的最佳选择。在最近的2022国际光学工程学会SPIE上，ASML介绍了High-NA EUV原型系统的最新进展，旗下第一款High-NA EUV系统TWINSCAN EXE:5000（镜头数值孔径从0.33NA升级至0.55NA）会在2023年在实验室中安装，原型机有望2023年上半年完成，并进行测试。EXE:5000系统将会在2024年交付，而下一代的量产型EXE:5200系统则在2025年左右交付使用。
 
英特尔豪砸26亿，提前4年抢单，布局晶圆代工
 
英特尔在10nm的工艺节点上的大幅延误，导致在过去几年间，先进制程节点上大幅落后于台积电以及三星两家晶圆代工厂。而去年英特尔宣布大举进入晶圆代工领域，起步明显要比台积电三星晚不少。短短几年间，英特尔从以往几十年中的领先者，转变为追赶者的角色。
 
目前Intel 10和Intel 7的制造工艺上都没有使用EUV光刻机，按照计划，英特尔会在Intel 4工艺上首发EUV工艺，首款产品会是2023年上市的14代酷睿Meteor Lake处理器。据爆料，英特尔已经在俄勒冈州的D1X晶圆厂配备10-12台EUV光刻机，同时英特尔在今年年初也表示将在俄勒冈州工厂引进ASML下一代High NA EUV光刻机。
 
英特尔在年初还宣布，已经向ASML预定了一台仍在设计中的下一代High NA EUV光刻机EXE:5200，英特尔也是全球第一家下订单的公司。据KeyBanc的预测，一台0.55NA的EUV光刻系统，仅成本就接近3.2亿美元，约21.4亿人民币，最终售价可能高达4亿美元（26.7亿人民币）。作为对比，目前ASML正在出货的EUV光刻机成本为1.5亿美元左右。
 
虽然交付时间要到2025年，但ASML今年第一季度财报中显示，已经收到多份EXE：5200的订单，5月订单还继续增加中。根据官方透露，目前ASML的EXE：5200光刻机已经有三个逻辑芯片客户和两个DRAM内存客户订单，那么按照目前有需求的厂商，三个逻辑芯片客户必然是英特尔、台积电和三星了，不过目前被确认的订单，只有英特尔。
 
英特尔作为ASML第一个High NA EUV光刻机的客户，与ASML进行了深度合作，而按照英特尔的计划，最先采用High NA EUV技术的是Intel 18A（1.8nm）节点，预计在2025年量产，时间正是EXE：5200交付的节点。
 
这被视为英特尔在晶圆代工领域上的一次豪赌。英特尔CEO基辛格已经在此前确认了18A制程将会提供晶圆代工服务，他甚至表示Intel 3和Intel 18A两代制程都已经找到了客户，有消息称英特尔第一批20A和18A制程的客户是高通和亚马逊。
 
 
2025晶圆代工大乱斗，英特尔能后发制人？
 
英特尔之外，三星早已对台积电虎视眈眈，在3nm、2nm等节点上，三星的路线图都要相比台积电更早。甚至在上周，有韩媒放出消息称，三星将在近日宣布3nm量产，而台积电的计划是今年下半年才开始生产。更重要的是，三星在3nm节点上较为激进地放弃了FinFET架构，而是采用了GAA晶体管架构，同时为了抢先台积电完成3nm工艺量产，三星还直接从5nm直接过渡至3nm，跳过了4nm。
 
在2nm节点上，三星也保持着与台积电一致的步伐。三星晶圆代工业务的负责人曾表示，他们在按照计划推进2nm工艺，并在2025年下半年量产，希望通过技术上的飞跃来缩小与台积电的差距。
 
但三星今年的晶圆代工业务，深陷良率造假的负面消息中，据称高通等大客户已经将其在三星的部分订单重新转移回台积电，这使得三星未来的代工业务蒙上了一层阴影。
 
而台积电较为稳扎稳打，在3nm制程上继续为FinFET“续命”。尽管沿用原有的晶体管架构，但台积电在材料方面，或许会有新技术的应用。据了解，台积电正在研究的新材料包括二硫化钨（WuS2）和碳纳米管等二维材料。这些二维材料能够更有效地移动电子，并让芯片实现更节能的计算。
 
二维材料的应用也是为了解决晶体管微缩后带来的量子效应，解决漏电发热、提升芯片能耗，并减小芯片面积。相比于当前的硅材料，二维半导体材料天生更适用于2nm及之后的先进制程，二硫化钨和碳纳米管是目前最具代表性的二维材料。
 
另一方面，在台积电6月举办的技术论坛上，台积电研发资深副总经理表示公司将在2024年引进ASML的High-NA EUV光刻机。同时，台积电的2nm节点量产时间也在2025年。
 
在引入High NA EUV后，英特尔在产能、良率等方面会有更大的提升。如果能够如期2025年实现量产，那么相比于同期台积电、三星的2nm工艺，英特尔在Intel 18A上引入的独有技术，或许能够在尖端晶圆代工领域，实现技术反超。
 
英特尔在Intel 20A工艺上采用了两大独家技术：RibbonFET和PowerVia。RibbonFET是英特尔对GAA晶体管的实现形式，进入3nm以下节点，FinFET的晶体管架构已经不适合应用了，当FinFET结构中的鳍片（Fin）宽度达到5nm（在3nm节点下）就已经接近物理极限。所以英特尔RibbonFET技术取代了FinFET，加快了晶体管开关速度，同时实现多鳍结构相同的驱动电流下占用空间更小。
 
PowerVia则是英特尔推出的业界首个背面电能传输网络，通过消除晶圆正面供电布线需求来优化信号传输。有意思的是，目前台积电透露的N2工艺中也采用了类似的背面配电线路（backside power rail）。
 
而2025年，如果一切顺利的话，台积电、三星、英特尔将在2nm节点中，第一次站在了同一起跑线上，同时从FinFET转向GAA、同时采用最新的光刻机等等，届时比拼的就是相关产业链比如光刻胶、掩膜版、各种新材料、封装结构等的配套。英特尔能否完成后发制人？台积电的霸主地位会受到怎样的冲击？三年后见分晓。