在科技行業(yè)，在硬件方面最受關(guān)注的公司是英偉達(dá)、蘋果、高通和AMD等芯片公司，或英特爾、三星和臺積電這些芯片制造公司。雖然半導(dǎo)體制造設(shè)備的供應(yīng)商鮮為人知，但其中還有一家頗有名氣的公司，那就是來自荷蘭的 ASML。
ASML 生產(chǎn)用于制造從邏輯到 NAND（用于 SSD、閃存等）和 DRAM 等幾乎所有芯片的光刻設(shè)備。這些工具使用光在晶圓上“打印”特征、制造晶體管等。多年來，該行業(yè)一直使用 193 納米波長的“深紫外光 (“DUV”) 光刻技術(shù)”。大約在 2000 年代中期，這項技術(shù)擴(kuò)展到“浸沒式光刻”：這項技術(shù)在透鏡和晶片之間使用水。這將NA（breaking index）從大約 1.0 提高到大約 1.35，從而將工具的分辨率提高了類似的量。
業(yè)界預(yù)估，在 32nm 節(jié)點及以下節(jié)點（早在十多年前），光刻機(jī)光源步長將從 193nm 躍升至 13.5nm 光，后者稱為極紫外或 EUV，這將大大提高分辨率，以繼續(xù)摩爾定律的驚天縮放。NA 從 1.35 下降到 0.35 可以部分抵消波長的這種改善。
然而，與商用DUV 工具的約 300WPH 相比，早期的 EUV 工具的吞吐量極低，僅為每小時 10-40 個晶圓的訂單（“WPH”）。這種低吞吐量意味著該工具在商業(yè)上不可行。這導(dǎo)致了多年的延誤，因為 ASML 投資解決這些問題。
與此同時，為了繼續(xù)微縮，業(yè)界發(fā)明了（昂貴且復(fù)雜的）“多重圖案化”方案：這些技術(shù)多次曝光晶圓以創(chuàng)建一個特征，需要多個（同樣昂貴的）“掩模”。（掩膜定義了“印刷”在晶圓上的特征，作為芯片的模板。）順便說一句，這也是英特爾在 14 納米和 10 納米中遇到大量良率問題的原因之一。
最終，在過去幾年中，這些 EUV 工具已經(jīng)實現(xiàn)了商業(yè)化，臺積電 5nm 是第一個旨在在多層上廣泛使用 EUV 的節(jié)點。該節(jié)點自 2020 年開始量產(chǎn)。
總之，從 DUV（193nm 光）到 EUV（13.5nm 光）的過渡對延續(xù)摩爾定律起著重要作用。而ASML 是世界上唯一一家可以提供 EUV 工具的公司。
EUV設(shè)備的需求
雖然有多家 DUV 光刻工具供應(yīng)商，但正如所指出的，只有一家企業(yè)擁有 EUV光刻機(jī)，那就是ASML。這意味著 ASML 作為該工具的唯一供應(yīng)商發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，其EUV設(shè)備的平均售價 (“ASP”) 遠(yuǎn)超過 1 億美元（具體而言超過 1.4 億美元），并使 ASML 成為股市中真正的贏家。它在過去幾年推動了后者的收入和收益，EUV 現(xiàn)在幾乎占其超過 100億收入的一半。
ASML 宣布，其在 2020 年出貨了 31 臺 EUV 工具。雖然這表明 EUV 現(xiàn)已達(dá)到成熟，但仍低于其 35 臺出貨計劃。（如果我沒記錯的話，由于從 2019 年到 2020 年初有 4 種工具已經(jīng)下滑，所以計劃確實是 39 次出貨。）然而，未能達(dá)標(biāo)的部分原因是英特爾有據(jù)可查的 7nm 延遲：這減少了 ASML四個單位的出貨量。此外，實體清單也給臺積電帶來了問題，其前 5 大客戶之一（華為）在幾個季度內(nèi)消失了。
正如 ASML 的首席執(zhí)行官所解釋的那樣，這兩個問題導(dǎo)致該公司預(yù)計需求低于預(yù)期，因此轉(zhuǎn)向其供應(yīng)鏈以減少 2021 年的產(chǎn)量。
ASML 首席執(zhí)行官表示：這只是對去年第二季度和第三季度發(fā)生的事情的反映，你知道，我們的主要代工廠客戶顯然回來說，聽著，我們的 N3 主要客戶現(xiàn)在被列入黑名單。
所以，我們不能發(fā)貨。因此，我們需要調(diào)整 EUV 系統(tǒng)的 2021 年展望，隨后另一位客戶表示，嗯，我們將推遲路線圖，這也意味著這將推遲一年，這實際上導(dǎo)致了一種情況我們實際上減少了 EUV 計劃系統(tǒng) 2021 的數(shù)量，因為客戶說，這是兩個原因。他們是兩個大客戶。
然而，從那時起發(fā)生的事情可能是眾所周知的：半導(dǎo)體短缺。首先，臺積電宣布了 2020 年 280美元的巨額資本支出指引，以應(yīng)對對其領(lǐng)先工藝技術(shù)的需求激增。后來進(jìn)一步增加了到300億美元，并且在三年內(nèi)的總體預(yù)期為1000億美元。
雖然半導(dǎo)體晶圓廠肯定需要其他工具，但顯然資本支出的大幅增加將成比例地使 ASML 受益。
其次，英特爾自 7 納米延遲以來的演變也有記錄。特別是，英特爾新任 CEO 特意將“全面擁抱 EUV”作為讓 7nm 重回正軌的關(guān)鍵原因，修訂后的 7nm 工藝流程包含兩倍的 EUV 層數(shù)。這顯然也有利于英特爾未來對 EUV 的需求。例如，雖然上面的引用談到了四個系統(tǒng)，但最近 ASML 實際上只談到了兩個系統(tǒng)。顯然，英特爾在 EUV 上的支出將在 2022 年及以后增加。
為了滿足所描述的需求，ASML 此前曾表示將在 2021 年提高其生產(chǎn)能力，最多可生產(chǎn) 45-50 個 EUV 工具。然而，鑒于供應(yīng)鏈的交貨時間較長以及上一節(jié)所述的問題，ASML 無法及時對 EUV 需求的增加做出反應(yīng)。因此，ASML 很可能在 2020 年僅提供約 40 個設(shè)備。
有人指出，這將導(dǎo)致 ASML 連續(xù)第四年或第五年無法達(dá)到其年度交付目標(biāo)，但當(dāng)然只是討論了對此的提醒。
盡管如此，預(yù)計 ASP 的增加也將帶來進(jìn)一步的增長，路線圖上有幾個升級的工具，這將帶來改進(jìn)，例如更高的 WPH 吞吐量。ASML 預(yù)計其即將推出的工具將與其公司毛利率以及低兩位數(shù)的 ASP 增長（從約 1.4 億美元的水平）達(dá)到平價。2023 年工具實際上將在毛利率上交叉。
還有一些因素可以帶來額外的增長。例如，服務(wù)收入取決于曝光的晶圓數(shù)量，直到最近，這對于 EUV 來說仍然很低。為此，ASML 表示，每個 EUV 工具基本上都會成為其 ASP 每年 5-6% 的經(jīng)常性收入來源。
此外，未來將有更多晶圓（芯片中的層）使用 EUV 進(jìn)行曝光，因為目前只有十幾個最關(guān)鍵的層使用 EUV 進(jìn)行曝光。（這就是英特爾“全面擁抱 EUV”的意思。）最后，DRAM 內(nèi)存行業(yè)有望在未來也采用 EUV。
基于客戶對先進(jìn)節(jié)點不斷增長的 EUV 需求，據(jù)預(yù)計，ASML今年將比去年增長約 30%，相當(dāng)于 2021 年 EUV 系統(tǒng)收入約為 58 億歐元。
因此，盡管 EUV 交付量低于預(yù)期，但考慮到 ASP 的增長，ASML 仍預(yù)計 2021 年 EUV 將增長 30%。此外，鑒于成熟工藝晶圓廠的半導(dǎo)體短缺，ASML 現(xiàn)在也預(yù)計其非 EUV 業(yè)務(wù)需求強(qiáng)勁。例如，臺積電史無前例地宣布將擴(kuò)充28nm 晶圓廠產(chǎn)能。
到 2022 年，當(dāng)上述供應(yīng)問題基本得到解決時，ASML 現(xiàn)在預(yù)計將出貨 55 個 EUV 系統(tǒng)。盡管如此，ASML 表示，即便如此，它也可能會受到其供應(yīng)鏈的限制，因為需求可能會超過 55 個系統(tǒng)的供應(yīng)。
EUV 路線圖，High-NA EUV是下一步
ASML 目前出貨 NXE:3300C 型號，售價 1.3 億美元，可達(dá)到 135WPH。但是，通過附加選項，ASP 增加到上面提到的約 1.45 億美元。
ASML 將在今年推出 NXE:3300D 型號，它能夠達(dá)到 160WPH，ASML 預(yù)計 ASP 將增加 10% 以上，相比之下約為 1.45 億美元的水平。它將把 EUV 帶到 ASML 的公司毛利率
NXE:3300E 型號將在 2023 年實現(xiàn)到來，該型號能夠達(dá)到 220WPH，這是生產(chǎn)力的另一項非常強(qiáng)勁的改進(jìn)。因此，這將是 ASP增加的另一個來源 （ASML 指出，盡管 E 型號的 COGS（銷售成本）較高，但毛利率仍會增加，因為它與更昂貴的 > 3 億美元的“High NA EUV” EXE:5000 工具共享一些部件。)
盡管如此，正如 EXE:5000 工具所表明的那樣，EUV 并不是光刻縮放的最后選擇。多年來，ASML 一直致力于開發(fā) EUV 之外的下一代工具。
如上所述，雖然與之前的 DUV 工具相比，EUV 的波長顯著降低，但 EUV 的NA確實從 1.35 大幅下降到 0.35。（不談物理，破指數(shù)是光和光學(xué)領(lǐng)域的一種現(xiàn)象。）因此，幾年前ASML開始研發(fā)下一代工具來解決這個問題，稱為High NA EUV，參考到工具將具有的更高的 NA 數(shù)。此工具會將這個指標(biāo)增加到 0.55。好處是這進(jìn)一步提高了分辨率。
這將是一種更昂貴的工具，其成本超過一架飛機(jī)，預(yù)計成本超過 3 億美元。因此，即使在最初引入 EUV 之后，ASML 的長期增長前景仍然穩(wěn)固，因為在邏輯和 DRAM 中越來越多的 EUV 采用、更高的 ASP 以及下一次升級到更昂貴的High NA EUV。
然而，最近在 1 月第四季度財報發(fā)布期間，一個警告變得清晰起來。看來High NA光刻已經(jīng)推遲了幾年。
此前，預(yù)計High NA 將在 2023 年推出。例如，英特爾一直在呼吁開發(fā)High NA 生態(tài)系統(tǒng)以避免延誤。
因此，開發(fā)High NA設(shè)備勢在必行。“在持續(xù)改進(jìn) 0.33 的同時，我們需要開發(fā) 0.55，”英特爾研究員兼芯片巨頭的光刻硬件和解決方案總監(jiān)Mark Phillips在最近的一次演講中說。“英特爾擁有強(qiáng)大的工藝節(jié)點路線圖，需要持續(xù) EUV 光刻開發(fā)的分辨率和 EPE（邊緣放置誤差）優(yōu)勢。需要High NA EUV 以避免 0.33 NA mask splits，消除mask splits的累積 EPE，減少工藝復(fù)雜性并降低成本。我們需要生態(tài)系統(tǒng)準(zhǔn)備好在 2023 年之前為其提供支持。”
在此次活動中，Phillips對光刻師和掩模制造商發(fā)表講話，呼吁采取行動，以保持High NA EUV 走上正軌，并解決技術(shù)差距，即掩模和抗蝕劑。High-NA 一直是 2023 年的目標(biāo)，但根據(jù)過去的事件，它有可能下滑。目前的 EUV 在投入生產(chǎn)之前已經(jīng)晚了幾年。
然而，ASML 宣布，它現(xiàn)在預(yù)計High NA 設(shè)備將在 2025 年或 2026 年（由其客戶）進(jìn)入商業(yè)生產(chǎn)，這意味著最多延遲三年。
我們正在與客戶就Hihg NA 量產(chǎn)的路線圖時間保持一致，目前估計在 2025-2026 年的時間范圍內(nèi)。
為滿足這一時間表，我們將于今年開始集成模塊，并計劃在 2022 年擁有第一個合格系統(tǒng)。我們計劃在 2023 年在客戶現(xiàn)場首次安裝第一批系統(tǒng)，并計劃提供關(guān)于我們的 High-NA 的更詳細(xì)的更新今年投資者日期間的計劃。
因此，這對行業(yè)和 ASML 來說都是一次挫折。對于業(yè)界來說，這意味著要繼續(xù)縮小晶體管的尺寸，他們將不得不使用那些最初為“DUV 浸沒式光刻”而開發(fā)的“多重圖案化”技術(shù)。雖然目前多重圖案在行業(yè)中已經(jīng)成熟，但它仍然是一種昂貴的技術(shù)。將此與昂貴的 EUV 工具相結(jié)合可能會給晶圓成本帶來壓力。
不過，對于 ASML 而言，多重 EUV 圖案實際上可能會進(jìn)一步增加對其當(dāng)前 EUV 工具的需求。因此，這實際上可能會部分抵消High NA EUV 延遲帶來的（假設(shè)）收入影響。
對于擁有多年視野的長期投資者來說，延遲應(yīng)該無關(guān)緊要，就像之前很久的 EUV 延遲目前不再重要一樣，因為 ASML（終于）從 EUV 獲得了數(shù)十億美元。
