電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/梁浩斌）近期，2nm工藝被幾大晶圓代工廠推到了風(fēng)口浪尖處，臺(tái)積電、英特爾、三星都在推進(jìn)2nm的計(jì)劃，而距離他們2025年的量產(chǎn)計(jì)劃還有三年時(shí)間，裝備大戰(zhàn)就已經(jīng)提前展開了。

芯片制造離不開光刻機(jī)，特別是在先進(jìn)制程上，EUV光刻機(jī)由來自荷蘭的ASML所壟斷。同時(shí)，盡管目前市面上，EUV光刻機(jī)客戶僅有三家，但需求不斷增加的情況底下，EUV光刻機(jī)依然供不應(yīng)求。

針對(duì)后3nm時(shí)代的芯片制造工藝，High-NA（高數(shù)值孔徑）EUV光刻機(jī)是目前的最佳選擇。在最近的2022國際光學(xué)工程學(xué)會(huì)SPIE上，ASML介紹了High-NA EUV原型系統(tǒng)的最新進(jìn)展，旗下第一款High-NA EUV系統(tǒng)TWINSCAN EXE:5000（鏡頭數(shù)值孔徑從0.33NA升級(jí)至0.55NA）會(huì)在2023年在實(shí)驗(yàn)室中安裝，原型機(jī)有望2023年上半年完成，并進(jìn)行測試。EXE:5000系統(tǒng)將會(huì)在2024年交付，而下一代的量產(chǎn)型EXE:5200系統(tǒng)則在2025年左右交付使用。

英特爾豪砸26億，提前4年搶單，布局晶圓代工

英特爾在10nm的工藝節(jié)點(diǎn)上的大幅延誤，導(dǎo)致在過去幾年間，先進(jìn)制程節(jié)點(diǎn)上大幅落后于臺(tái)積電以及三星兩家晶圓代工廠。而去年英特爾宣布大舉進(jìn)入晶圓代工領(lǐng)域，起步明顯要比臺(tái)積電三星晚不少。短短幾年間，英特爾從以往幾十年中的領(lǐng)先者，轉(zhuǎn)變?yōu)樽汾s者的角色。

目前Intel 10和Intel 7的制造工藝上都沒有使用EUV光刻機(jī)，按照計(jì)劃，英特爾會(huì)在Intel 4工藝上首發(fā)EUV工藝，首款產(chǎn)品會(huì)是2023年上市的14代酷睿Meteor Lake處理器。據(jù)爆料，英特爾已經(jīng)在俄勒岡州的D1X晶圓廠配備10-12臺(tái)EUV光刻機(jī)，同時(shí)英特爾在今年年初也表示將在俄勒岡州工廠引進(jìn)ASML下一代High NA EUV光刻機(jī)。

英特爾在年初還宣布，已經(jīng)向ASML預(yù)定了一臺(tái)仍在設(shè)計(jì)中的下一代High NA EUV光刻機(jī)EXE:5200，英特爾也是全球第一家下訂單的公司。據(jù)KeyBanc的預(yù)測，一臺(tái)0.55NA的EUV光刻系統(tǒng)，僅成本就接近3.2億美元，約21.4億人民幣，最終售價(jià)可能高達(dá)4億美元（26.7億人民幣）。作為對(duì)比，目前ASML正在出貨的EUV光刻機(jī)成本為1.5億美元左右。

雖然交付時(shí)間要到2025年，但ASML今年第一季度財(cái)報(bào)中顯示，已經(jīng)收到多份EXE：5200的訂單，5月訂單還繼續(xù)增加中。根據(jù)官方透露，目前ASML的EXE：5200光刻機(jī)已經(jīng)有三個(gè)邏輯芯片客戶和兩個(gè)DRAM內(nèi)存客戶訂單，那么按照目前有需求的廠商，三個(gè)邏輯芯片客戶必然是英特爾、臺(tái)積電和三星了，不過目前被確認(rèn)的訂單，只有英特爾。

英特爾作為ASML第一個(gè)High NA EUV光刻機(jī)的客戶，與ASML進(jìn)行了深度合作，而按照英特爾的計(jì)劃，最先采用High NA EUV技術(shù)的是Intel 18A（1.8nm）節(jié)點(diǎn)，預(yù)計(jì)在2025年量產(chǎn)，時(shí)間正是EXE：5200交付的節(jié)點(diǎn)。

這被視為英特爾在晶圓代工領(lǐng)域上的一次豪賭。英特爾CEO基辛格已經(jīng)在此前確認(rèn)了18A制程將會(huì)提供晶圓代工服務(wù)，他甚至表示Intel 3和Intel 18A兩代制程都已經(jīng)找到了客戶，有消息稱英特爾第一批20A和18A制程的客戶是高通和亞馬遜。


2025晶圓代工大亂斗，英特爾能后發(fā)制人？

英特爾之外，三星早已對(duì)臺(tái)積電虎視眈眈，在3nm、2nm等節(jié)點(diǎn)上，三星的路線圖都要相比臺(tái)積電更早。甚至在上周，有韓媒放出消息稱，三星將在近日宣布3nm量產(chǎn)，而臺(tái)積電的計(jì)劃是今年下半年才開始生產(chǎn)。更重要的是，三星在3nm節(jié)點(diǎn)上較為激進(jìn)地放棄了FinFET架構(gòu)，而是采用了GAA晶體管架構(gòu)，同時(shí)為了搶先臺(tái)積電完成3nm工藝量產(chǎn)，三星還直接從5nm直接過渡至3nm，跳過了4nm。

在2nm節(jié)點(diǎn)上，三星也保持著與臺(tái)積電一致的步伐。三星晶圓代工業(yè)務(wù)的負(fù)責(zé)人曾表示，他們?cè)诎凑沼?jì)劃推進(jìn)2nm工藝，并在2025年下半年量產(chǎn)，希望通過技術(shù)上的飛躍來縮小與臺(tái)積電的差距。

但三星今年的晶圓代工業(yè)務(wù)，深陷良率造假的負(fù)面消息中，據(jù)稱高通等大客戶已經(jīng)將其在三星的部分訂單重新轉(zhuǎn)移回臺(tái)積電，這使得三星未來的代工業(yè)務(wù)蒙上了一層陰影。

而臺(tái)積電較為穩(wěn)扎穩(wěn)打，在3nm制程上繼續(xù)為FinFET“續(xù)命”。盡管沿用原有的晶體管架構(gòu)，但臺(tái)積電在材料方面，或許會(huì)有新技術(shù)的應(yīng)用。據(jù)了解，臺(tái)積電正在研究的新材料包括二硫化鎢（WuS2）和碳納米管等二維材料。這些二維材料能夠更有效地移動(dòng)電子，并讓芯片實(shí)現(xiàn)更節(jié)能的計(jì)算。

二維材料的應(yīng)用也是為了解決晶體管微縮后帶來的量子效應(yīng)，解決漏電發(fā)熱、提升芯片能耗，并減小芯片面積。相比于當(dāng)前的硅材料，二維半導(dǎo)體材料天生更適用于2nm及之后的先進(jìn)制程，二硫化鎢和碳納米管是目前最具代表性的二維材料。

另一方面，在臺(tái)積電6月舉辦的技術(shù)論壇上，臺(tái)積電研發(fā)資深副總經(jīng)理表示公司將在2024年引進(jìn)ASML的High-NA EUV光刻機(jī)。同時(shí)，臺(tái)積電的2nm節(jié)點(diǎn)量產(chǎn)時(shí)間也在2025年。

在引入High NA EUV后，英特爾在產(chǎn)能、良率等方面會(huì)有更大的提升。如果能夠如期2025年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，那么相比于同期臺(tái)積電、三星的2nm工藝，英特爾在Intel 18A上引入的獨(dú)有技術(shù)，或許能夠在尖端晶圓代工領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)技術(shù)反超。

英特爾在Intel 20A工藝上采用了兩大獨(dú)家技術(shù)：RibbonFET和PowerVia。RibbonFET是英特爾對(duì)GAA晶體管的實(shí)現(xiàn)形式，進(jìn)入3nm以下節(jié)點(diǎn)，F(xiàn)inFET的晶體管架構(gòu)已經(jīng)不適合應(yīng)用了，當(dāng)FinFET結(jié)構(gòu)中的鰭片（Fin）寬度達(dá)到5nm（在3nm節(jié)點(diǎn)下）就已經(jīng)接近物理極限。所以英特爾RibbonFET技術(shù)取代了FinFET，加快了晶體管開關(guān)速度，同時(shí)實(shí)現(xiàn)多鰭結(jié)構(gòu)相同的驅(qū)動(dòng)電流下占用空間更小。

PowerVia則是英特爾推出的業(yè)界首個(gè)背面電能傳輸網(wǎng)絡(luò)，通過消除晶圓正面供電布線需求來優(yōu)化信號(hào)傳輸。有意思的是，目前臺(tái)積電透露的N2工藝中也采用了類似的背面配電線路（backside power rail）。

而2025年，如果一切順利的話，臺(tái)積電、三星、英特爾將在2nm節(jié)點(diǎn)中，第一次站在了同一起跑線上，同時(shí)從FinFET轉(zhuǎn)向GAA、同時(shí)采用最新的光刻機(jī)等等，屆時(shí)比拼的就是相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈比如光刻膠、掩膜版、各種新材料、封裝結(jié)構(gòu)等的配套。英特爾能否完成后發(fā)制人？臺(tái)積電的霸主地位會(huì)受到怎樣的沖擊？三年后見分曉。