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作者：暢秋
12月中旬，韓國總統(tǒng)尹錫悅與荷蘭首相馬克·呂特發(fā)表聯(lián)合聲明，雙方構(gòu)建“半導體同盟”。雙方一致認為，兩國在全球半導體供應鏈中有著特殊的互補關系，并重申構(gòu)建覆蓋政府、企業(yè)、高校的半導體同盟的決心。為此，雙方商定新設經(jīng)貿(mào)部門之間的半導體對話協(xié)商機制，同時推進半導體專業(yè)人才培養(yǎng)項目。
陪同尹錫悅出訪的還有三星電子和SK海力士公司的高管團隊，這兩家芯片巨頭都是荷蘭ASML公司的主要客戶。
在變化多端的全球半導體市場，為了幫助由三星電子和SK海力士支撐的韓國半導體產(chǎn)業(yè)，尹錫悅走到了前臺，凸顯出韓國政府對于保持并提升本國半導體競爭力的決心。
幾周前，三星電子老板李在镕到荷蘭與ASML簽署了重要協(xié)議。從荷蘭返回韓國后，李在镕表示，對與ASML達成的協(xié)議感到滿意。在EUV爭奪戰(zhàn)愈加激烈的當下，對于三星、英特爾和臺積電這三強來說，誰先拿到ASML最先進的EUV設備，且拿到的盡量多，誰就在未來先進制程芯片競賽中占得了先機。正因為如此，李在镕，甚至尹錫悅才如此積極地奔走。
據(jù)悉，按照協(xié)議規(guī)定，ASML在5年內(nèi)將提供總共50套設備（不止EUV光刻機），而每臺單價約為2000億韓元（約為11.02億元人民幣），總價值可達10萬億韓元（約為551億元人民幣）。
?01、最先進制程之爭
綜合三星電子、臺積電和英特爾的規(guī)劃來看，2022-2023年實現(xiàn)3nm制程量產(chǎn)，2025年實現(xiàn)2nm量產(chǎn)。其中，三星和臺積電的競爭激烈，臺積電3nm仍堅持采用改良的FinFET晶體管技術，三星則選擇GAAFET技術。目前來看，臺積電3nm繼續(xù)保持市場領先地位，并獲得了全球多數(shù)大客戶的訂單。
三星電子在2023年推出了第二代3nm工藝，計劃2025年量產(chǎn)2nm，2027年推出1.4nm，到2030年趕上臺積電。
2025年，三星將推出2nm（SF2）制程，據(jù)悉，該工藝將采用背面供電技術，這樣可以進一步提升性能，因為供電電路被移到芯片背面，給正面留出了集成更多晶體管的空間。
在2nm制程之后，三星將增加晶體管的納米片數(shù)量，這樣可以增強驅(qū)動電流，提高性能，因為更多的納米片允許更多的電流流過晶體管，從而增強其開關能力和運行速度。更多的納米片還可以更好地控制電流，有助于減少漏電流，從而降低功耗。改進的電流控制也意味著晶體管產(chǎn)生的熱量更少，從而提高了電源效率。
據(jù)韓國媒體報道，三星晶圓代工部門正在整合優(yōu)勢資源，快速推進其2nm生產(chǎn)計劃。
臺積電同樣計劃于2025年推出2nm制程，也將采用納米片工藝，到那時，三星已經(jīng)在GAA晶體管方面擁有豐富的經(jīng)驗，這對晶圓代工很有利。因此，三星對2nm制程寄予厚望，無論是工藝技術，還是良率，可以與臺積電分庭抗禮。
近期，臺積電已經(jīng)啟動了2nm試產(chǎn)的前置作業(yè)，預計導入最先進AI系統(tǒng)來加速試產(chǎn)效率。目標是今年試產(chǎn)近千片，試產(chǎn)順利后，將導入后續(xù)建設完成的竹科寶山Fab 20廠，由該廠團隊接力沖刺2024年風險試產(chǎn)與2025年量產(chǎn)目標。
?02、EUV設備越來越重要
無論是對于攻城的三星電子，還是對于守城的臺積電，必須打好2nm制程量產(chǎn)這一仗。而制程越先進，對EUV光刻設備的依賴度越高，此時，ASML占到了舞臺中央。
據(jù)悉，2024全年，ASML計劃生產(chǎn)10臺可生產(chǎn)2nm芯片的EUV設備，而英特爾可能已經(jīng)預先拿到了其中的6臺。這種情況下，三星與臺積電在這方面的競爭會更激烈。
在半導體設備領域，韓國在半導體測試等后道設備領域的國產(chǎn)化已經(jīng)取得重大進展，在前道設備方面，光刻和離子注入機仍處于零國產(chǎn)化的狀態(tài)。韓國在8大半導體設備方面的國產(chǎn)化率如下：熱處理（70%），沉積（65%），清洗（65%），平整化（60%），蝕刻（50%），測量分析（30%），光刻 (0%)，離子注入(0%)。
因此，三星需要將更多的EUV和離子注入設備，以及后續(xù)服務和技術支持引入到韓國本土，以提升其先進制程工藝的開發(fā)和量產(chǎn)效率。為此，三星電子與ASML簽署了一份價值1萬億韓元（7.55 億美元）的協(xié)議。兩家公司將在韓國投資建設一家半導體研究工廠，在那里開發(fā)EUV技術。三星電子副董事長兼設備解決方案部門負責人 Kyung Kye-hyun 強調(diào)，該協(xié)議將幫助其獲得下一代高 NA（數(shù)值孔徑）EUV 光刻設備。
在韓國京畿道東灘即將建成的半導體研究工廠中，ASML和三星電子的工程師將共同改進 EUV技術。當然，這并不是要在韓國生產(chǎn)光刻機，而是要與ASML建立更深入的合作伙伴關系，以便三星可以更好地使用最新EUV設備。
?03、先進存儲芯片也在追求EUV
以上談的是晶圓代工以及邏輯芯片（CPU、GPU等處理器）采用的先進制程需要更多的EUV設備，除此之外，近些年，先進存儲芯片也需要EUV，這方面，三星電子和SK海力士依然是需求大戶，這兩家與美光科技正在這方面進行競爭。
近些年，存儲芯片，特別是DRAM的制程進入了10nm~20nm時代，而且越來越趨近于10nm，這樣，常用的DUV光刻機就難以滿足最先進制程DRAM的要求，行業(yè)三巨頭也逐步在產(chǎn)線上引入了EUV設備。
2020年3月，三星電子率先使用EUV光刻機生產(chǎn)DRAM；2021年7月，SK海力士宣布利用EUV量產(chǎn)了LPDDR4內(nèi)存；2021年10月，三星電子開始用EUV大規(guī)模生產(chǎn)14nm制程DRAM。
標準型DRAM芯片需求量遠遠大于單種類型邏輯芯片，三星電子的1Znm制程DRAM量產(chǎn)結(jié)果表明，相比于DUV光刻機，EUV極大簡化了制造流程，不僅可以大幅度提高光刻分辨率和DRAM性能，還可以減少使用的掩模數(shù)量，從而減少流程步驟，降低缺陷率，并大幅縮短生產(chǎn)周期。
即使EUV掩模費用（數(shù)百萬美元）遠高于DUV，使用EUV光刻機量產(chǎn)DRAM也具有更高的性價比。
近兩年，三星電子和SK海力士將EUV光刻機引入1Znm制程DRAM的量產(chǎn)進展順利，并演進到了第五代1β制程。相對而言，DRAM三巨頭中的美光較為保守，沒有立即跟進使用EUV。不過，到了2022年，看到使用EUV生產(chǎn)DRAM的諸多好處后，美光也按耐不住了。
據(jù)悉，美光將把EUV光刻機引入到該公司在日本的新產(chǎn)線，投資約36億美元用于1-Gamma制程工藝，美光可以從日本政府那里獲得15億美元的補貼。
顯然，在用EUV制造DRAM方面，韓國兩強已經(jīng)走在了前面。韓國政府出面推動與荷蘭和ASML的深度合作，有助于三星和SK海力士存儲芯片的后續(xù)量產(chǎn)升級。
?04、應對日本的半導體復興
最近，韓國政府如此積極地參與本土半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展，還有一個刺激因素，那就是日本政府和產(chǎn)業(yè)界正在集體行動，想復興本土的半導體產(chǎn)業(yè)。
日本企業(yè)曾在全球半導體市場占據(jù)主導地位，在上世紀80年代后期占據(jù)了50%以上的市場份額，但他們目前的份額已經(jīng)下降到10%左右。盡管在某些領域仍保持著競爭力，例如功率半導體，以及半導體設備和材料，但總體來看，日本需要的很多品類芯片都依賴進口，特別是先進制程（16nm及以下）芯片，其本土幾乎是一片荒漠。
近兩年，日本政府一直致力于提升本土先進制程芯片的制造能力，并采取了一系列措施。
為了打造本土半導體供應鏈，日本政府祭出了大量補貼，不僅吸引臺積電落腳日本，力積電也將在宮城縣以合資方式與日方合作設廠，加上聯(lián)電既有的三重縣晶圓廠，中國臺灣四大晶圓代工廠中，已有三家布局日本。
據(jù)悉，臺積電熊本新廠主建筑已建設完畢并開始移機，有望于2024年第四季度開始量產(chǎn)。臺積電還有可能在日本建第二座晶圓廠。
除了鼓勵外企前往當?shù)赝顿Y建廠，日本政府還在2022年8月籌組了由豐田、索尼、NTT、NEC、軟銀、電裝（Denso）、鎧俠、三菱UFJ等8家日企及官方共同成立的Rapidus公司，目標是在2025年開始試產(chǎn)2nm芯片，2027年實現(xiàn)量產(chǎn)。
據(jù)日本媒體報道，ASML將于2024年在日本北海道設立新的技術支持中心，以協(xié)助Rapidus的2nm晶圓廠安裝和維護EUV光刻設備。
Rapidus董事長東哲郎表示，為了打造最先進芯片制造產(chǎn)線，預計將投資7萬億日元（約合540億美元），才能在2027年量產(chǎn)。之前，8家參股企業(yè)和日本政府提供的補貼資金遠遠不夠。今年4月，日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省敲定計劃，將額外向Rapidus提供3000億日元（約22.7億美元）補貼。但這依然不夠，它們需要投下重注。
雖然日本在先進制程芯片方面很弱，但該國在半導體材料方面處于世界領先地位，半導體前段工序常用的材料一共19種，其中14種都由日本企業(yè)主導，特別是10nm制程以下的光刻膠，基本上只有日企能夠生產(chǎn)。這對韓國來說是個不小的問題，因為韓國先進芯片制造所需的關鍵半導體材料大都需要從日本進口，4年前，因為兩國政府和民間因一些事端出現(xiàn)對抗情緒，日本切斷了向韓國出口相關半導體材料的渠道，特別是光刻膠，韓國的相關技術和產(chǎn)品沒有競爭力。這使得韓國政府和相關企業(yè)，特別是三星電子和SK海力士非常被動。
今年上半年，日本產(chǎn)業(yè)革新投資機構(gòu)（JIC）同意收購光刻膠巨頭JSR，它擁有全球三成左右的市場份額。這家投資機構(gòu)的背后，就是日本政府。
光刻膠是光刻工藝中最為核心的材料，它的純度、質(zhì)量直接決定芯片的良率。
三星集團CEO曾表示：“如果缺少光刻膠，那么光刻機就是一堆廢鐵?！?/p>
2019年，日本跟韓國翻臉，日本不準向韓國出口光刻膠，這在很大程度上影響了三星電子先進制程芯片的生產(chǎn)，特別是良率，直線下滑，因為它只能用純度不夠的光刻膠。
韓國深受教訓，韓國政府在那時就立志要強化本土半導體材料的供應能力。2022年12月，三星宣布，韓國東進世美肯(Dongjin Semichem)研發(fā)的EUV光刻膠已成功應用于芯片生產(chǎn)，東進也是第一家把EUV光刻膠本土化做到量產(chǎn)水平的韓國公司。
Dongjin Semichem在日本實施出口管制之后就開始研發(fā)光刻膠，并于2020年聘請ASML Korea前CEO Kim Young-sun為副會長，為進軍EUV光刻膠業(yè)務打下基礎。據(jù)韓媒ETNews報道，Dongjin Semichem制定了High NA EUV光刻膠開發(fā)路線圖，從今年下半年啟動研發(fā)項目，目標是最快在2025上半年完成技術開發(fā)。
?05、結(jié)語
英特爾的改變，使得先進制程的競爭更加激烈，行業(yè)三強將在2nm制程芯片量產(chǎn)時走到歷史進程中最接近的時段，無論是技術，還是量產(chǎn)能力，很可能是是幾十年來差距最小的，而且是三家同時競爭。
隨著應用需求的發(fā)展，存儲芯片對制程工藝的要求也越來越高，發(fā)展到10nm以下先進制程是遲早的事。
日本作為亞洲半導體業(yè)曾經(jīng)的霸主，后來被韓國拉下馬，如今，日本又開啟了復興之路。
在以上這些競爭和壓力面前，韓國政府和相關企業(yè)的競爭意識不斷加強，不進則退，需要更多行動和措施，才能保持住它們的行業(yè)地位。
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