DRAM提前進入EUV時代

極紫外光(EUV)是基於深紫外光(DUV)升級的最新一代光刻機設備。隨著半導體製程微縮走向極限,EUV光刻機設備成為焦點。EUV的作用在於,可繼續壓榨電晶體的密度、降低光罩用量,提升良率並降低晶片製造成本。

由於DRAM製程向1z奈米(nm)或1αnm製程推進的難度越來越高(三星18nm製程技術被傳出因良率過低導致的瑕疵品引發客戶賠償的消息),目前採用EUV設備提升量產能力,降低DRAM的生產成本,成為最為緊迫的辦法。

目前全球三大DRAM晶片巨頭——三星、美光和海力士都將製程製程開進10nm級別,此10nm級別並非就是10nm,它又分為三個等級,其中1xnm對應16nm~19nm製程;1ynm對應14nm~16nm製程;1znm對應12nm~14nm製程,在這之後還會有1α及1βnm製程節點。製程的微縮逐漸成為DRAM原廠的發展瓶頸。

1年前,美光不認為EUV光刻機在DRAM晶片的製造環節上是必須的,甚至未來發展到1znm以下的1α和1β製程技術,可能都不需要EUV光刻機。加上EUV價格昂貴(1億美元以上),及去年DRAM價格正處於高漲的甜蜜期,美光做此判斷乃情理之中、但今年迫於市場壓力不得不改變此策略。

據多家市調機構的資料顯示,2019年上半年,受市場供需影響,消費類NAND Flash價格下滑了30%,DRAM價格也是一路下跌,雖然原廠計畫減產救市,但短期仍不見止跌訊號。要降低成本,一是微縮製程,二是啟用EUV設備,顯然,啟用EUV設備將更為直接有效。

據韓媒報導,三星將在2019年11月開始量產採用EUV技術的1znm DRAM。量產初期將在華城17產線,不過由於與晶圓代工事業部共用EUV設備,所以初期使用量不大,之後平澤工廠也會啟動EUV DRAM量產;美光計畫2019年底在日本廣島B2新工廠量產1znm LPDDR4;SK海力士也有意以EUV製程生產DRAM。可以判斷,在1αnm或1βnm世代,EUV將開始全面導入。

EUV時代ASML獲利最大

在DUV時代,光刻機市場主要被荷蘭ASML、日本Sony和Nikon三巨頭佔據,但到了EUV時代,變成只有ASML一家供應商。目前,ASML已佔據整個光刻機市場70%的份額。今年4月,ASML發佈首季財報,第一季淨收入3.55億歐元,毛利率41.6%。業績成長迅速。

競爭格局分水嶺出現在193nm光刻技術成為市場主流之後,ASML逐漸後來居上。加上英特爾、台積電和三星入股ASML更加鞏固了其龍頭地位。

2012年英特爾以25.38億歐元購買了ASML 15%的股權;台積電以8.38億歐元購買了ASML 5%的股權;三星以5.03億歐元購買了ASML 3%的股權。除此,三家廠商還提供高額資金助力ASML技術研發。

有了三大業者的助力,ASML在2012年推出了試驗型EUV光刻設備NXE 3100,後續又推出了量產型NEX 3300B,2014年推出了NXE 3350B。目前,已經推出新一代量產型的NXE 3400B和NXE 3400C EUV設備。

在7nm製程量產關鍵節點,ASML的NXE 3400B EUV光刻機成為了台積電、三星實現量產計畫的關鍵。ASML曾表示,2017年下半到2018年初,EUV光刻機每小時晶圓輸送量約125片,而ASML新一代EUV光刻機NXE 3400C,晶片輸送量可達到每小時170片水準,這將使產能增加36%。

更有消息顯示,ASML計畫在2019年出貨30台EUV光刻機,同時正準備將NXE 3400C EUV光刻機推廣到DRAM產業,而這正好與DRAM原廠導入EUV的想法不謀而合。

然製程微縮的挑戰尚存,DRAM在1znm出現的良率瑕疵問題,EUV能否協助全面解決?我們拭目以待。

本文為姊妹刊國際電子商情原創文章