為了阻擊臺(tái)積電和日本半導(dǎo)體，韓國(guó)也是拼了

作者：暢秋

12月中旬，韓國(guó)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(dǎo)體同盟”。雙方一致認(rèn)為，兩國(guó)在全球半導(dǎo)體供應(yīng)鏈中有著特殊的互補(bǔ)關(guān)系，并重申構(gòu)建覆蓋政府、企業(yè)、高校的半導(dǎo)體同盟的決心。為此，雙方商定新設(shè)經(jīng)貿(mào)部門(mén)之間的半導(dǎo)體對(duì)話協(xié)商機(jī)制，同時(shí)推進(jìn)半導(dǎo)體專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)項(xiàng)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(tuán)隊(duì)，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(dǎo)體市場(chǎng)，為了幫助由三星電子和SK海力士支撐的韓國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，尹錫悅走到了前臺(tái)，凸顯出韓國(guó)政府對(duì)于保持并提升本國(guó)半導(dǎo)體競(jìng)爭(zhēng)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(guó)后，李在镕表示，對(duì)與ASML達(dá)成的協(xié)議感到滿意。在EUV爭(zhēng)奪戰(zhàn)愈加激烈的當(dāng)下，對(duì)于三星、英特爾和臺(tái)積電這三強(qiáng)來(lái)說(shuō)，誰(shuí)先拿到ASML最先進(jìn)的EUV設(shè)備，且拿到的盡量多，誰(shuí)就在未來(lái)先進(jìn)制程芯片競(jìng)賽中占得了先機(jī)。正因?yàn)槿绱?，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(shè)備（不止EUV光刻機(jī)），而每臺(tái)單價(jià)約為2000億韓元（約為11.02億元人民幣），總價(jià)值可達(dá)10萬(wàn)億韓元（約為551億元人民幣）。

?01、最先進(jìn)制程之爭(zhēng)

綜合三星電子、臺(tái)積電和英特爾的規(guī)劃來(lái)看，2022-2023年實(shí)現(xiàn)3nm制程量產(chǎn)，2025年實(shí)現(xiàn)2nm量產(chǎn)。其中，三星和臺(tái)積電的競(jìng)爭(zhēng)激烈，臺(tái)積電3nm仍堅(jiān)持采用改良的FinFET晶體管技術(shù)，三星則選擇GAAFET技術(shù)。目前來(lái)看，臺(tái)積電3nm繼續(xù)保持市場(chǎng)領(lǐng)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(jì)劃2025年量產(chǎn)2nm，2027年推出1.4nm，到2030年趕上臺(tái)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(shù)，這樣可以進(jìn)一步提升性能，因?yàn)楣╇?a class="article-link" target="_blank" href="/tag/%E7%94%B5%E8%B7%AF/">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(qiáng)驅(qū)動(dòng)電流，提高性能，因?yàn)楦嗟募{米片允許更多的電流流過(guò)晶體管，從而增強(qiáng)其開(kāi)關(guān)能力和運(yùn)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(jìn)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(guó)媒體報(bào)道，三星晶圓代工部門(mén)正在整合優(yōu)勢(shì)資源，快速推進(jìn)其2nm生產(chǎn)計(jì)劃。

臺(tái)積電同樣計(jì)劃于2025年推出2nm制程，也將采用納米片工藝，到那時(shí)，三星已經(jīng)在GAA晶體管方面擁有豐富的經(jīng)驗(yàn)，這對(duì)晶圓代工很有利。因此，三星對(duì)2nm制程寄予厚望，無(wú)論是工藝技術(shù)，還是良率，可以與臺(tái)積電分庭抗禮。

近期，臺(tái)積電已經(jīng)啟動(dòng)了2nm試產(chǎn)的前置作業(yè)，預(yù)計(jì)導(dǎo)入最先進(jìn)AI系統(tǒng)來(lái)加速試產(chǎn)效率。目標(biāo)是今年試產(chǎn)近千片，試產(chǎn)順利后，將導(dǎo)入后續(xù)建設(shè)完成的竹科寶山Fab 20廠，由該廠團(tuán)隊(duì)接力沖刺2024年風(fēng)險(xiǎn)試產(chǎn)與2025年量產(chǎn)目標(biāo)。

?02、EUV設(shè)備越來(lái)越重要

無(wú)論是對(duì)于攻城的三星電子，還是對(duì)于守城的臺(tái)積電，必須打好2nm制程量產(chǎn)這一仗。而制程越先進(jìn)，對(duì)EUV光刻設(shè)備的依賴(lài)度越高，此時(shí)，ASML占到了舞臺(tái)中央。

據(jù)悉，2024全年，ASML計(jì)劃生產(chǎn)10臺(tái)可生產(chǎn)2nm芯片的EUV設(shè)備，而英特爾可能已經(jīng)預(yù)先拿到了其中的6臺(tái)。這種情況下，三星與臺(tái)積電在這方面的競(jìng)爭(zhēng)會(huì)更激烈。

在半導(dǎo)體設(shè)備領(lǐng)域，韓國(guó)在半導(dǎo)體測(cè)試等后道設(shè)備領(lǐng)域的國(guó)產(chǎn)化已經(jīng)取得重大進(jìn)展，在前道設(shè)備方面，光刻和離子注入機(jī)仍處于零國(guó)產(chǎn)化的狀態(tài)。韓國(guó)在8大半導(dǎo)體設(shè)備方面的國(guó)產(chǎn)化率如下：熱處理（70%），沉積（65%），清洗（65%），平整化（60%），蝕刻（50%），測(cè)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(shè)備，以及后續(xù)服務(wù)和技術(shù)支持引入到韓國(guó)本土，以提升其先進(jìn)制程工藝的開(kāi)發(fā)和量產(chǎn)效率。為此，三星電子與ASML簽署了一份價(jià)值1萬(wàn)億韓元（7.55 億美元）的協(xié)議。兩家公司將在韓國(guó)投資建設(shè)一家半導(dǎo)體研究工廠，在那里開(kāi)發(fā)EUV技術(shù)。三星電子副董事長(zhǎng)兼設(shè)備解決方案部門(mén)負(fù)責(zé)人 Kyung Kye-hyun 強(qiáng)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(shè)備。

在韓國(guó)京畿道東灘即將建成的半導(dǎo)體研究工廠中，ASML和三星電子的工程師將共同改進(jìn) EUV技術(shù)。當(dāng)然，這并不是要在韓國(guó)生產(chǎn)光刻機(jī)，而是要與ASML建立更深入的合作伙伴關(guān)系，以便三星可以更好地使用最新EUV設(shè)備。

?03、先進(jìn)存儲(chǔ)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(jìn)制程需要更多的EUV設(shè)備，除此之外，近些年，先進(jìn)存儲(chǔ)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(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)。

近些年，存儲(chǔ)芯片，特別是DRAM的制程進(jìn)入了10nm~20nm時(shí)代，而且越來(lái)越趨近于10nm，這樣，常用的DUV光刻機(jī)就難以滿足最先進(jìn)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(shè)備。

2020年3月，三星電子率先使用EUV光刻機(jī)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(kāi)始用EUV大規(guī)模生產(chǎn)14nm制程DRAM。

標(biāo)準(zhǔn)型DRAM芯片需求量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于單種類(lèi)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(jī)，EUV極大簡(jiǎn)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(fèi)用（數(shù)百萬(wàn)美元）遠(yuǎn)高于DUV，使用EUV光刻機(jī)量產(chǎn)DRAM也具有更高的性價(jià)比。

近兩年，三星電子和SK海力士將EUV光刻機(jī)引入1Znm制程DRAM的量產(chǎn)進(jìn)展順利，并演進(jìn)到了第五代1β制程。相對(duì)而言，DRAM三巨頭中的美光較為保守，沒(méi)有立即跟進(jìn)使用EUV。不過(guò)，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(jī)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(bǔ)貼。

顯然，在用EUV制造DRAM方面，韓國(guó)兩強(qiáng)已經(jīng)走在了前面。韓國(guó)政府出面推動(dòng)與荷蘭和ASML的深度合作，有助于三星和SK海力士存儲(chǔ)芯片的后續(xù)量產(chǎn)升級(jí)。

?04、應(yīng)對(duì)日本的半導(dǎo)體復(fù)興

最近，韓國(guó)政府如此積極地參與本土半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展，還有一個(gè)刺激因素，那就是日本政府和產(chǎn)業(yè)界正在集體行動(dòng)，想復(fù)興本土的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)。

日本企業(yè)曾在全球半導(dǎo)體市場(chǎng)占據(jù)主導(dǎo)地位，在上世紀(jì)80年代后期占據(jù)了50%以上的市場(chǎng)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(lǐng)域仍保持著競(jìng)爭(zhēng)力，例如功率半導(dǎo)體，以及半導(dǎo)體設(shè)備和材料，但總體來(lái)看，日本需要的很多品類(lèi)芯片都依賴(lài)進(jìn)口，特別是先進(jìn)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(jìn)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(dǎo)體供應(yīng)鏈，日本政府祭出了大量補(bǔ)貼，不僅吸引臺(tái)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(shè)廠，加上聯(lián)電既有的三重縣晶圓廠，中國(guó)臺(tái)灣四大晶圓代工廠中，已有三家布局日本。

據(jù)悉，臺(tái)積電熊本新廠主建筑已建設(shè)完畢并開(kāi)始移機(jī)，有望于2024年第四季度開(kāi)始量產(chǎn)。臺(tái)積電還有可能在日本建第二座晶圓廠。

除了鼓勵(lì)外企前往當(dāng)?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(biāo)是在2025年開(kāi)始試產(chǎn)2nm芯片，2027年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。

據(jù)日本媒體報(bào)道，ASML將于2024年在日本北海道設(shè)立新的技術(shù)支持中心，以協(xié)助Rapidus的2nm晶圓廠安裝和維護(hù)EUV光刻設(shè)備。

Rapidus董事長(zhǎng)東哲郎表示，為了打造最先進(jìn)芯片制造產(chǎn)線，預(yù)計(jì)將投資7萬(wàn)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(bǔ)貼資金遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。今年4月，日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省敲定計(jì)劃，將額外向Rapidus提供3000億日元（約22.7億美元）補(bǔ)貼。但這依然不夠，它們需要投下重注。

雖然日本在先進(jìn)制程芯片方面很弱，但該國(guó)在半導(dǎo)體材料方面處于世界領(lǐng)先地位，半導(dǎo)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(dǎo)，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(duì)韓國(guó)來(lái)說(shuō)是個(gè)不小的問(wèn)題，因?yàn)轫n國(guó)先進(jìn)芯片制造所需的關(guān)鍵半導(dǎo)體材料大都需要從日本進(jìn)口，4年前，因?yàn)閮蓢?guó)政府和民間因一些事端出現(xiàn)對(duì)抗情緒，日本切斷了向韓國(guó)出口相關(guān)半導(dǎo)體材料的渠道，特別是光刻膠，韓國(guó)的相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)品沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)力。這使得韓國(guó)政府和相關(guān)企業(yè)，特別是三星電子和SK海力士非常被動(dòng)。

今年上半年，日本產(chǎn)業(yè)革新投資機(jī)構(gòu)（JIC）同意收購(gòu)光刻膠巨頭JSR，它擁有全球三成左右的市場(chǎng)份額。這家投資機(jī)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(tuán)CEO曾表示：“如果缺少光刻膠，那么光刻機(jī)就是一堆廢鐵?！?/p>

2019年，日本跟韓國(guó)翻臉，日本不準(zhǔn)向韓國(guó)出口光刻膠，這在很大程度上影響了三星電子先進(jìn)制程芯片的生產(chǎn)，特別是良率，直線下滑，因?yàn)樗荒苡眉兌炔粔虻墓饪棠z。

韓國(guó)深受教訓(xùn)，韓國(guó)政府在那時(shí)就立志要強(qiáng)化本土半導(dǎo)體材料的供應(yīng)能力。2022年12月，三星宣布，韓國(guó)東進(jìn)世美肯(Dongjin Semichem)研發(fā)的EUV光刻膠已成功應(yīng)用于芯片生產(chǎn)，東進(jìn)也是第一家把EUV光刻膠本土化做到量產(chǎn)水平的韓國(guó)公司。

Dongjin Semichem在日本實(shí)施出口管制之后就開(kāi)始研發(fā)光刻膠，并于2020年聘請(qǐng)ASML Korea前CEO Kim Young-sun為副會(huì)長(zhǎng)，為進(jìn)軍EUV光刻膠業(yè)務(wù)打下基礎(chǔ)。據(jù)韓媒ETNews報(bào)道，Dongjin Semichem制定了High NA EUV光刻膠開(kāi)發(fā)路線圖，從今年下半年啟動(dòng)研發(fā)項(xiàng)目，目標(biāo)是最快在2025上半年完成技術(shù)開(kāi)發(fā)。

?05、結(jié)語(yǔ)

英特爾的改變，使得先進(jìn)制程的競(jìng)爭(zhēng)更加激烈，行業(yè)三強(qiáng)將在2nm制程芯片量產(chǎn)時(shí)走到歷史進(jìn)程中最接近的時(shí)段，無(wú)論是技術(shù)，還是量產(chǎn)能力，很可能是是幾十年來(lái)差距最小的，而且是三家同時(shí)競(jìng)爭(zhēng)。

隨著應(yīng)用需求的發(fā)展，存儲(chǔ)芯片對(duì)制程工藝的要求也越來(lái)越高，發(fā)展到10nm以下先進(jìn)制程是遲早的事。

日本作為亞洲半導(dǎo)體業(yè)曾經(jīng)的霸主，后來(lái)被韓國(guó)拉下馬，如今，日本又開(kāi)啟了復(fù)興之路。

在以上這些競(jìng)爭(zhēng)和壓力面前，韓國(guó)政府和相關(guān)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)不斷加強(qiáng)，不進(jìn)則退，需要更多行動(dòng)和措施，才能保持住它們的行業(yè)地位。