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最強EUV抵台 台積電再度輾壓對手
台積電在先進製程領先對手,卻也不能忽視對方的反撲; 隨著英特爾已採用High-NA EUV機台用作先進製程設備,面對此壓力, 台積電提早採購該機台,最快九月底就會進來台灣,供應鏈勢必動起來。
台積電在今年第一季全球晶圓代工產業的市占率以六一.七%、高居龍頭地位,排名第二的三星電子市占率僅有十三%,而英特爾市占率排名則落後於台積電與三星電子。尤其是台積電先進製程在全球有高達九二%的市占率,明顯受惠於AI的成長。英特爾為了要彎道超車,已經向艾司摩爾(ASML)購買最新高數值孔徑極紫外光(High-NA EUV)機台,計畫先在一.八奈米試用這項設備,然後在一.四奈米正式導入。台積電董事長魏哲家上半年多次前往歐洲甚至跑到荷蘭ASML總部討論半導體設備事宜,提前採購High-NA EUV機台,為台積電接下來的二奈米製程提前布局。據消息來源指出,台積電第一台High-NA EUV機台,最快九月底就進口到台灣。
ASML是全世界最大的半導體曝光機機台製造商,尤其在EUV更是別無分號的一○○%市占率。EUV機台每台售價超過一億歐元,台積電、三星電子和英特爾是全球EUV機台的主要客戶。幾年前,中芯國際曾經向ASML訂購一台EUV機台,就在出口到中國前夕,該機台莫名其妙起火燃燒。之後,美國對中國科技封鎖越來越嚴格,中國就再也買不到EUV機台。像EUV機台這類高階半導體設備早被美國政府列入嚴格管制清單,就算不是美國企業生產,美國政府仍有辦法禁止讓設備賣到中國。
EUV是艾司摩爾獨家技術
EUV的關鍵技術是ASML獨家研發出來,該機台能透過波長超小的光(十三.五奈米)來列印微晶片,讓工程師在奈米、甚至埃米等級製程,可以在晶圓上做出電路圖。然後將電路圖刻在石英板片上製成光罩,光束從光罩上方照下來,經由透鏡形成的光學系統照射到晶圓,再進行顯影、蝕刻和清洗程序,將電路圖從光罩轉移到晶圓上。上述程序中的光束,就是ASML EUV的獨家技術。透過上述晶圓製程的程序,能做出更小且效能更強的晶片。
ASML前總裁Martin van den Brink指出,High-NA EUV機台的晶圓生產數度每小時達四○○~五○○片,比標準EUV的二○○片快二~二.五倍。除了High-NA EUV外,他們已在開發Hyper-NA EUV,持續提高半導體設備製程的效率。High-NA EUV機台的數值孔徑從○.三三增加到○.五五甚至更高,具高解析度圖像化能力,提高機台的精確度和更清晰的成像,並大幅提高晶圓的生產速度。High-NA EUV具有上述優點,誰能掌握晶圓代工的精確度和更高生產數量,就能有機會壓過競爭對手。
英特爾這幾年的營運只能以慘澹來形容,甚至在AI時代逐漸被邊緣化。即便英特爾營運不佳並可能影響到今年的資本支出,卻在昂貴的設備上砸錢不手軟。根據外電報導,ASML現有生產的High-NA EUV機台全都出口到英特爾的晶圓廠,High-NA EUV機台每台售價三.八億美元,比EUV機台貴一倍以上。今年三月英特爾拿到美國政府晶片法案的八五億美元補助和一一○一美元的聯邦貸款,這讓英特爾更有底氣砸錢買設備,希望能在一.八奈米以下製程取得領先地位。
英特爾砸錢買設備
為此,原本台積電打算在二六年下半年的一.六奈米再導入High-NA EUV機台的設備有可能提前,避免遭到英特爾的彎道超車。英特爾現在在高階晶圓代工進度上,持續落後給台積電和三星電子。英特爾從十奈米、七奈米以後就落後給競爭對手,主要原因在於高階製程良率太低,形成成本太高。去年底季辛格對外表示,他們的18A製程已經有三個客戶;二月間英特爾宣布推出AI等級的晶圓代工,將採用14A製程、代工高級組裝和系統測試(ASAT)功能等技術。英特爾表示,去年十一月幫微軟Azure代工兩款Maia 100和Cobalt 100客製化晶片,業界傳出是英特爾用18A製程。按照英特爾的計畫,14A製程計畫在二六年量產,14A-E製程會在二七年推出,這些消息一度讓市場感到興奮。由此推測,英特爾採購的High-NA EUV機台已經在產線上測試,從18A、14A以及以後的製程可能都以High-NA EUV機台為主。
不過,先前英特爾公布今年前兩季的財報均低於市場預期,第二季甚至虧損,造成財報公布後股價重挫,最新市值縮水到只剩下八三九.八億美元,還輸給印度軟體廠商Infosys的九四五.一億美元,完全不見昔日半導體龍頭的景象。英特爾這兩年在資料中心的CPU市場遭到Nvidia和超微的強力搶占,讓原本的金雞母變調,而該公司高階晶圓代工的良率不高無法挹注獲利給公司是最大問題,執行長季辛格期待英特爾能有機會在高階晶圓代工製程扳回一城,短期內可能很難如願。日前傳出博通給英特爾18A製程代工後的產品沒有通過測試,讓英特爾踢到鐵板。即便如此,季辛格依然有信心地表示,18A製程會讓英特爾在二九年的營運出現有意義的成長。英特爾唯一的優勢在於是美國純種企業,雖然美國政府也招攬台積電和三星電子到美國設廠,作為美國唯一純種高階晶圓代工業者,專家相信英特爾未來仍有可能持續獲得來自美國政府資源的挹注。高階半導體已成為地緣政治重要的一環,美國政府不可能放任英特爾市占率不斷下滑,會想辦法拉抬英特爾的競爭力。
台積電在先進製程領先對手
三星電子的三奈米製程是採用全柵極(GAA)架構,計畫今年量產第二代三奈米、明年量產二奈米。不過,三星三奈米良率仍不佳,去年剛試產時的良率僅十~二○%間,之後有翻跳上來,但還是只有五○~六○%。第二代三奈米的良率則低於五○%,因此決定撤出美國德州泰勒廠人員,造成近期三星電子股價不斷下跌。相形之下,台積電在先進製程仍有優勢,三奈米的產能利用率預計到年底前會達到八成,並拿下蘋果、高通、聯發科、Nvidia的三奈米訂單,連英特爾都是台積電三奈米客戶,超微也正在與台積電談三奈米訂單問題。
從電晶體的密度來看,台積電在三奈米N3或強化版N3E,都高於英特爾18A製程,英特爾沒公布18A製程的能耗數據,無從比較兩者的能耗表現。不過,台積電三奈米和三星電子在電晶體密度、性能和能耗,三星電子的GAA架構都落後台積電,台積電的電晶體密度是三星的一.五倍以上,在先進製程的客戶數方面,台積電也是領先三星電子。
台積電目前雖然在先進製程領先競爭對手三星電子和英特爾,固然有利於台積電布局二奈米以下的實力,卻也不能忽略競爭對手的底氣。最近可能針對提前使用High-NA EUV機台作準備,可能是發現該機台的優點以及英特爾使用該機台後,的確提高製程良率和品質,都可能是未來台積電在製程上提前用更新進設備的理由。先進晶圓代工競爭壓力大,為了要確保不被競爭對手追上來,只能不斷提高先進製程良率並採用更新設備,以確保領先地位。