透過ASML看EUV的未來

Robert 半導體行業觀察

來源:內容由半導體行業觀察(ID:icbank)翻譯自「Seeking Alpha」,作者Robert Castellano,謝謝。


摘要:


1. ASML以100%的EUV份額和94.5%的DUV Immersion份額在半導體光刻市場上佔據主導地位。

2. EUV的客戶代表所有半導體公司的前5大資本支出支出。

3. 隨著EUV處理步驟的減少,沉積和蝕刻公司Tokyo Electron,Applied Materials和Lam Research將受到負面影響。


自從2006年ASML向紐約奧爾巴尼大學的納米級科學與工程學院(CNSE)交付了第一個EUV以來,該公司越來越重視EUV。ASML是半導體光刻領域的主要領導者,並且是EUV光刻的唯一製造商,尼康和佳能是其主要競爭對手。

分叉的公司


ASML主要銷售光刻系統,以及通過收購Hermes Microsystems而獲得的計量/檢查線。我稱此部分標題為“分叉的公司”的意思是,該公司已成為“深紫外線/可見光”公司和“擴展紫外線”公司。

我預計到2020年,EUV的收入將佔光刻技術總收入的近50%,因為周圍的許多生態系統問題已在7nm處得到一定程度的解決,而似乎在5nm處卻沒有表現出眾。正是由於這些原因,EUV花了很長時間(自2006年以來)才達到公司在生產芯片上使用EUV的地步。

EUV vs 沉浸式DUV金融深潛

ASML是唯一的EUV供應商,因此擁有100%的市場份額。藉助Immersion DUV,ASML可與尼康競爭。圖1顯示,按總出貨量(基於91個單元)計,ASML在Immersion DUV市場中佔有94.5%的份額。佳能公司沒有參與這一領域,ASML在DUV中的地位幾乎與在EUV中一樣。


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圖1


但是,隨著芯片設計人員將技術節點轉移到10nm以下,DUV的購買量正在減少,而EUV的數量卻在增加。圖2顯示了2017-2022年的同比收入。我在2019年12月24日的Seeking Alpha文章中討論了題為“ KLA:儘管2020年行業增長持平,但仍領先於半導體設備市場 ”的文章:

“根據我的分析,估計第四季度半導體設備進口總額為40億美元,這筆資金用於2020年。我估計另外有16億美元的設備流向了中國,13億美元流向了韓國,10億美元流向了臺灣。”


預計EUV收入將在2021年超過DUV沉浸式收入。在2017-2022年期間,隨著ASML過渡到具有更高功能和吞吐量的新一代產品,EUV系統的ASP預計將從99,000,000歐元增長至1.45億歐元,從而降低每像素成本。另一方面,DUV浸沒式ASP均保持在5500萬歐元,並且應該一直保持到2022年。


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圖2


DUV對ASML的益處


除了為ASML提供50億歐元的收入外(圖2),與非EUV系統相比,EUV的毛利率也要低得多。非EUV包括DUV Immersion(佔收入的80%),包括來自I-Line、KrF DUV和ARF DUV Dry的收入,它們總計約佔DUV Immersion收入的20%。


圖3顯示,按季度計算,非EUV毛利潤率為50%,而2019年第四季度的毛利潤率雖小但仍在增長,僅為33%。隨著NXE:3400C平均售價的增加以及出貨量的增加,我預計利潤率將會增加。


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圖3


EUV現在和未來的發展方向是什麼?


邏輯與鑄造


EUV已經並將在未來五年內繼續主要作為邏輯和代工公司的工具。


  • 臺積電(TSM)(27個系統)Error! Hyperlink reference not valid.
  • 三星電子(13個系統)
  • 英特爾(Intel)(10個系統)、Error! Hyperlink reference not valid.
  • Globalfoundries收到了2個系統,但最終將它們送回。

以上是迄今累計發貨60臺的主要客戶。ASML估計,2020年將有35套EUV系統出貨,其中30套用於邏輯/代工,5套用於存儲器。


那存儲呢?


EUV將不會用於NAND。3D NAND芯片的尺寸已經從平面2D NAND縮小,並且不需要EUV。這意味著只有三星、SK海力士和美光科技(MU)是DRAM的可行客戶。


三星在2019年年中宣佈,它將分階段部署新技術。EUV將首先應用於接觸位線的BLP層。位線基本上充當了中央數據通道的作用。通過這樣做,芯片製造商可以減少構圖步驟,從而從根本上降低成本。對於隨後的一代DRAM芯片,如1A-NM,三星將EUV技術應用於四層,然後將五層用於1b芯片。


但是,在其在Conrad Hotel舉行的2019年投資者論壇上:“與現有ArF(氟化氬)技術進行的多圖案化技術相比,EUV將工藝複雜度降低了50%。"圖4顯示了複雜性降低的圖形。這是一個關鍵問題,將在下一節中詳細說明,不僅對DRAM,而且對邏輯也是如此。


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圖4


表1顯示,在2017年第三季度開始在1x nm節點生產五個季度後,美光從2019年第一季度的1y nm節點快速轉移到2019年第三季度的1z nm節點。三星和SK海力士都將在2020年開始在1z nm節點生產。


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表1


隨著美光升級其單個DRAM晶圓廠,其在1Z nm節點的經驗使該公司能夠跳過其臺灣晶圓廠16(RexChip)的1Y nm節點,直接轉向1Z nm。


根據我們的報告——《熱門IC:人工智能、5G、CMOS圖像傳感器和存儲芯片市場分析》,美光將從1x nm(2019年70%到2020年43%)、1y nm(15%到27%)和1z nm(6%到28%)過渡,我還預測了1αnm,增長到2%。


EUV對資本設備行業的影響


正如我上面所說的,ASML正在分化為一家"深紫外/可見光"公司和一家"擴展紫外"公司。該公司的基本原理很清楚,如上圖2所示。2017-2022年EUV單位出貨量增長強勁,而DUV出貨量下降,原因有兩個:


(1)技術節點正在減少,臺積電、三星和英特爾作為技術節點過渡的領導者,有足夠的財力購買價格為1.25億美元的EUV系統,而DUV系統的價格為6500萬美元。


(2)ASML是唯一一家生產EUV系統的公司,而該公司在DUV銷售方面與尼康競爭(如果你認為94.5%的市場份額是競爭的話——見圖1)。


EUV的好處之一是減少了芯片處理步驟,如圖5所示,該圖與上面的圖4不同但類似。顯然,根據ASML,用EUV代替ARF浸漬將大大減少沉積、蝕刻和計量步驟。誰是沉積、蝕刻和計量的領先供應商?Lam研究公司(LRCX)、應用材料公司(AMAT)和KLA公司(KLAC)(除東京電子株式會社外)根據我們的報告“全球半導體設備:市場、市場份額、市場預測”。


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圖5


如果我們看下面的圖6,使用浸沒式DUV(ARF-1)在20nm節點有13個掩模層,每個掩模層使用多個DEP蝕刻步驟。如果我們移動到圖表的頂部,在10nm有18個掩模層,沉積-蝕刻步驟的使用增加了50%。


如圖左下方所示,在7nm節點進行多層圖案化需要27層掩模層,而在7nm節點切換到EUV(右下方)後,只需要14層掩模層,與20nm節點採用DUV的情況類似。


在術語方面,從DUV到EUV的切換,雙光刻、雙蝕刻(Lele)工藝將被取消,而ARF-I將繼續用於自對準雙圖案化(SADP)和自對準四圖案化(SAQP)工藝,最重要的是,將省去一半的處理步驟。


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圖6


EUV有贏家也有輸家


表2顯示了沉積和蝕刻行業的頂級公司應用材料公司、Lam研究公司和東京電子公司的收入突破。


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表2


從近期來看,應用材料公司對EUV的收入敞口最大,為52%,其次是東京電子公司(Tokyo Electron),為44%,根據Logic和Foundry產生的收入,Lam研究公司為36%。這些收入是基於前四個季度的數據,僅用於設備,而不是服務或備件。


讀者必須認識到,上述段落中定義的風險敞口是指如果和/或當DUV被EUV取代時,設備的收入將受到影響的金額。這是一個移動值,取決於給定季度的設備採購。顯然,DRAM和NAND風險敞口在過去四個季度有所下降,因為這些行業的設備銷售因庫存積壓、ASP減少和利潤率低而減少。


隨著DRAM公司三星和SK海力士轉向EUV,以及資本支出從週期性低點增加,EUV的長期風險敞口將增加。NAND收入將不會有近期或長期EUV風險敞口。


7nm技術節點是公認的"甜蜜點",因為EUV的內在能力超過DUV,EUV將成為DUV浸沒的可行替代方案。在65nm,利用DUV浸沒,一個掩膜曝光就足夠了。Intel在45nm節點使用第二個掩膜進行線切割,TSMC在28nm節點使用第二個掩膜。後來,在20nm節點,雙重圖案化變得普遍。在14nm節點,使用多個圖案化工藝。


7nm的EUV可以使用一個掩模完成,從而減少了處理時間和輔助設備,特別是沉積和蝕刻,如上圖4和5所示。


目前只有4家公司在生產7nm產品,正如我上面所說,Globalfoundries已經取消了EUV計劃。除了這些公司之外,還有DRAM製造商三星,SK Hynix和美光。


有人可能會說,這隻代表了六七家公司。然而,這些公司都是最大的資本支出公司。根據我的分析,這些公司代表了前十大資本支出公司中的前五名。不僅如此,它們的資本支出明顯高於排名後五位的公司。


正如任何技術轉型一樣,有贏家也有輸家。


獲獎者:

  • ASML
  • 半導體邏輯和代工企業臺積電、三星和英特爾


失敗者:

  • 沉積和蝕刻公司應用材料和Lam Research


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