半導體先進製程發展擴大 EUV 市場需求,ASML 可望持續受惠

作者 | 發布日期 2019 年 06 月 10 日 9:00 | 分類 光電科技 , 國際貿易 , 晶片 follow us in feedly


先進製程奈米節點持續微縮下,光刻機是重要關鍵設備。12 吋晶圓主要光刻機為 ArF immersion 機台,可涵蓋 45nm 一路往下到 7nm 節點的使用範圍,雷射光波長最小微縮到 193nm;針對 7nm 節點以下製程,EUV(Extreme Ultra-Violet)極紫外光使用光源波長為 13.5nm,確保先進製程持續發展的可能性。

半導體光刻機設備市場規模主要有 3 家設備供應商:ASML、Nikon 及 Canon。其中,ASML 以市占率超過八成居首,幾乎占據邏輯 IC 與記憶體先進製程的光刻機需求,且面對更小微縮尺寸,目前僅有 ASML 能提供 EUV 機台,更鞏固其市場地位。本篇主要藉 ASML 光刻機的銷售狀況,分析區域性分布與先進製程需求狀況。

▲ ASML Total Revenue。(Source:ASML;拓墣產業研究院整理,2019.6)

台灣與南韓對光刻機需求最強烈,中國未來或將開創新市場開發程度值得關注

ASML 營收在先進製程快速發展下,連續 5 年呈現高度成長,年複合成長率 13%。從營收區域分布來看,台灣與南韓由於晶圓代工擴廠動作頻頻,自 2016 年來持續保持超過五成市占率,為 ASML 最大營收占比區域;美國與中國的區域營收則大致保持二至三成份額。

▲ ASML 營收區域分析。(Source:ASML;拓墣產業研究院整理,2019.6)

南韓除了既有製造記憶體的大量需求,2019 年 4 月底,三星宣布計劃至 2030 年底投入總數 133 兆韓圜擴張晶圓代工業務,其中 60 兆韓圜將規劃投資生產設備,也預期持續拉抬 ASML 在南韓的營收。

至於台灣,台積電目前擴廠計畫包括在南科負責生產 3nm 與 5nm 節點的 FAB 18,對光刻機的需求也是 ASML 主要成長動能,尤其是在高單價 EUV 需求方面,從 ASML 最早第一批 EUV 出貨即獲得機台,搶得先機做持續性的現地化調機,有助於評估日後 FAB 18 的建置數量。

美國的擴廠動作則相對保守,從格芯(Global Foundries)終止研發 7nm 製程後,基本上在晶圓代工這一塊就停止擴廠計畫,光刻設備需求轉而倚靠 IDM 廠。美國最大 IDM 廠英特爾是光刻機設備商的主要客戶,2018 下半年因 10nm 製程進度延期造成 CPU 供貨不足,也促使英特爾於 2018 年第四季宣布在以色列與愛爾蘭的 14nm 擴產計畫,拉抬 ASML 美國地區營收;不過,英特爾同時也是 Nikon ArF immersion 與 ArF 的主要客戶,Nikon 憑藉價格優勢把握英特爾光刻機需求,估計 2019~2020 年出貨 ArF immersion 與 ArF 機台給英特爾,未來 ASML 在美國區域營收或許由 EUV 採購狀況主導。

最後是中國區域,雖然晶圓廠擴廠計畫持續增加,但對高端光刻設備依賴度較高的先進製程晶圓廠目前不在多數,其餘成熟製程的光刻設備供應商則有 Nikon 與 Canon 等競爭對手,加上中國也致力於國產光刻設備開發,未來 ASML 在中國區域的營收成長目標,除了獨家供應 EUV 優勢,尚需考量額外的影響因素。

總括來說,先進製程的光刻設備出貨前景看好,加上 EUV 高單價設備加持,將持續助益 ASML 營收攀升。在區域性方面,四大區域需求將持續增加,以南韓與台灣成長潛力較高,而中國在中芯國際宣布成功購入 EUV 機台後,可望開啟中國發展 14nm 以下節點發展。

EUV 需求數量持續增加,貢獻 ASML 營收僅次於 ArF Immersion

受惠於先進製程發展,EUV 使用量在 7nm 節點以下製程大幅增加。以 7nm 節點製程來說,三星做法是包括前、中、後段曝光顯影製程全面使用 EUV;台積電 7nm 做法可劃分為沒有使用 EUV,以及部分 Critical Layer 使用 EUV 兩類;至於英特爾以 10nm 發展時程看來,應該是與台積電在 7nm 節點做法相似,初期不使用 EUV,後續優化版本 Layer 使用 EUV。而 7nm 節點以下製程,3 家主要廠商將全面使用 EUV 機台,大幅拉抬 EUV 需求量。

ASML 是目前唯一提供 EUV 的光刻技術廠商,在光刻設備市場位居領先地位。分析過去 3 年 ASML 供應的機台分類,ArF Immersion 為營收主力,涵蓋 45nm 以下至 7nm 製程節點;EUV 目前雖然數量不多,但受惠於價格較高,營收表現已穩居第二位,有機會追上 ArF immersion 的營收表現。

▲ ASML 各類機型營收分析(ArFi 為浸潤式 ArF 雷射光刻機,為 ArF Immersion)。(Source:ASML;拓墣產業研究院整理,2019.6)

另外,就 EUV 數量來看,或許發展 3nm 製程時,可望看見更大量機台需求。三星宣布先進製程藍圖,預計 2021 下半年推出使用 GAA-FET(Gate-All-Around Field-Effect Transistor)技術的 3nm 節點製程;3nm GAA-FET 工法相較現行 5nm Fin-FET 結構更複雜,製作閘極環繞的奈米線(Nano-Wire)需要更多道程序,可能將增加曝光顯影的使用次數。

▲ GAA-FET(Gate-All-Around FET)剖面圖。(Source:IBM;拓墣產業研究院整理,2019.6)

EUV 現行的 Throughput(處理量)約 125WPH(每小時能處理的 wafer 數量),相比現行 ArF immersion 產能有限。ASML 下一世代 EUV 機台 NXE3400C 將提高產能,成為各家晶圓廠計畫導入的新機台,預計 2019 下半年陸續出貨。如果在 3nm 製程使用 GAA 技術,曝光顯影次數增加,預期會讓 EUV 機台數超過現行發展 5nm 的需求數量,甚至有機會接近 ArF immersion 的一半,在此情況下,ASML 營收可望顯著增長。

(首圖來源:ASML