似乎有不少分析師最近提出，今年下半年缺芯問(wèn)題就會(huì)得到緩解——這一結(jié)論的觀察角度未知。但從半導(dǎo)體制造材料和設(shè)備的角度來(lái)看，無(wú)論如何都很難得出這樣的結(jié)論。。.

細(xì)致到可以深究成熟工藝的光掩模（photomask）短缺問(wèn)題——據(jù)說(shuō)也是近期才發(fā)現(xiàn)的，尤其是28nm及以上工藝的產(chǎn)能開(kāi)始受到掩模短缺問(wèn)題的影響。不過(guò)這并非本文要談的重點(diǎn)，未來(lái)或許我們可以單獨(dú)撰文探討；而更迫在眉睫的乃是光刻機(jī)的短缺。

前不僅Intel才宣布了原本位于俄勒岡州波特蘭（Portland）的一臺(tái)EUV（極紫外光）光刻機(jī)，已經(jīng)遷往愛(ài)爾蘭Fab 34工廠。如果說(shuō)光刻機(jī)夠用的話，也不至如此了。這只是光刻機(jī)當(dāng)前及未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)將要短缺的一個(gè)縮影，它給行業(yè)和不同企業(yè)帶來(lái)的不確定性將是深遠(yuǎn)的。比如單說(shuō)Intel要在2025年奪回尖端制造工藝王座，在EUV光刻機(jī)都無(wú)法滿足其生產(chǎn)需求的情況下，根本就是無(wú)從談起的。

不光是EUV光刻，前不久ASML剛剛發(fā)出警示信號(hào)今年只會(huì)有60%的DUV（深紫外光）光刻機(jī)訂單得到滿足。在致分析師與投資者的季報(bào)電話會(huì)議上，ASML首席執(zhí)行官Peter Wennink表示：“盡管當(dāng)前宏觀經(jīng)濟(jì)環(huán)境存在不確定性，我們?nèi)匀幌嘈攀袌?chǎng)的根本驅(qū)動(dòng)力不變。我們持續(xù)看到覆蓋全部市場(chǎng)范疇、前所未見(jiàn)的客戶需求，從先進(jìn)到成熟工藝節(jié)點(diǎn)。我們正開(kāi)足最大馬力，并預(yù)期到明年需求仍將超過(guò)供給?！?/p>

ASML計(jì)劃今年發(fā)貨55臺(tái)EUV光刻設(shè)備（EUV scanner），以及大約240臺(tái)DUV光刻機(jī)。目前其DUV光刻機(jī)未交付訂單超過(guò)了500臺(tái)，所以購(gòu)買(mǎi)全新DUV光刻設(shè)備（包括用于成熟和尖端工藝節(jié)點(diǎn)的）的訂單交付期（或者說(shuō)間隔期）大約是2年。今年僅能滿足60%的DUV訂單需求。以全速輸出能力運(yùn)轉(zhuǎn)，關(guān)鍵問(wèn)題也就是產(chǎn)能極限了。

不過(guò)本文著重來(lái)談?wù)凟UV光刻機(jī)的缺貨問(wèn)題。

EUV光刻機(jī)需求側(cè)現(xiàn)狀

在《評(píng)估Intel超越臺(tái)積電的可能性》一文里，我們已經(jīng)大致提到過(guò)Intel很快就要面臨EUV光刻機(jī)根本買(mǎi)不到的尷尬了——這對(duì)Intel接下來(lái)異常關(guān)鍵的3、4年來(lái)說(shuō)簡(jiǎn)直就是災(zāi)難，因?yàn)槠浜罄m(xù)尖端制造工藝都需要EUV光刻機(jī)。

臺(tái)積電和三星從7nm工藝節(jié)點(diǎn)就開(kāi)始應(yīng)用EUV光刻層了，并且在隨后的工藝迭代中，逐步增加半導(dǎo)體制造過(guò)程中的EUV光刻層數(shù)。借助EUV光刻，所需制造工序數(shù)量更少，圖案保真度更高，節(jié)省時(shí)間和良率成本。Intel則將在接下來(lái)的工藝節(jié)點(diǎn)（Intel 4）引入EUV光刻技術(shù)，相較其他兩家更晚。在這個(gè)時(shí)間點(diǎn)也顯得最為尷尬，起碼另外兩家已經(jīng)應(yīng)用EUV光刻2代以上了，EUV光刻機(jī)有儲(chǔ)備。

更具體地說(shuō)，臺(tái)積電Fab 15的5、6、7期在跑7nm EUV光刻工藝。Fab 18的1、2、3期造5nm工藝；預(yù)計(jì)2024年5nm工藝要達(dá)到240k片晶圓/月的產(chǎn)能；亞利桑那州Fab 21的5nm產(chǎn)能要增加額外的20k片晶圓/月。Fab 18的4、5、6期做3nm擴(kuò)產(chǎn)，預(yù)計(jì)在產(chǎn)能上還要比5nm更高。Fab 20的1、2、3、4期在規(guī)劃2nm。

三星這邊，其實(shí)除了邏輯晶圓7nm、5nm、3nm工藝需求EUV光刻，另外DRAM存儲(chǔ)對(duì)EUV光刻的應(yīng)用也會(huì)需求量增大。其1z節(jié)點(diǎn)就在行業(yè)內(nèi)率先引入了EUV光刻，有1個(gè)EUV光刻層，而1 alpha節(jié)點(diǎn)預(yù)計(jì)提量會(huì)有5個(gè)EUV光刻層。目前其華城（Hwaseong）和平澤（Pyeongtaek）的Fab廠有EUV設(shè)備，平澤還預(yù)備大規(guī)模擴(kuò)產(chǎn)，以及規(guī)劃中的奧斯汀邏輯fab廠也將應(yīng)用EUV光刻技術(shù)。

Intel當(dāng)前有3個(gè)研發(fā)fab廠需求EUV光刻工具，1個(gè)生產(chǎn)fab廠可裝配EUV光刻機(jī)——不過(guò)后者目前似乎還沒(méi)有裝上EUV工具。而且Intel當(dāng)前還在擴(kuò)建8個(gè)可應(yīng)用EUV的生產(chǎn)fab廠。應(yīng)該說(shuō)，在3家尖端工藝邏輯晶圓廠方面，臺(tái)積電的EUV工具數(shù)量是遠(yuǎn)超三星的；Intel則因?yàn)槿刖肿钔?，現(xiàn)在是最被動(dòng)的。

另外既然三星作為DRAM供應(yīng)商需求EUV光刻機(jī)，那么SK海力士、美光自然就不會(huì)例外。美光宣布1 delta與1 gamma節(jié)點(diǎn)要應(yīng)用EUV光刻；SK海力士的1 alpha節(jié)點(diǎn)已經(jīng)在基于EUV光刻做生產(chǎn)，大約5個(gè)光刻層，據(jù)說(shuō)也給ASML下了比較大的訂單；另外南亞科技似乎也有應(yīng)用EUV的準(zhǔn)備。

IC Knowledge基于以上動(dòng)向給出了他們對(duì)于EUV光刻工具需求與供給側(cè)的預(yù)期。上面這張圖柱狀條表示光刻設(shè)備需求量（空心的是預(yù)期），而折線表示ASML實(shí)際能夠提供的量（虛線為預(yù)期）。從2021年的柱狀條可見(jiàn)，臺(tái)積電掌握著超過(guò)一半的光刻系統(tǒng)，三星次之，隨后是Intel。IC Knowledge認(rèn)為，2022-2024年市場(chǎng)對(duì)于EUV光刻工具的需求量會(huì)增多。則預(yù)計(jì)2022年會(huì)有18臺(tái)設(shè)備短缺，2023年短缺12臺(tái)，2024年短缺20臺(tái)。

從這樣的情勢(shì)來(lái)看，至少未來(lái)3年內(nèi)，依賴尖端制造工藝的芯片都將受制于EUV光刻設(shè)備的不足（通常是PC、手機(jī)以及更多HPC類應(yīng)用）。作為僅剩的3家尖端制造工藝晶圓廠，Intel可能成為其中最艱難的。前不久就有消息說(shuō)Intel CEO亦談到了EUV光刻系統(tǒng)會(huì)成為未來(lái)建新廠的瓶頸。

比較有趣的是，Scotten Jones上個(gè)月發(fā)表評(píng)論說(shuō)：“我認(rèn)為EUV系統(tǒng)短缺產(chǎn)生的影響，還在于對(duì)于EUV光刻層的使用問(wèn)題上?！薄癊UV對(duì)于橫向的nanosheet而言更重要。”在3nm解讀文章里，我們大致談到過(guò)三星3nm GAAFET新型晶體管結(jié)構(gòu)，它對(duì)EUV更為依賴。

而由于EUV光刻系統(tǒng)短缺，“我相信那些企業(yè)會(huì)被迫將EUV應(yīng)用到影響更大的層上，并在其他部分層繼續(xù)使用多重曝光?！边@也是個(gè)挺有趣的解讀思路，畢竟Intel 7工藝就沒(méi)有使用EUV光刻，但晶體管密度也達(dá)到了臺(tái)積電7nm的相似水平。在EUV光刻機(jī)短缺的大前提下，大概更多晶圓廠也不得不考慮減少芯片制造的EUV光刻層，并將某些原本可以用EUV光刻的層改用DUV做多重曝光了。

ASML這邊的瓶頸，可能是“玻璃”

其實(shí)ASML今年Q1的財(cái)報(bào)并不能看出太多驚喜，不過(guò)訂單量之多（70億歐元）還是讓人感受到了行業(yè)的供需不平衡現(xiàn)狀的。投資者普遍比較關(guān)心的是ASML有沒(méi)有可能提量來(lái)滿足市場(chǎng)需求。Peter Wennick對(duì)此似乎并不是很有信心，倒是反復(fù)提及要等等看2025年的可能性，可能以其作為解決供應(yīng)鏈問(wèn)題的目標(biāo)時(shí)間。2025年？Intel欲哭無(wú)淚啊。。.

Semiconductor Advisors LLC的分析師提到，ASML產(chǎn)能受限并不是因?yàn)樾酒?，也不是因?yàn)橐咔榛蛘叨頌鯖_突，問(wèn)題是出在了ASML的供應(yīng)商身上。造成瓶頸的關(guān)鍵供應(yīng)商就是德國(guó)的蔡司（Zeiss）。所以這部分的小標(biāo)題用了“玻璃”——以前我們就總在開(kāi)玩笑說(shuō)，磨玻璃的比玩沙子的高級(jí)。當(dāng)然單純用玻璃來(lái)代表蔡司是不對(duì)的，應(yīng)該說(shuō)是光刻機(jī)上的鏡組和光學(xué)系統(tǒng)。

對(duì)ASML光刻機(jī)有了解的讀者應(yīng)該會(huì)很清楚，蔡司是當(dāng)代尖端光刻工藝幾乎唯一的光學(xué)鏡組供應(yīng)商。Semiconductor Advisors分析師表示ASML在這個(gè)部分是全部依賴于蔡司的，別無(wú)二選。玩攝影的同學(xué)對(duì)蔡司應(yīng)當(dāng)不會(huì)陌生（vivo之類的手機(jī)消費(fèi)品上，現(xiàn)在也頻繁出現(xiàn)蔡司的小藍(lán)標(biāo)了），這是德國(guó)的百年光學(xué)大廠（總有各種手工打磨鏡片的傳說(shuō)）。不過(guò)蔡司并不是一家典型的商業(yè)企業(yè)，從組織屬性來(lái)說(shuō)賺錢(qián)也非第一要?jiǎng)?wù)。

據(jù)說(shuō)一方面蔡司本身并沒(méi)有足夠的空間來(lái)增加產(chǎn)能，且基于其組織屬性和百年傳統(tǒng)，也無(wú)意于加快速度。不過(guò)Semiconductor Advisors的這個(gè)說(shuō)法是否確切，可能還有待做進(jìn)一步的考證。他們也并沒(méi)有提供有關(guān)蔡司構(gòu)成EUV光刻機(jī)輸出瓶頸的論據(jù)。只不過(guò)在全球缺芯，ASML還缺光刻機(jī)的當(dāng)下，蔡司的確可能成為產(chǎn)能瓶頸的重要一環(huán)。

只是越來(lái)越多導(dǎo)致缺芯的因素和瓶頸出現(xiàn)，或許會(huì)讓更多的企業(yè)和政府反思半導(dǎo)體制造全球化的合理性。就像此前我們?cè)诙頌鯖_突評(píng)論文章里提到的，現(xiàn)下的各種問(wèn)題，從疫情到缺芯，從局部沖突到全球貿(mào)易爭(zhēng)端，都將半導(dǎo)體行業(yè)推向一定程度的區(qū)域化（regionalization）-而非全球化。當(dāng)半導(dǎo)體制造被全球僅有的1-2家公司卡住咽喉，對(duì)任何企業(yè)和政府來(lái)說(shuō)都不會(huì)是什么好事；起碼要有備選方案。

這是持續(xù)如此之久的缺芯潮，暴露出的最大問(wèn)題，雖然在半導(dǎo)體尖端制造工藝這個(gè)人類精密加工技術(shù)的皇冠上——從技術(shù)層面來(lái)看——現(xiàn)階段任何國(guó)家和地區(qū)的區(qū)域化可能都不大現(xiàn)實(shí)。