電子發燒友網報道（文/梁浩斌）近期，2nm工藝被幾大晶圓代工廠推到了風口浪尖處，臺積電、英特爾、三星都在推進2nm的計劃，而距離他們2025年的量產計劃還有三年時間，裝備大戰就已經提前展開了。

芯片制造離不開光刻機，特別是在先進制程上，EUV光刻機由來自荷蘭的ASML所壟斷。同時，盡管目前市面上，EUV光刻機客戶僅有三家，但需求不斷增加的情況底下，EUV光刻機依然供不應求。

針對后3nm時代的芯片制造工藝，High-NA（高數值孔徑）EUV光刻機是目前的最佳選擇。在最近的2022國際光學工程學會SPIE上，ASML介紹了High-NA EUV原型系統的最新進展，旗下第一款High-NA EUV系統TWINSCAN EXE:5000（鏡頭數值孔徑從0.33NA升級至0.55NA）會在2023年在實驗室中安裝，原型機有望2023年上半年完成，并進行測試。EXE:5000系統將會在2024年交付，而下一代的量產型EXE:5200系統則在2025年左右交付使用。

英特爾豪砸26億，提前4年搶單，布局晶圓代工

英特爾在10nm的工藝節點上的大幅延誤，導致在過去幾年間，先進制程節點上大幅落后于臺積電以及三星兩家晶圓代工廠。而去年英特爾宣布大舉進入晶圓代工領域，起步明顯要比臺積電三星晚不少。短短幾年間，英特爾從以往幾十年中的領先者，轉變為追趕者的角色。

目前Intel 10和Intel 7的制造工藝上都沒有使用EUV光刻機，按照計劃，英特爾會在Intel 4工藝上首發EUV工藝，首款產品會是2023年上市的14代酷睿Meteor Lake處理器。據爆料，英特爾已經在俄勒岡州的D1X晶圓廠配備10-12臺EUV光刻機，同時英特爾在今年年初也表示將在俄勒岡州工廠引進ASML下一代High NA EUV光刻機。

英特爾在年初還宣布，已經向ASML預定了一臺仍在設計中的下一代High NA EUV光刻機EXE:5200，英特爾也是全球第一家下訂單的公司。據KeyBanc的預測，一臺0.55NA的EUV光刻系統，僅成本就接近3.2億美元，約21.4億人民幣，最終售價可能高達4億美元（26.7億人民幣）。作為對比，目前ASML正在出貨的EUV光刻機成本為1.5億美元左右。

雖然交付時間要到2025年，但ASML今年第一季度財報中顯示，已經收到多份EXE：5200的訂單，5月訂單還繼續增加中。根據官方透露，目前ASML的EXE：5200光刻機已經有三個邏輯芯片客戶和兩個DRAM內存客戶訂單，那么按照目前有需求的廠商，三個邏輯芯片客戶必然是英特爾、臺積電和三星了，不過目前被確認的訂單，只有英特爾。

英特爾作為ASML第一個High NA EUV光刻機的客戶，與ASML進行了深度合作，而按照英特爾的計劃，最先采用High NA EUV技術的是Intel 18A（1.8nm）節點，預計在2025年量產，時間正是EXE：5200交付的節點。

這被視為英特爾在晶圓代工領域上的一次豪賭。英特爾CEO基辛格已經在此前確認了18A制程將會提供晶圓代工服務，他甚至表示Intel 3和Intel 18A兩代制程都已經找到了客戶，有消息稱英特爾第一批20A和18A制程的客戶是高通和亞馬遜。


2025晶圓代工大亂斗，英特爾能后發制人？

英特爾之外，三星早已對臺積電虎視眈眈，在3nm、2nm等節點上，三星的路線圖都要相比臺積電更早。甚至在上周，有韓媒放出消息稱，三星將在近日宣布3nm量產，而臺積電的計劃是今年下半年才開始生產。更重要的是，三星在3nm節點上較為激進地放棄了FinFET架構，而是采用了GAA晶體管架構，同時為了搶先臺積電完成3nm工藝量產，三星還直接從5nm直接過渡至3nm，跳過了4nm。

在2nm節點上，三星也保持著與臺積電一致的步伐。三星晶圓代工業務的負責人曾表示，他們在按照計劃推進2nm工藝，并在2025年下半年量產，希望通過技術上的飛躍來縮小與臺積電的差距。

但三星今年的晶圓代工業務，深陷良率造假的負面消息中，據稱高通等大客戶已經將其在三星的部分訂單重新轉移回臺積電，這使得三星未來的代工業務蒙上了一層陰影。

而臺積電較為穩扎穩打，在3nm制程上繼續為FinFET“續命”。盡管沿用原有的晶體管架構，但臺積電在材料方面，或許會有新技術的應用。據了解，臺積電正在研究的新材料包括二硫化鎢（WuS2）和碳納米管等二維材料。這些二維材料能夠更有效地移動電子，并讓芯片實現更節能的計算。

二維材料的應用也是為了解決晶體管微縮后帶來的量子效應，解決漏電發熱、提升芯片能耗，并減小芯片面積。相比于當前的硅材料，二維半導體材料天生更適用于2nm及之后的先進制程，二硫化鎢和碳納米管是目前最具代表性的二維材料。

另一方面，在臺積電6月舉辦的技術論壇上，臺積電研發資深副總經理表示公司將在2024年引進ASML的High-NA EUV光刻機。同時，臺積電的2nm節點量產時間也在2025年。

在引入High NA EUV后，英特爾在產能、良率等方面會有更大的提升。如果能夠如期2025年實現量產，那么相比于同期臺積電、三星的2nm工藝，英特爾在Intel 18A上引入的獨有技術，或許能夠在尖端晶圓代工領域，實現技術反超。

英特爾在Intel 20A工藝上采用了兩大獨家技術：RibbonFET和PowerVia。RibbonFET是英特爾對GAA晶體管的實現形式，進入3nm以下節點，FinFET的晶體管架構已經不適合應用了，當FinFET結構中的鰭片（Fin）寬度達到5nm（在3nm節點下）就已經接近物理極限。所以英特爾RibbonFET技術取代了FinFET，加快了晶體管開關速度，同時實現多鰭結構相同的驅動電流下占用空間更小。

PowerVia則是英特爾推出的業界首個背面電能傳輸網絡，通過消除晶圓正面供電布線需求來優化信號傳輸。有意思的是，目前臺積電透露的N2工藝中也采用了類似的背面配電線路（backside power rail）。

而2025年，如果一切順利的話，臺積電、三星、英特爾將在2nm節點中，第一次站在了同一起跑線上，同時從FinFET轉向GAA、同時采用最新的光刻機等等，屆時比拼的就是相關產業鏈比如光刻膠、掩膜版、各種新材料、封裝結構等的配套。英特爾能否完成后發制人？臺積電的霸主地位會受到怎樣的沖擊？三年后見分曉。