英特爾豪賭25億的光刻機

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ASML日期那發布新聞稿，確認英特爾晶圓代工已將High-NA技術投入量產。英特爾正利用該工具在其部分最新筆記本電腦處理器上進行部分層級的圖案化：這些處理器包括Panther Lake，即基于英特爾18A架構的Core Ultra Series 3筆記本電腦處理器。

從英特爾和ASML的角度來看，這意味著這些高數值孔徑（High-NA）層在俄勒岡州經過了雙重認證，其良率與需要多步才能完成相同工作的常規EUV工具相當。我詢問這是否只是測試芯片，但英特爾確認，這意味著部分芯片采用價值3.8億美元的高數值孔徑掃描儀打印的筆記本電腦現在正交付給客戶。

自2024年那次巡回發布會以來，英特爾一直宣稱擁有全球首款高數值孔徑（High-NA）工具，但始終存在一個問題：這類工具應該用于研發還是生產？如何讓產品層在機器上的良率達到與隔壁成熟掃描儀相當的水平，這本身就是一個巨大的挑戰。下一個問題是，在更昂貴的機器上進行單次掃描的經濟效益是否能夠長期持續。

這臺機器究竟是什么？

這臺機器由兩層樓高的不銹鋼管道、真空容器和纏繞在晶圓臺上的電纜組成，而這一切幾乎都服務于一個物理數字。迄今為止，所有量產的極紫外掃描儀都使用數值孔徑 (NA) 為 0.33 的光學系統進行成像。數值孔徑描述了光學系統能夠收集的光錐的寬度，更寬的光錐可以分辨更精細的細節，因此使用高數值孔徑 (High-NA) 將數值孔徑提高到 0.55 可以將最小的單次曝光特征的清晰度提高大約三分之一。在實際應用中，這使得晶圓廠能夠在一個周期內打印出原本需要兩到三次低數值孔徑 (Low-NA) 曝光拼接而成的圖案。每次減少曝光都會降低成本、縮短周期時間并減少一次缺陷風險——簡而言之，曝光次數越少通常效果越好。

達到 0.55 的光圈并非易事，不僅機器成本高昂，物理原理和芯片生產也面臨諸多挑戰。ASML 轉而采用類似相機的變形光學系統，沿兩個軸向以不同的倍數放大光闌——簡單來說，這使得掃描儀單次成像的視野面積減半。原本 858 平方毫米（ 26 x 33 毫米）的芯片，如今 EUV 光刻機所能達到的最大尺寸僅為 429 平方毫米（ 26 x 16.5 毫米）。

現在必須將完整的十字線模具分成兩半曝光，然后再縫合在一起，這使得原本高分辨率帶來的工藝簡化變得復雜。

一套系統的成本接近3.8億美元，大約是低數值孔徑掃描儀的2-3倍，而且安裝一套系統需要大約250個包裝箱，現場施工也需要幾個月的時間。這兩個因素——高昂的單臺設備成本和因工藝步驟較少而導致的單次曝光成本——都使其定價的合理性受到質疑。

High NA在路線圖中的位置

高數值孔徑 (High-NA) 技術真正的價值體現在長期發展上——正如imec的長期路線圖所示。根據該路線圖，0.33 NA EUV 光刻技術將金屬間距的縮放范圍從N7時代縮小到N2時代左右，使間距從大約40納米縮小到21納米左右。相比之下，0.55 NA 的高數值孔徑光刻技術可以將間距縮小到A14時代，甚至A5時代左右。從路線圖來看，高數值孔徑光刻技術是一個為期十年的工具，它即將正式投入使用，并將持續到2030年代。

那么，為什么英特爾要在 18A 工藝（相當于 N2 工藝）上運行 Panther Lake 呢？18A 工藝是圍繞低數值孔徑 EUV 光刻和多重曝光技術設計的，英特爾為其設計的硬件并不依賴高數值孔徑光刻技術即可出貨。任何新技術的難點之一在于確保它至少能與被取代的技術相媲美，因此 Panther Lake 的各層都經過了低數值孔徑和高數值孔徑的雙重認證，而不僅僅是高數值孔徑。英特爾將機器集成到一個即使沒有高數值孔徑也能正常工作的節點上，這樣，等到 14A/10A 工藝到來、高數值孔徑成為必需品時，英特爾的團隊和工藝配方就已經積累了足夠的經驗。如果 18A 晶圓出現問題，在工藝調整完成之前，對產品的影響并不大——而英特爾現在聲稱工藝已經調整完畢。

關注英特爾的人都知道，這次的情況與上次截然相反。上次在10nm時代，英特爾在EUV工藝方面猶豫不決，最終為這種謹慎付出了代價，導致多年延誤。而這一次，英特爾走在了前面，臺積電則在等待。

英特爾忽略的成本論點

一個合理的問題是，這一切是否物有所值？SemiAnalysis給出了一個持懷疑態度的答案。他們援引 IBM 在 2025 年會議上關于高數值孔徑 (High-NA) 技術的研究成果解釋說，單次高數值孔徑曝光的成本大約是低數值孔徑曝光的 2.5 倍。按照這個比例，只有當一次曝光能夠替代足夠多的低成本曝光時，新工具才能真正發揮作用。SemiAnalysis 的模型預測，大多數層級的交叉點將在 2030 年左右出現，屆時低數值孔徑雙重曝光的成本將更低，直到一個圖案需要三個或更多掩模為止。

從物理學的角度來看，另一個因素是劑量。為了獲得最小的層厚，需要更高的極紫外光刻功率，也就是更高的劑量，但更高的劑量會迫使掃描儀在每個區域停留更長時間。掃描速度越慢，每小時打印的晶圓數量就越少，從而推高了每片晶圓的成本。臺積電也采用了類似的保守計算方法，在其2nm和A16節點中跳過了高數值孔徑（High-NA）技術，并且盡管購買了用于測試的設備，但在2029年之前仍然保持相對謹慎的態度。

悲觀論調往往忽略了這些因素并未影響機器的銷售。ASML 預計到 2024 年初將獲得 10 到 20 臺 High-NA 的訂單，而且訂單來源不僅限于英特爾：SK 海力士也下了訂單，并于 2025 年底成為首家安裝商用系統的內存制造商。三星也在使用他們訂購的設備。甚至紐約州也訂購了一臺，安裝在奧爾巴尼，主要租賃給 IBM 使用。ASML 目前每年生產大約 12 到 15 臺系統，并預計到 2028 年將達到每年約 20 臺。

關于吞吐量和每小時晶圓產量的異議也正在得到解決。我在2024年看到的設備是EXE:5000型號，專為研發量而設計。英特爾在2025年底的D1X大會上接受的量產型EXE:5200B，在0.7納米套刻精度下每小時可處理約175片晶圓，提升幅度約為60%。ASML更大的6×12英寸光掩模旨在減少因光場減半而帶來的拼接開銷。IBM在其論文中也引用了SPIE的套刻數據，他們認為這些數據表明拼接不會造成明顯的性能損失。

雙方并非真正爭論的是算術。許多分析師都在試圖計算每次曝光的成本。使用該設備的代工廠也在計算曝光次數、掩模、對準步驟以及缺陷數量，因為他們只需運行一次，無需進行多次曝光。Panther Lake 是這一論點的首個出貨實例，而良率匹配的結果對認為該設備已準備就緒的一方來說是一個強有力的論據。

我終有一天會知道嗎？

不。我問的是英特爾是否計劃對High NA芯片進行不同的SKU，這樣你就可以帶著一顆高NA芯片去辦公室炫耀一番，但可惜的是，看起來這些硬件只是和其他普通芯片捆綁銷售而已。我相信英特爾仍然會按批次追蹤長期影響，以防萬一，但普通用戶最終只能拿到一顆CPU。

英特爾季度財報即將發布，我估計一些分析師會在電話會議上詢問目前的產量。我估計產量會根據這些設備的研發用途而波動，閑置時則會生產一些 Panther Lake 晶圓來攤銷部分成本。我第一次去 D1X 時，記得看到一排五臺低數值孔徑 EUV 光刻機都在運行，整個工廠至少還有十幾臺準備就緒。晶圓代工廠就是靠這種方式獲得產量的，所以密切關注英特爾的高數值孔徑訂單或許能很好地反映出他們對長期良率、質量和成本的信心。

英特爾已經表示，對于 14A 的外部客戶，High NA 將是一個選項——選擇它，由于步驟更少，您可以更快地將產品推向市場，但可能需要支付額外的費用才能享受次日達或兩日達的送貨服務。

（來源：編譯自morethanmoore ）

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