透过ASML畅想EUV的未来

摘要：

1. ASML以100％的EUV份额和94.5％的DUV Immersion份额在半导体光刻市场上占据主导地位。

2. EUV的客户代表所有半导体公司的前5大资本支出支出。

3. 随着EUV处理步骤的减少，沉积和蚀刻公司Tokyo Electron，Applied Materials和Lam Research将受到负面影响。

自从2006年ASML向纽约奥尔巴尼大学的纳米级科学与工程学院（CNSE）交付了第一个EUV以来，该公司越来越重视EUV。ASML是半导体光刻领域的主要领导者，并且是EUV光刻的唯一制造商，尼康和佳能是其主要竞争对手。

分叉的公司

ASML主要销售光刻系统，以及通过收购Hermes Microsystems而获得的计量/检查线。我称此部分标题为“分叉的公司”的意思是，该公司已成为“深紫外线/可见光”公司和“扩展紫外线”公司。 我预计到2020年，EUV的收入将占光刻技术总收入的近50％，因为周围的许多生态系统问题已在7nm处得到一定程度的解决，而似乎在5nm处却没有表现出众。正是由于这些原因，EUV花了很长时间（自2006年以来）才达到公司在生产芯片上使用EUV的地步。 EUV vs 沉浸式DUV金融深潜 ASML是唯一的EUV供应商，因此拥有100％的市场份额。借助Immersion DUV，ASML可与尼康竞争。图1显示，按总出货量（基于91个单元）计，ASML在Immersion DUV市场中占有94.5％的份额。佳能公司没有参与这一领域，ASML在DUV中的地位几乎与在EUV中一样。

但是，随着芯片设计人员将技术节点转移到10nm以下，DUV的购买量正在减少，而EUV的数量却在增加。图2显示了2017-2022年的同比收入。我在2019年12月24日的Seeking Alpha文章中讨论了题为“ KLA：尽管2020年行业增长持平，但仍领先于半导体设备市场 ”的文章： “根据我的分析，估计第四季度半导体设备进口总额为40亿美元，这笔资金用于2020年。我估计另外有16亿美元的设备流向了中国，13亿美元流向了韩国，10亿美元流向了台湾。”

预计EUV收入将在2021年超过DUV沉浸式收入。在2017-2022年期间，随着ASML过渡到具有更高功能和吞吐量的新一代产品，EUV系统的ASP预计将从99,000,000欧元增长至1.45亿欧元，从而降低每像素成本。另一方面，DUV浸没式ASP均保持在5500万欧元，并且应该一直保持到2022年。

DUV对ASML的益处

除了为ASML提供50亿欧元的收入外（图2），与非EUV系统相比，EUV的毛利率也要低得多。非EUV包括DUV Immersion（占收入的80%），包括来自I-Line、KrF DUV和ARF DUV Dry的收入，它们总计约占DUV Immersion收入的20%。

图3显示，按季度计算，非EUV毛利润率为50%，而2019年第四季度的毛利润率虽小但仍在增长，仅为33%。随着NXE:3400C平均售价的增加以及出货量的增加，我预计利润率将会增加。

EUV现在和未来的发展方向是什么？

逻辑与铸造 

EUV已经并将在未来五年内继续主要作为逻辑和代工公司的工具。

•                   台积电（TSM）（27个系统）Error! Hyperlink reference not valid.

•                   三星电子（13个系统）

•                   英特尔（Intel）（10个系统）、Error! Hyperlink reference not valid.

•                   Globalfoundries收到了2个系统，但最终将它们送回。

以上是迄今累计发货60台的主要客户。ASML估计，2020年将有35套EUV系统出货，其中30套用于逻辑/代工，5套用于存储器。

那存储呢？

EUV将不会用于NAND。3D NAND芯片的尺寸已经从平面2D NAND缩小，并且不需要EUV。这意味着只有三星、SK海力士和美光科技（MU）是DRAM的可行客户。

三星在2019年年中宣布，它将分阶段部署新技术。EUV将首先应用于接触位线的BLP层。位线基本上充当了中央数据通道的作用。通过这样做，芯片制造商可以减少构图步骤，从而从根本上降低成本。对于随后的一代DRAM芯片，如1A-NM，三星将EUV技术应用于四层，然后将五层用于1b芯片。

但是，在其在Conrad Hotel举行的2019年投资者论坛上：“与现有ArF（氟化氩）技术进行的多图案化技术相比，EUV将工艺复杂度降低了50％。"图4显示了复杂性降低的图形。这是一个关键问题，将在下一节中详细说明，不仅对DRAM，而且对逻辑也是如此。

表1显示，在2017年第三季度开始在1x nm节点生产五个季度后，美光从2019年第一季度的1y nm节点快速转移到2019年第三季度的1z nm节点。三星和SK海力士都将在2020年开始在1z nm节点生产。

随着美光升级其单个DRAM晶圆厂，其在1Z nm节点的经验使该公司能够跳过其台湾晶圆厂16（RexChip）的1Y nm节点，直接转向1Z nm。

根据我们的报告——《热门IC:人工智能、5G、CMOS图像传感器和存储芯片市场分析》，美光将从1x nm（2019年70%到2020年43%）、1y nm（15%到27%）和1z nm（6%到28%）过渡，我还预测了1αnm，增长到2%。

EUV对资本设备行业的影响

正如我上面所说的，ASML正在分化为一家"深紫外/可见光"公司和一家"扩展紫外"公司。该公司的基本原理很清楚，如上图2所示。2017-2022年EUV单位出货量增长强劲，而DUV出货量下降，原因有两个：

（1）技术节点正在减少，台积电、三星和英特尔作为技术节点过渡的领导者，有足够的财力购买价格为1.25亿美元的EUV系统，而DUV系统的价格为6500万美元。

（2）ASML是唯一一家生产EUV系统的公司，而该公司在DUV销售方面与尼康竞争（如果你认为94.5%的市场份额是竞争的话——见图1）。

EUV的好处之一是减少了芯片处理步骤，如图5所示，该图与上面的图4不同但类似。显然，根据ASML，用EUV代替ARF浸渍将大大减少沉积、蚀刻和计量步骤。谁是沉积、蚀刻和计量的领先供应商？Lam研究公司（LRCX）、应用材料公司（AMAT）和KLA公司（KLAC）（除东京电子株式会社外）根据我们的报告“全球半导体设备:市场、市场份额、市场预测”。

如果我们看下面的图6，使用浸没式DUV（ARF-1）在20nm节点有13个掩模层，每个掩模层使用多个DEP蚀刻步骤。如果我们移动到图表的顶部，在10nm有18个掩模层，沉积-蚀刻步骤的使用增加了50%。

如图左下方所示，在7nm节点进行多层图案化需要27层掩模层，而在7nm节点切换到EUV（右下方）后，只需要14层掩模层，与20nm节点采用DUV的情况类似。

在术语方面，从DUV到EUV的切换，双光刻、双蚀刻（Lele）工艺将被取消，而ARF-I将继续用于自对准双图案化（SADP）和自对准四图案化（SAQP）工艺，最重要的是，将省去一半的处理步骤。

图6

EUV有赢家也有输家

表2显示了沉积和蚀刻行业的顶级公司应用材料公司、Lam研究公司和东京电子公司的收入突破。

从近期来看，应用材料公司对EUV的收入敞口最大，为52%，其次是东京电子公司（Tokyo Electron），为44%，根据Logic和Foundry产生的收入，Lam研究公司为36%。这些收入是基于前四个季度的数据，仅用于设备，而不是服务或备件。

读者必须认识到，上述段落中定义的风险敞口是指如果和/或当DUV被EUV取代时，设备的收入将受到影响的金额。这是一个移动值，取决于给定季度的设备采购。显然，DRAM和NAND风险敞口在过去四个季度有所下降，因为这些行业的设备销售因库存积压、ASP减少和利润率低而减少。

随着DRAM公司三星和SK海力士转向EUV，以及资本支出从周期性低点增加，EUV的长期风险敞口将增加。NAND收入将不会有近期或长期EUV风险敞口。

7nm技术节点是公认的"甜蜜点"，因为EUV的内在能力超过DUV，EUV将成为DUV浸没的可行替代方案。在65nm，利用DUV浸没，一个掩膜曝光就足够了。Intel在45nm节点使用第二个掩膜进行线切割，TSMC在28nm节点使用第二个掩膜。后来，在20nm节点，双重图案化变得普遍。在14nm节点，使用多个图案化工艺。

7nm的EUV可以使用一个掩模完成，从而减少了处理时间和辅助设备，特别是沉积和蚀刻，如上图4和5所示。

目前只有4家公司在生产7nm产品，正如我上面所说，Globalfoundries已经取消了EUV计划。除了这些公司之外，还有DRAM制造商三星，SK Hynix和美光。

有人可能会说，这只代表了六七家公司。然而，这些公司都是最大的资本支出公司。根据我的分析，这些公司代表了前十大资本支出公司中的前五名。不仅如此，它们的资本支出明显高于排名后五位的公司。

正如任何技术转型一样，有赢家也有输家。

获奖者：

ASML

半导体逻辑和代工企业台积电、三星和英特尔

失败者:

沉积和蚀刻公司应用材料和Lam Research