在先進制程納米節點持續微縮下,光刻機是重要關鍵設備。12寸晶圓主要光刻機為ArF immersion機臺,可覆蓋45nm一路往下到7nm節點的使用范圍,其雷射光波長最小微縮到193nm;針對7nm節點以下的制程,EUV(Extreme Ultra-Violet)極紫外光使用光源波長為13.5nm,確保先進制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Cannon。其中,ASML以市占率超過8成居首,幾乎占據邏輯IC與存儲器先進制程的光刻機需求,且面對更小微縮尺寸的范圍,目前僅有ASML能提供EUV機臺做使用,更加鞏固其在市場上的地位。本篇主要借ASML在光刻機的銷售狀況,做區域性分布與先進制程需求狀況分析。

半導體先進制程發展擴大EUV市場需求,ASML可望持續受惠

臺灣地區與韓國對光刻機需求最強烈,大陸地區未來或將開創新市場開發程度值得關注

ASML營收在先進制程快速發展下,連續5年呈現高度成長,年復合成長率13%。從營收區域分布來看,臺灣地區與韓國由于晶圓代工擴廠動作頻頻,自2016年來持續保持超過5成份額,為ASML最大營收占比區域;美國與大陸地區的區域營收則大致保持2~3成左右份額。

半導體先進制程發展擴大EUV市場需求,ASML可望持續受惠

韓國除了既有制造存儲器的大量需求外,2019年4月底,Samsung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在韓國地區的營收。

至于臺灣地區部份,臺積電目前擴廠計劃包括在南科負責生產3nm與5nm節點的FAB 18,對光刻機需求也是ASML主要成長動能,尤其是在高單價EUV需求方面,從ASML最早的第一批EUV出貨即獲得機臺,搶得先機做持續性的現地化調機,有助于評估日后FAB 18的建置數量。

美國的擴廠動作則相對保守,從Global Foundries終止研發7nm制程后,基本上在晶圓代工這一塊就停止擴廠計劃,光刻設備需求轉而倚靠IDM廠。美國最大IDM廠Intel是光刻機設備商的主要客戶,在2018下半年因10nm制程進度延期造成CPU供貨不足,也促使Intel于2018年第四季宣布在以色列與愛爾蘭的14nm擴產計劃,拉抬ASML在美國地區營收。

不過,Intel同時也是Nikon ArF immersion與ArF的主要客戶,Nikon憑借價格優勢把握Intel光刻機部份需求,估計在2019~2020年出貨ArF immersion與ArF機臺給Intel,未來ASML在美國區域營收或許由EUV采購狀況來主導。

最后是大陸地區,雖然晶圓廠擴廠計劃持續增加,但對高端光刻設備依賴度較高的先進制程晶圓廠目前不在多數,其余成熟制程的光刻設備供應商則有Nikon與Canon等競爭對手,加上大陸地區也致力于國產光刻設備開發,未來ASML在大陸地區區域的營收成長目標,除了獨家供應EUV優勢外,尚需考量額外的影響因素。

總括來說,先進制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,以韓國與臺灣地區成長潛力較高,而大陸地區在中芯國際宣布成功購入EUV機臺后,可望開啟大陸地區發展14nm以下節點發展。

EUV需求數量持續增加,貢獻ASML營收僅次于ArF Immersion

受惠于先進制程發展,EUV使用量在7nm節點以下制程大幅增加。以7nm節點制程來說,Samsung的做法是包括前、中、后段曝光顯影制程全面使用EUV;臺積電7nm做法可劃分為沒有使用EUV,以及部份Critical Layer使用EUV兩類;至于Intel以10nm發展時程看來,應該是與臺積電在7nm節點做法相似,初期不使用EUV,在后續優化版本部份Layer使用EUV。而在7nm節點以下制程,3家主要廠商將全面使用EUV機臺,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供應的機臺分類,ArF Immersion為其營收主力,涵蓋45nm以下至7nm的制程節點;EUV目前雖然數量不多,但受惠于價格較高,在營收表現上已穩居第二位,有機會在未來追上ArF immersion的營收表現。

另外,就EUV數量來看,或許在發展3nm制程時,可望看見更大量機臺需求。Samsung宣布其先進制程Roadmap,預計在2021下半年推出使用GAA-FET(Gate-All-Around Field-Effect Transistor)技術的3nm節點制程;3nm GAA-FET工法相較現行5nm Fin-FET結構更復雜,制作閘極環繞的納米線(Nano-Wire)需要更多道程序,可能將增加曝光顯影的使用次數。

半導體先進制程發展擴大EUV市場需求,ASML可望持續受惠

EUV現行的Throughput(處理量)約125 WPH(每小時能處理的wafer數量),相比現行ArF immersion產能有限。

而ASML下一世代EUV機臺NXE3400C將提高產能,成為各家晶圓廠計劃導入的新機臺,預計2019下半年陸續出貨。如果在3nm制程使用GAA技術,曝光顯影次數增加,預期會讓EUV機臺數超過現行發展5nm的需求數量,甚至有機會接近ArF immersion數量的一半,在此情況下,ASML營收可望于未來顯著增長。