台积电拒用High-NA EUV光刻机启示

发布者:深铭易购     发布时间:2024-05-22    浏览量:129

【深铭易购】资讯:相比英特尔,台积电不仅已完成了业界首台商用高数值孔径(High-NA)EUV的组装工作,还有消息称英特尔已“承包”ASML今年全部高NA EUV光刻机产能。然而,台积电却表示继2纳米制程之后推出的A16(1.6纳米)制程不会采用该光刻机。

有专家指出,光刻技术可能需要重新认识。之前认为2纳米必须采用高NA光刻机,而台积电却开创先河地拒绝使用。相反,之前业界认为美国阻止EUV出口,导致大陆在先进制程领域只能止步于7纳米。然而,现在看来,提升至5纳米也并非不可能。

在不久前举办的2024年北美技术论坛上,台积电首次公布了A16制程工艺,并透露A16制程工艺不需要采用下一代高NA EUV光刻机,预计2026年开始量产。

台积电从2019年开始在其N7+工艺上使用EUV。通过优化EUV曝光剂量及其使用的光刻胶,改进光罩薄片延长寿命、提升产量、降低缺陷率等,如今光刻机数量增加了十倍,但晶圆产出是2019年的30倍,且仍将持续改进,这也成为其未来支撑1.6纳米工艺的重要支柱。

尽管高NA EUV工具在提高制程效率和性能方面具有巨大潜力,但其价格十分昂贵。据悉,一台高NA EUV的成本高达3.5亿欧元,比现有EUV的1.7亿欧元高出两倍多。连台积电资深副总经理张晓强也直言高NA EUV虽然性能令人满意,但“价格实在太高了”。而且,引入高NA光刻机并不表明万事大吉,不仅要解决相应的挑战,还需要一定的调试和开发时间,兼顾稳定性,投入的时间和隐形的成本可以想见。

此外,采用高NA光刻机制造的芯片成本巨增,虽然每片晶圆切割的芯片更多,但需要销售更多的芯片才能弥补投入。目前仍无法判断最先进工艺市场需求是否能够消化这些成本。

因此,台积电持续采用现有EUV实现1.6纳米,不仅可大幅降低总体成本,在成本和技术之间寻求了平衡,还进一步彰显了台积电对于成本控制和技术更新速度的深刻理解。

值得关注的是,台积电A16工艺将结合GAAFET与背面供电,以提升逻辑密度和能效。与N2P相比,A16工艺芯片预计在相同电压和复杂度下性能提升8%-10%,在相同频率和晶体管数量下功耗降低15%-20%,且密度将提升1.1倍。

在之前的2纳米节点,台积电已全面导入GAAFET晶体管技术,因此其1.6纳米工艺更突出的特征还在于背面供电。

作为继工艺缩进、3D封装后第三个提高芯片晶体管密度和能效的革新之一,背面供电不仅是半导体工艺创新的重要发展方向之一,也成为先进工艺比拼的新“竞技场”。

在这一技术领域,英特尔仍是先行者,计划在2024年上半年首次应用于其节点Intel 20A(相当于2纳米),并计划在未来量产中应用于Arrow Lake平台。而三星也想先下一程,将背面供电技术应用提前,原定于2027年对背面供电技术商业化,搭载于1.7纳米制程,但近期爆料显示三星将修改路线图,最早将于2025年2纳米制程应用背面供电技术。

有分析称,台积电的背面供电尽管比英特尔推出晚了一两年,但其新型超级电源轨BSPDN技术将背面电源网络直接连接到每个晶体管的源极和漏极,比英特尔PowerVia与晶体管开发分开的方案更为复杂,在面积缩放层面更为有效。

台积电之前公布的路线图显示,基于1.4纳米级A14工艺预计在2027年至2028年之间推出,而1纳米级A10工艺的开发预计将在2030年前完成。有消息指出,台积电可能会等到1纳米工艺上线后才会考虑使用下一代光刻机,按照目前的节点迭代速度,或在2029年至2030年间采用高NA EUV系统。

上述专家对此表示,对台积电来说,后续引入高NA光刻机或是认为达到其投入和产出、以及技术成熟度的平衡点。

台积电暂缓引入高NA的战略选择不止是自己的实力、底气和稳健使然,更是对大陆半导体工艺自主创新发展的一次深远鼓舞。

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