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半导体

台积电引进最先进EUV光刻机,强者恒强?

6月17日,台积电研发资深副总经理米玉杰在台积电硅谷技术研讨会上表示,公司将在2024年引进ASML高数值孔径极紫外光(high-NA EUV)光刻机,以开发客户所需的相关基础设施和图案化解决方案。不过,米玉杰在发布会上没有透露,台积电在购入该设备之后,何时会在制程研发中使用。

高数值孔径EUV光刻机是第二代EUV光刻工具,更高数值的孔径意味着更小的光线入射角度,也意味着能够用来制造尺寸更小、速度更快的芯片。高数值孔径EUV是当前最先进的EUV光刻机,目前只有ASML能够生产。尽管台积电业务开发资深副总经理张晓强称,台积电2024年还不准备运用新的高数值孔径EUV工具生产,引进的光刻机将主要用于与合作伙伴的研究,但台积电此次成功引进最先进的光刻机,无疑将进一步巩固自身在先进制程研发方面的领先地位。

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助力先进制程研发

作为制造芯片最先进的设备,光刻机的先进程度直接决定了芯片的制程工艺。ASML发言人称,更高的光刻分辨率将允许芯片缩小170%,同时密度增加2.9倍。未来比3纳米更先进的工艺将极度依赖高NA EUV光刻机。

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正是因为只有ASML才能生产EUV光刻机,ASML的利润较为可观。此前,ASML发布2021财年最新财报称,公司2021年净销售额为186亿欧元,同比增长35%;净利润59亿欧元,同比增长63.9%。此次台积电从ASML公司引进这一最先进的光刻机,将对台积电在先进制程的研发产生较大帮助。

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数据来源:ASML官网

参加此次台积电硅谷技术研讨会的TechInsights芯片经济学家丹·哈切森表示,台积电到2024年拥有新的光刻机,意味着他们将更快地获得最先进的技术。高数值孔径EUV光刻机是下一项重要技术创新,将确保台积电的芯片技术处于领先地位。

“光刻机对于先进制程工艺的演进具有不可替代的作用,是使芯片技术处于领先地位的关键。”赛迪顾问集成电路中心高级咨询顾问池宪念向《中国电子报》记者表示,台积电引进先进光刻机,有助于在先进制程制造领域继续巩固领先地位。

不过,台积电不是唯一一家关注到高数值孔径EUV光刻机的芯片代工龙头企业。在台积电宣布获得这一最先进光刻机之前,英特尔就在2021年7月公布的最新路线图会议上,提到公司将拥有ASML的高数值孔径EUV光刻机。英特尔方面表示,2025年开始,公司将用高数值孔径EUV光刻机进行生产。

向先进制程工艺率先演进,是所有晶圆代工厂共同的目标。创道投资咨询总经理步日欣对记者表示,晶圆代工厂有了更先进的光刻机,就可以更好地推动更先进工艺制程的研发,以提升自身的竞争力。

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“在这样的竞争态势下,购买高数值孔径光刻机是必然趋势。”步日欣说。但需要看到的是,随着摩尔定律进入瓶颈期,高端光刻机成本和造价越来越高,晶圆代工厂也会平衡成本和收益,按照不同的节奏来推动更高端设备的产业化。

不过,半导体行业专家莫大康认为,先进工艺制程的研发路径差异不大,都是从FinFET工艺向GAA工艺演进。各公司的设备基本相同,所以先进制程工艺的水平应该差异比较小。研发的关键还是在于生产线管理、人才储备及研发经验等方面。

先进工艺竞争日趋白热化

工欲善其事,必先利其器。ASML高数值孔径EUV光刻机如此抢手的背后,正是日渐白热化的先进制程争夺战。

提到先进制程的最新进展,就不得不提到台积电。虽然很早之前,台积电和三星就公开宣称已具备5纳米芯片制造能力,但台积电显然通过实际行动证明了自己在晶圆代工界的龙头地位。2020年秋季,全球第一款5纳米芯片产品出货。该芯片正是苹果在2020年秋季发布会上,首次公布的A14仿生芯片。据了解,这款SoC的晶体管数量达到惊人的118亿个,功能相当完善。而该款5纳米芯片的代工者,正是台积电。

面对台积电当时的风光,彼时的三星正苦苦追赶。为了抢在台积电之前完成3纳米研发,三星芯片制造工艺直接跳过4纳米,从5纳米上升到3纳米。

2021年5月,IBM对外公布全球第一颗2纳米芯片。IBM的这颗“重磅炸弹”不仅为自己正名,也让业界意识到,先进制程的“兵家必争之地”已来到2纳米工艺节点。

当前,各大芯片头部厂商都积极瞄准2纳米这一重要工艺节点,其中当属公开宣布“IDM 2.0战略”的英特尔表现得最为活跃。

此前,英特尔大踏步进军芯片代工业务,对包括2纳米在内的先进工艺制程进行了大手笔投入。2021年7月,英特尔公布了最新的技术路线,还对芯片制程工艺命名进行了修改。比如,英特尔将10纳米工艺节点改名为Intel 7,7纳米技术改为Intel4,5纳米技术改成Intel 3,2纳米技术改成Intel20A。值得一提的是,在2纳米节点时,英特尔将FinFET工艺转为了GAAFET工艺。

台积电在2纳米制程的研发方面也不容小觑。早在2019年,台积电便宣布启动了2纳米工艺的研发。在定下目标后,台积电宣布将在2纳米、3纳米等先进制程工艺的研发方面支出大约300亿美元。最终,台积电成功找到了切入GAAFET技术路线的重要路径,在2纳米制程研发方面取得技术突破。

近日,有关台积电2纳米“杀手锏”的热度不断发酵。就在美国当地时间6月16日,台积电在2022年北美技术论坛上,首度推出采用纳米片晶体管之下一世代先进2纳米(N2)制程技术,以及支援N3与N3E制程的独特TSMC FINFLEX技术。有消息称,台积电2纳米首期工厂预计会在2024年年底前投产,搭载2纳米芯片的终端产品预计在2025年上市。外界预测,在ASML高数值孔径EUV光刻机的加持下,台积电有望成为全球第一家率先提供2纳米制程代工服务的晶圆厂。

责任编辑:张依依


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