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最先进的High-NA EUV光刻机,专家为何不看好?

英特尔抢先导入艾司摩尔的高数值孔径极紫外光设备,为外界视为是英特尔重返技术领导地位的关键作为。产业专家表示,High-NAEUV成本居高不下,英特尔抢用High-NA EUV恐面临亏损扩大窘境。

台积电年度技术论坛陆续于美国及欧洲举行,台湾场技术论坛将于5月23日登场。台积电预计2026年量产A16技术,将结合纳米片电晶体及超级电轨架构,为业界关注焦点。

当英特尔抢订High-NA EUV设备,韩国媒体引述消息人士报导,ASML今年预计制造5台High-NA EUV设备,已全数由英特尔包下。台积电决定A16制程将持续采用既有EUV设备,不打算使用High-NA EUV设备,受到各界瞩目,并引发热烈讨论。

英特尔执行长季辛格认为先前反对使用ASML的EUV设备是错误决策,拖累晶圆代工事业欠缺获利能力。他指出,在采用EUV设备后,英特尔在价格、性能方面都很有竞争力。外界关注英特尔抢先导入High-NA EUV设备,能否有助其重返技术领先地位。

工研院产科国际所研究总监杨瑞临说,台积电会决定A16制程不采用High-NA EUV设备,应是经过综合评估的决策。

杨瑞临表示,台积电应明确知道High-NA EUV设备带来的好处,不过,在成本居高不下的情况下,透过其他方式,以满足客户的综合需求。

据ASML指出,High-NA EUV设备将数值孔径从0.33增至0.55,更具高解析度图像化能力,能够提高精准度,成像更清晰,有助简化制造流程,减少生产时间,提升生产效率。

台积电业务开发资深副总经理暨副共同营运长张晓强日前于欧洲技术论坛说,他喜欢High-NA EUV设备的性能,但不喜欢它的价格,成本非常高。

ASML每套EUV设备价格约1.8亿美元,High-NAEUV设备报价高达3.8亿美元,较EUV高出1倍以上,约新台币122亿元。

杨瑞临表示,半导体先进封装重要性日益提高,将扮演关键配套角色,英特尔争抢High-NA EUV设备,是「选错战场、武器」,因为High-NA EUV设备不是未来左右输赢的唯一关键。

杨瑞临说,台积电为全球晶圆代工龙头,客户多、生态系完整,且资金充裕,客户若有需求且愿意支付更高价格,台积电势必会采用High-NA EUV设备。

杨瑞临表示,台积电采用High-NA EUV设备持审慎态度,应已综合考量必要性,英特尔若大举采购High-NA EUV设备,未来产能利用率值得观察,预期不排除可能面临亏损扩大的窘境。

台积电1.6nm:弃High NA曝光力图稳中求胜

台积电A16制程节点是其首个整合纳米片电晶体以及背面供电技术Super Power Rail的节点,特别适合高性能计算及人工智能应用,可以认为是台积电N2P制程的强化版。而最特别的是,台积电并没有为此制程准备High-NA EUV机台,而是准备采用现有的EUV设备进行生产,相较之下,包含英特尔与三星等竞争对手都将在类似的制程节点使用High-NA EUV机台。

英特尔原本计划在20A制程导入类似的PowerVia技术,但后来决定延后到14A制程才全面采用。三星背后供电技术也是三星追逐先进制程的杀手锏。根据先前南韩媒体报导,三星代工部门技术长Jung Ki-tae Jung 曾宣布,2027 年将背后供电技术用于1.4 纳米制程。

台积电此举无疑为英特尔和三星带来了竞争压力。虽然英特尔在High-NA EUV技术上抢先一步,但能否赶上台积电的商业化进度还有待观察。三星也需要加紧脚步,尽快在先进制程上取得突破,才能维持市场地位。从竞争的角度来看,台积电选在此时推出A16制程,可说是抢得先机,进一步巩固了技术优势。

除了A16,台积电也正在积极开发下一代的A14制程,目标是要再度提高速度、降低功耗、增加密度并控制成本。台积电在2023年的年报中提到,A14制程的开发已经有了良好的进展,未来会持续探索新一代的极紫外光曝光技术,持续推动摩尔定律。

值得注意的是,英特尔已经开始采用ASML的High-NA EUV曝光设备,并打算在18A制程探索如何有效运用,再于14A制程全面采用。相比之下,台积电则表示A16制程并不需要这项新技术,同时也暗示他们有信心在不增加曝光复杂度的情况下,将现有EUV曝光设备的解析度推进到1.3纳米以下。

事实上,去年台积电就成功地透过调整光阻材料、光罩制程等方式,在提升先进制程的临界尺寸与图形精度的同时,还降低了缺陷密度。展望未来,台积电还计划开发新的光罩材料与制程,以支援A14以下的先进制程。考虑到High-NA EUV设备成本高昂,一台售价将继4亿美元,在现有Low-NA EUV设备尚有最佳化空间的情况下,台积电选择审慎评估投资时机,无疑有助于控制成本,提高性价比。

虽有部分分析机构质疑,台积电在High-NA EUV技术上的观望,可能会让他们在未来的竞争中处于劣势。要知道,英特尔、三星无不积极导入该项技术,力求在更先进的制程节点上抢占先机。但考虑到台积电一向标榜是在稳定中求进步,不像其竞争者往往为了抢得镁光灯而纸面量产,但实际上往往都不可用,导致客户的信任危机,甚至因而失去订单,业界普遍对台积电仍抱持更大希望。

对于上游供应链来说,台积电、英特尔、三星之间的竞争将进一步刺激对EUV曝光设备的需求,尤其是独家供应商ASML。不过考虑到High-NA EUV设备的产能有限,如何在三大晶圆代工龙头之间分配,势必成为一大挑战。ASML需要在满足客户需求和维持自身获利之间取得平衡,这对其经营策略和产能规划都提出了更高的要求。有分析师指出,ASML可能需要在未来几年内大幅扩充High-NA EUV设备的产能,以满足客户日益增长的需求。但这也意味着ASML必须承担更高的资本支出和技术风险。

尽管外界普遍看好台积电1.6纳米制程的前景,但我们也不能忽视潜在的市场风险。首先,背面电源技术在量产时可能面临良率、成本等方面的挑战,能否顺利克服还有待观察。再者,AI芯片的需求能否如预期般强劲,也存在一定的不确定性。倘若需求不如预期,可能会影响台积电的营收表现和投资回报率。

此外,地缘政治的变数也需要关注。由于美中竞争加剧,台积电在美国亚利桑那州设厂的进度将可能受到更大压力,而中国方面则积极发展自主半导体产业,甚至在没有EUV设备的状况下发展先进制程,试图摆脱对台积电的依赖,这对台积电的市场占有率构成一定威胁。

台积电1.6纳米制程的推出,无疑将在半导体产业掀起新的竞争浪潮。尽管台积电在先进制程技术上保持领先,但英特尔、三星等对手也绝非省油的灯。未来几年,先进制程的竞赛只会越发激烈,谁能在技术创新、成本控制、客户服务等方面占得先机,谁就能在市场上取得优势地位。

对台积电而言,1.6纳米制程只是起点,而非终点。随着摩尔定律的推进,半导体技术将不断突破物理极限,这对制程工艺的创新提出了更高的要求。与此同时,随着半导体产业的战略地位日益凸显,地缘政治的影响也将越来越大。台积电必须在技术、市场、政治等多个维度上保持敏锐的嗅觉,及时调整策略,才能在变局中立于不败之地。

也因此,为了稳中求胜,台积电1.6纳米制程可能复制过去前进7nm的过程,以更低成本的量产技术过渡,一方面降低量产困难度,一方面也要争取客户的支持,随后再引入新曝光技术以进一步降低成本,相较于竞争对手为了急于跨过技术门槛而采用更高成本的解决方案,台积电的策略可说是更为四平八稳。

台积电经过多年的经验累积,已然成长为全球最大的晶圆代工厂,但这绝非终点,而是新的起点。站在下一个十年的起跑线上,面对各类以AI为主轴的新兴半导体应用需求的不断勃发,台积电将如何继续引领半导体产业的发展,我们拭目以待。

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