尽管台积电不能声称自己是第一家使用极紫外 (EUV) 光刻技术的晶圆厂(这一头衔属于三星),但他们确实可以声称自己是最大的晶圆厂。因此,该公司多年来在 EUV 方面积累了丰富的经验,使台积电能够改进使用 EUV 工具的方式,以提高生产率/正常运行时间,并降低使用超精细工具的成本。作为该公司本周欧洲技术研讨会的一部分,他们更详细地介绍了 EUV 使用历史,以及进一步将 EUV 集成到未来工艺节点的进展。
当台积电于 2019 年开始在其 N7+ 工艺(用于华为海思)上使用 EUV 光刻制造芯片时,它占据了全球 EUV 工具安装基数的 42%,即使 ASML 在 2020 年增加了 EUV 光刻机的出货量,台积电的 EUV 份额安装量实际上增加到了 50%。到 2024 年,台积电的 EUV 光刻系统数量将比 2019 年增加 10 倍,尽管三星和英特尔都在提高自己的 EUV 产量,但台积电目前仍占全球 EUV 安装基数的 56%。可以说,台积电很早就决定大力进军 EUV,因此他们今天仍然拥有 EUV 光刻机的最大份额。
值得注意的是,台积电的EUV晶圆产量增幅更大;台积电目前生产的 EUV 晶圆数量是 2019 年的 30 倍。与工具数量仅增加 10 倍相比,台积电产量增长了 30 倍,凸显了台积电如何能够提高 EUV 生产力、减少服务时间和减少工具停机时间全面的。显然,这一切都是通过公司内部开发的创新技术实现的。
台积电表示,自 2019 年以来,其 EUV 系统的日晶圆产能已提高两倍。为此,该公司优化了 EUV 曝光剂量及其使用的光刻胶。此外,台积电大幅改进了 EUV 光罩的薄膜,使其寿命提高了四倍(即增加了正常运行时间),将每个薄膜的产量提高了 4.5 倍,并将缺陷率大幅降低了 80 倍(即提高了生产率并增加了正常运行时间)。出于显而易见的原因,台积电没有透露它是如何如此显着地改进其薄膜技术的,但也许随着时间的推移,该公司的工程师将与学术界分享这一点。
EUV 光刻系统也因其功耗而臭名昭著。因此,除了提高 EUV 工具的生产效率外,该公司还通过未公开的“创新节能技术”,将 EUV 光刻机的功耗降低了 24%。该公司还没有就此结束:他们计划到 2030 年将每个 EUV 工具每个晶圆的能源效率提高 1.5 倍。
考虑到台积电目前已通过低数值孔径 EUV 光刻技术实现的所有改进,该公司对未来能够继续生产尖端芯片充满信心也就不足为奇了。尽管竞争对手英特尔已在其未来的 18A 以下节点中全力采用高数值孔径 EUV,但台积电正在寻求利用其高度优化且经过时间考验的低数值孔径 EUV 工具,以避免主要技术的潜在陷阱如此快的过渡,同时还获得了使用成熟工具的成本效益。