台积电的EUV成功之路

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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——这个头衔属于三星——但他们确实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,使台积电能够改进他们使用EUV光刻机的方式,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他们的EUV使用历史,以及他们进一步将EUV集成到未来工艺节点中的进展。

台积电于2019年开始在其N7+工艺(用于华为的海思)上使用EUV光刻技术制造芯片时,它拥有全球42%的EUV光刻机安装量,即使ASML在2020年增加了EUV光刻机的出货量,台积电在EUV安装中的份额实际上增加到了50%。展望 2024 年,台积电的 EUV 光刻系统数量比 2019 年增长了 10 倍,尽管三星和英特尔正在增加自己的 EUV 数量,但台积电现在占全球 EUV 安装量的 56%。可以说,台积电很早就决定在EUV上大力发展,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硅片产量增长了更大的倍数;台积电现在生产的EUV晶圆数量是2019年的30倍。与仅增加 10 倍的光刻机相比,台积电的产量增长了 30 倍,这突显了台积电如何能够提高其 EUV 生产率、缩短维修时间和减少整体工具停机时间。显然,这一切都是利用公司内部开发的创新完成的。

台积电表示,自 2019 年以来,其 EUV 系统的晶圆/日产量已成功提高了两倍。为此,该公司优化了EUV曝光剂量及其使用的光刻胶。此外,台积电还大幅改进了EUV光罩的薄片,使EUV光罩的使用寿命延长了4倍(即延长了正常运行时间),使每个薄片的产量提高了4.5倍,缺陷率大幅降低了80倍(即提高了生产率并延长了正常运行时间)。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。

超紫外光刻系统的耗电量也是出了名的大。因此,除了提高 EUV 工具的生产率外,该公司还通过未公开的 “创新节能技术”,成功地将其 EUV 光刻机的功耗降低了 24%。此外,台积电还计划在 2030 年前将每个 EUV 工具的单位晶圆能效提高 1.5 倍。

考虑到台积电目前通过低数值孔径EUV光刻技术实现的所有改进,台积电对未来能够继续生产尖端芯片充满信心也就不足为奇了。虽然竞争对手英特尔已经全力以赴地为其未来的 sub-18A 节点开发高数值孔径 EUV,但台积电正在寻求利用其高度优化和经过时间考验的低数值孔径 EUV 工具,避免如此快地进行重大技术过渡的潜在陷阱,同时也获得了使用成熟工具的成本效益。