臺積電2納米先進制程產能將于2025年量產,設備廠正如火如荼交機,尤以先進制程所用之EUV(極紫外光曝光機)至為關鍵,今明兩年共將交付超過60臺EUV,總投資金額上看超過4,000億元。在產能持續擴充之下,ASML在2025年交付數量成長將超過3成。
設備業者透露,EUV機臺供應吃緊,交期長達16至20個月,因此2024年訂單大部分會于后年開始交付;據法人估計,今年臺積電EUV訂單達30臺、明年35臺,不過會因為資本支出進行微幅調整。而除了研發中心之外,High-NA EUV明后年尚無量產設備規劃。
ASML因應客戶需求,于去年規劃新產能,明年交付數量成長性明確。今年預估總交付數量達53臺,而明年預計達到72臺以上。
供應鏈指出,ASML對2025年度產能規劃,EUV 90臺、DUV 600臺、High-NA EUV 20臺目標并未改變,今年11月14將舉行2024 Investor Day,將對下個五年提出最新藍圖。
臺積電先進制程產能逐漸開出,以3納米臺南廠來說,第三季將進入量產,明年P8廠也會有EUV機臺陸續導入,新竹寶山2納米在接續三年EUV拉貨動能強勁、高雄2納米也同步進行。
供應鏈同時透露,臺積美國P1A工程追加款項有望第三季到位,且該廠區已進入建設尾聲,加上臺積在國內外其余廠區建設需求,如新竹寶山、日本熊本、高雄楠梓及封測廠等、CSP資料中心建置需求,設備需求不看淡。
臺積電EUV經驗豐富,力壓對手
盡管臺積電不是第一家使用極紫外線(EUV) 微影的晶圓廠,第一頭銜為韓國三星拿下,但可確定臺積電仍是全世界EUV 用量最大代工廠。臺積電多年來累積豐富EUV 經驗,改善EUV 工具,提高效率與產能,并降低成本。臺積電年度技術論壇歐洲場詳細說明。
外媒報導,臺積電2019 年開始N7+ 制程改用EUV 生產,當時臺積電的EUV 設備占全球市場42%。即使ASML 2020 年增加EUV 出貨量,臺積電的EUV 還占全球50%。今年臺積電EUV 比2019 年增加十倍,雖三星和英特爾都在提高EUV 產能,但臺積電仍占全球EUV 總數56%。可說臺積電很早就決定大規模使用EUV。
臺積電EUV 生產晶圓量增幅,比EUV 擁有數更大,臺積電以EUV 生產晶圓量是2019 年30 倍。顯然都透過臺積電開發的創新技術。
臺積電2019 年以來,透過EUV 生產晶圓產能提高兩倍,還大幅改善EUV 光罩,壽命提高四倍,光罩產量提高4.5 倍,并缺陷率大幅降低80 倍。雖EUV 耗電量驚人,但臺積電設計未公開節能技術,將EUV 功耗降低24%。臺積電還計劃2030 年每套EUV 每片晶圓生產能效提高1.5 倍。
考慮到臺積電已用標準型EUV 達成所有制程改進,有信心繼續生產尖端晶片。盡管對手英特爾Intel 18A 以下節點全力采用Hgih NA EUV,反觀臺積電,經過時間考驗的標準型EUV 推動先進制程發展,避免陷入過快轉換制程的成本陷阱,同時也獲成熟技術效益。
1nm 才會采用High NA EUV
在芯片制造機器領域,荷蘭的 ASML 占據主導地位,生產最先進的機器。就像代工廠隨著時間的推移轉向更小的節點一樣,ASML 也制造了具有更先進技術的新機器,臺積電和英特爾等公司需要購買這些機器才能保持領先地位。最先進的機器是高數值孔徑 (高 NA) EUV 機器,英特爾已經宣布將購買這些機器。盡管人們可能預計臺積電也會加入這趟列車,但新報告表明,它計劃等到 1nm 工藝到來后再這樣做,預計 1nm 工藝將在 2030 年左右問世。
有關臺積電計劃的報道來自多個來源,最新的是《電子時報》。該出版物報道稱,根據“晶圓廠工具制造商”的消息來源,臺積電預計不會在其即將推出的 2nm 和 1.4nm 節點上使用High NA 機器,這兩個節點預計將在 2025 年和 2027 年左右推出。相反,它將等到 1nm,這可能在大約六年后出現,這使得臺積電在采用最新芯片制造技術時落后其競爭對手幾年。
這家全球最大半導體工廠的延遲令人十分好奇,據Tom's Hardware 稱,這可能與成本有關。這些機器價格高得離譜,類似于《WarGames》中的 WOPR 等房間大小的計算機,因此購買和安裝它們是一項艱巨的任務。此前,分析師還表示,考慮到成本,采用High NA 機器在財務上沒有什么意義——據報道,每臺機器的成本是現有Low NA 機器的兩倍,為 3 億至 4 億美元——但 ASML 斷然否認了這一說法。Tom's Hardware指出,ASML 高管指責分析師低估了改用高 NA 機器的好處。
選擇Low NA 還是High NA 的關鍵在于,人們爭論制作掩模版是一次曝光還是多次曝光。Low NA 機器需要多次曝光,這會增加出現缺陷的幾率,從而降低產量。High NA 機器只需一次曝光即可完成,從而降低了復雜性和出現錯誤的幾率,同時還節省了制造過程的時間。正如 Tom 所說,現有的 13nm 機器兩次曝光就能制作出與High NA 8nm 機器一次曝光相同的掩模版。現在升級并不是保持領先地位的必要條件,這就是為什么像臺積電這樣的公司可能想要等待一段時間。
盡管采用這項技術涉及無數因素,但英特爾和 ASML 于 2022 年宣布將合作開發高 NA 機器,預計這些機器將于 2025 年投入使用。英特爾預計將在英特爾 18A 之后的節點上開始使用這些機器,這可能是 1.4nm 工藝,但英特爾尚未正式透露這一點。不過,該公司將于 2 月 21 日舉辦代工廠活動,預計將在活動中擴展其工藝路線圖,因此我們很快就會知道英特爾的發展方向。
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