芯片制造三巨頭的次世代光刻技術(shù)戰(zhàn)略對比分析

臺積電與Globalfoundries是一對芯片代工行業(yè)的死對頭，不過他們對付彼此的戰(zhàn)略手段則各有不同。舉例而言，在提供的產(chǎn)品方 面，Globalfoundries在28nm制程僅提供HKMG工藝的代工服務(wù)（至少從對外公布的路線圖上看是這樣），而相比之下，臺積電的28nm制 程則有HKMG和傳統(tǒng)的多晶硅柵+SION絕緣層兩種工藝可供用戶選擇。另外，兩者對待450mm技術(shù)的態(tài)度也不相同，臺積電是450mm的積極推進(jìn)者， 而Globalfoundries及其IBM制造技術(shù)聯(lián)盟的伙伴們則對這項(xiàng)技術(shù)鮮有公開表態(tài)。不過我們今天分析討論的重點(diǎn)則是其次世代光刻技術(shù)方面的戰(zhàn)略異同。


資料圖片：Mapper lithographics公司的E-beam tool

三家公司光刻技術(shù)策略的異同對比：

Globalfoundries，臺積電以及Intel三家在光刻技術(shù)方面的策略各有不同。其中臺積電一直對無掩模的電子束直寫技術(shù)最為熱衷，但是他們最近對EUV技術(shù)的態(tài)度忽然變得熱烈起來。而Intel則對EUV技術(shù)十分看重，將其視為下一代光刻技術(shù)的首選(Intel的EUV投入量產(chǎn)時間點(diǎn)大概也定在2015年左右，而具體對應(yīng)的制程節(jié)點(diǎn)則可能會在10nm及更高等級，原因請參考我們的這篇文章），當(dāng)然兩家公司對電子束直寫以及EUV也均有投入研究力量，但是側(cè)重點(diǎn)則有所不同而已。相比之下，Globalfoundries則與臺積電對比鮮明，他們對EUV技術(shù)顯得非常熱衷，不過他們對電子束直寫的態(tài)度最近開始變得熱烈起來。

傳統(tǒng)的光刻技術(shù)領(lǐng)域，臺積電主要使用ASML生產(chǎn)的光刻機(jī)，而Globalfoundries則腳踩ASML/尼康兩只船。自從45nm節(jié)點(diǎn)起，Globalfoundries便一直在使用193nm液浸式光刻機(jī)，他們認(rèn)為193nm液浸式光刻技術(shù)至少可以沿用到20nm節(jié)點(diǎn)。相比之下Intel則32nm節(jié)點(diǎn)起才開始使用193nm液浸式光刻機(jī)，此前使用的是193nm干式光刻技術(shù)，Intel曾經(jīng)表示過準(zhǔn)備把193nm液浸式光刻技術(shù)沿用到10nm節(jié)點(diǎn)。

Globalfoundries的次世代光刻技術(shù)攻略詳述：20nm節(jié)點(diǎn)兩種光刻技術(shù)可選？？

GlobalfoundriesEUV技術(shù)的熱衷程度與臺積電形成了鮮明的對比。去年Globalfoundries跳過ASML的預(yù)產(chǎn)型EUV光刻機(jī)，直接訂購了ASML的量產(chǎn)型EUV設(shè)備。據(jù)Globalfoundries高管Harry Levinson介紹，他們計(jì)劃在20nm節(jié)點(diǎn)為用戶提供分別采用兩種不同光刻技術(shù)的選擇。

第一個選擇是使用193nm液浸式光刻+雙重成像技術(shù)（以下簡稱193i+DP）制造的20nm制程產(chǎn)品，另外一個選擇則是使用EUV光刻技術(shù)制造的20nm制程產(chǎn)品。

據(jù)Harry Levinson表示，理論上講，193i+DP的光刻速度相對較慢，成本也相對較高，不過EUV光刻技術(shù)則急需解決曝光功率，掩模方面的問題。

Globalfoundries的計(jì)劃是2012年安裝自己從ASML訂購的量產(chǎn)型EUV光刻機(jī)，并于2014-2015年開始將EUV光刻技術(shù)投入量產(chǎn)。不過按照計(jì)劃，Globalfoundries會在2013年推出基于22/20nm制程的芯片產(chǎn)品。這樣推斷下來，至少在Globalfoundries將EUV光刻機(jī)投入量產(chǎn)的2014年前，他們的20nm制程產(chǎn)品只能使用193i+DP技術(shù)來制造。

不過Levinson并沒有透露20nm節(jié)點(diǎn)之后Globalfoundrie在量產(chǎn)用光刻技術(shù)的布局計(jì)劃，但令人稍感意外的是，他們最近似乎開始熱衷于研究電子束直寫等無掩模型的光刻技術(shù)。對小尺寸晶圓以及ASIC即專用集成電路器件而言，無掩模技術(shù)顯得更適合作為下一代光刻技術(shù)使用。

臺積電的次世代光刻技術(shù)攻略詳述：16nm節(jié)點(diǎn)還是未知數(shù)

與Globalfoundrie類似，臺積電也在40nm節(jié)點(diǎn)開始使用193i光刻技術(shù)，臺積電計(jì)劃將這種技術(shù)沿用到28/20nm節(jié)點(diǎn)，至于16nm節(jié)點(diǎn)，臺積電則表示還在評估193i+DP，EUV以及無掩模光刻這三種技術(shù)的優(yōu)劣。
臺積電過去對EUV技術(shù)的熱乎勁一直不是很高，但是最近由于在無掩模光刻技術(shù)的研發(fā)上遇到一些困難，因此他們似乎又開始重視這種技術(shù)。臺積電納米成像部的副總裁林本堅(jiān)表示：“臺積電16nm制程節(jié)點(diǎn)會是EUV或者無掩模光刻技術(shù)的二選一。而最終哪項(xiàng)技術(shù)會勝出則取決于其‘可行性’?！?br>
臺積電不準(zhǔn)備腳踏兩只船，同時走EUV和無掩模技術(shù)兩條路。他們曾一度大力支持無掩模技術(shù)的發(fā)展，并曾積極投資無掩模技術(shù)的設(shè)備廠商 Mapper Lithography，后者還曾在臺積電的研究設(shè)施中安裝了一臺5KeV功率的110-beam電子束光刻設(shè)備，并使用這臺機(jī)器成功造出了20nm制程級別的芯片。不過這臺機(jī)器仍為“Alpha”試驗(yàn)型產(chǎn)品，不適合做量產(chǎn)使用。

但臺積電最近在光刻戰(zhàn)略上有了較大的轉(zhuǎn)變，他們最近從ASML那里訂購了一臺試產(chǎn)型NXE:3100 EUV光刻機(jī),這臺光刻機(jī)將在今年早些時候安裝到臺積電的工廠中， 林本堅(jiān)為此表示：“EUV技術(shù)的研發(fā)資金投入狀況更好一些，不過我們擔(dān)心研發(fā)成本問題?！?br>
另外，臺積電也對EUV在曝光功率方面的問題表示擔(dān)憂。當(dāng)然無掩模電子束光刻技術(shù)也碰上不少問題，比如如何解決數(shù)據(jù)量，產(chǎn)出量問題等。有人認(rèn)為Mapper公司可能還需要再湊足3一美元左右的資金才可以開發(fā)出一臺量產(chǎn)型的電子束直寫設(shè)備。

那么臺積電在16nm節(jié)點(diǎn)究竟會采用哪一種次世代光刻技術(shù)呢？這個問題目前還得不出明確的答案。不過如果從各項(xiàng)技術(shù)所獲得的資源支持來看，EUV獲選的可能性似乎是最大的。林本堅(jiān)表示：“這就像是一場龜兔賽跑，而富有的一方則是那只兔子。”他還表示：“我們已經(jīng)開始關(guān)注這個問題?！蓖瑫r他還不無諷刺地表示，雖然市面上有許多研發(fā)無掩模光刻技術(shù)的廠商，但Globalfoundries目前還沒有找到能夠符合其要求的解決方案。