芯片制造三巨頭的次世代光刻技術戰(zhàn)略對比分析
[導讀]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，在提供的產品方面，Globalfoundries在28nm制程僅提供HKMG工藝的代工服務（至少從對外公布的路線圖上看是這樣
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，在提供的產品方面，Globalfoundries在28nm制程僅提供HKMG工藝的代工服務（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技術的態(tài)度也不相同，臺積電是450mm的積極推進者，而Globalfoundries及其IBM制造技術聯盟的伙伴們則對這項技術鮮有公開表態(tài)。不過我們今天分析討論的重點則是其次世代光刻技術方面的戰(zhàn)略異同。
三家公司光刻技術策略的異同對比：
Globalfoundries，臺積電以及Intel三家在光刻技術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最為熱衷，但是他們最近對EUV技術的態(tài)度忽然變得熱烈起來。而Intel則對EUV技術十分看重，將其視為下一代光刻技術的首選(Intel的EUV投入量產時間點大概也定在2015年左右，而具體對應的制程節(jié)點則可能會在10nm及更高等級，原因請參考我們的這篇文章），當然兩家公司對電子束直寫以及EUV也均有投入研究力量，但是側重點則有所不同而已。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)的光刻技術領域，臺積電主要使用ASML生產的光刻機，而Globalfoundries則腳踩ASML/尼康兩只船。自從45nm節(jié)點起，Globalfoundries便一直在使用193nm液浸式光刻機，他們認為193nm液浸式光刻技術至少可以沿用到20nm節(jié)點。相比之下Intel則32nm節(jié)點起才開始使用193nm液浸式光刻機，此前使用的是193nm干式光刻技術，Intel曾經表示過準備把193nm液浸式光刻技術沿用到10nm節(jié)點。
Globalfoundries的次世代光刻技術攻略詳述：20nm節(jié)點兩種光刻技術可選？？
GlobalfoundriesEUV技術的熱衷程度與臺積電形成了鮮明的對比。去年Globalfoundries跳過ASML的預產型EUV光刻機，直接訂購了ASML的量產型EUV設備。據Globalfoundries高管HarryLevinson介紹，他們計劃在20nm節(jié)點為用戶提供分別采用兩種不同光刻技術的選擇。
第一個選擇是使用193nm液浸式光刻+雙重成像技術（以下簡稱193i+DP）制造的20nm制程產品，另外一個選擇則是使用EUV光刻技術制造的20nm制程產品。
據HarryLevinson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光刻技術則急需解決曝光功率，掩模方面的問題。
Globalfoundries的計劃是2012年安裝自己從ASML訂購的量產型EUV光刻機，并于2014-2015年開始將EUV光刻技術投入量產。不過按照計劃，Globalfoundries會在2013年推出基于22/20nm制程的芯片產品。這樣推斷下來，至少在Globalfoundries將EUV光刻機投入量產的2014年前，他們的20nm制程產品只能使用193i+DP技術來制造。
不過Levinson并沒有透露20nm節(jié)點之后Globalfoundrie在量產用光刻技術的布局計劃，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。對小尺寸晶圓以及ASIC即專用集成電路器件而言，無掩模技術顯得更適合作為下一代光刻技術使用。
臺積電的次世代光刻技術攻略詳述：16nm節(jié)點還是未知數
與Globalfoundrie類似，臺積電也在40nm節(jié)點開始使用193i光刻技術，臺積電計劃將這種技術沿用到28/20nm節(jié)點，至于16nm節(jié)點，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的優(yōu)劣。
臺積電過去對EUV技術的熱乎勁一直不是很高，但是最近由于在無掩模光刻技術的研發(fā)上遇到一些困難，因此他們似乎又開始重視這種技術。臺積電納米成像部的副總裁林本堅表示：“臺積電16nm制程節(jié)點會是EUV或者無掩模光刻技術的二選一。而最終哪項技術會勝出則取決于其‘可行性’?！?BR>
臺積電不準備腳踏兩只船，同時走EUV和無掩模技術兩條路。他們曾一度大力支持無掩模技術的發(fā)展，并曾積極投資無掩模技術的設備廠商MapperLithography，后者還曾在臺積電的研究設施中安裝了一臺5KeV功率的110-beam電子束光刻設備，并使用這臺機器成功造出了20nm制程級別的芯片。不過這臺機器仍為“Alpha”試驗型產品，不適合做量產使用。
但臺積電最近在光刻戰(zhàn)略上有了較大的轉變，他們最近從ASML那里訂購了一臺試產型NXE:3100EUV光刻機,這臺光刻機將在今年早些時候安裝到臺積電的工廠中，林本堅為此表示：“EUV技術的研發(fā)資金投入狀況更好一些，不過我們擔心研發(fā)成本問題。”
另外，臺積電也對EUV在曝光功率方面的問題表示擔憂。當然無掩模電子束光刻技術也碰上不少問題，比如如何解決數據量，產出量問題等。有人認為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)出一臺量產型的電子束直寫設備。
那么臺積電在16nm節(jié)點究竟會采用哪一種次世代光刻技術呢？這個問題目前還得不出明確的答案。不過如果從各項技術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：“我們已經開始關注這個問題。”同時他還不無諷刺地表示，雖然市面上有許多研發(fā)無掩模光刻技術的廠商，但Globalfoundries目前還沒有找到能夠符合其要求的解決方案。
三家公司光刻技術策略的異同對比：
Globalfoundries，臺積電以及Intel三家在光刻技術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最為熱衷，但是他們最近對EUV技術的態(tài)度忽然變得熱烈起來。而Intel則對EUV技術十分看重，將其視為下一代光刻技術的首選(Intel的EUV投入量產時間點大概也定在2015年左右，而具體對應的制程節(jié)點則可能會在10nm及更高等級，原因請參考我們的這篇文章），當然兩家公司對電子束直寫以及EUV也均有投入研究力量，但是側重點則有所不同而已。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)的光刻技術領域，臺積電主要使用ASML生產的光刻機，而Globalfoundries則腳踩ASML/尼康兩只船。自從45nm節(jié)點起，Globalfoundries便一直在使用193nm液浸式光刻機，他們認為193nm液浸式光刻技術至少可以沿用到20nm節(jié)點。相比之下Intel則32nm節(jié)點起才開始使用193nm液浸式光刻機，此前使用的是193nm干式光刻技術，Intel曾經表示過準備把193nm液浸式光刻技術沿用到10nm節(jié)點。
Globalfoundries的次世代光刻技術攻略詳述：20nm節(jié)點兩種光刻技術可選？？
GlobalfoundriesEUV技術的熱衷程度與臺積電形成了鮮明的對比。去年Globalfoundries跳過ASML的預產型EUV光刻機，直接訂購了ASML的量產型EUV設備。據Globalfoundries高管HarryLevinson介紹，他們計劃在20nm節(jié)點為用戶提供分別采用兩種不同光刻技術的選擇。
第一個選擇是使用193nm液浸式光刻+雙重成像技術（以下簡稱193i+DP）制造的20nm制程產品，另外一個選擇則是使用EUV光刻技術制造的20nm制程產品。
據HarryLevinson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光刻技術則急需解決曝光功率，掩模方面的問題。
Globalfoundries的計劃是2012年安裝自己從ASML訂購的量產型EUV光刻機，并于2014-2015年開始將EUV光刻技術投入量產。不過按照計劃，Globalfoundries會在2013年推出基于22/20nm制程的芯片產品。這樣推斷下來，至少在Globalfoundries將EUV光刻機投入量產的2014年前，他們的20nm制程產品只能使用193i+DP技術來制造。
不過Levinson并沒有透露20nm節(jié)點之后Globalfoundrie在量產用光刻技術的布局計劃，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。對小尺寸晶圓以及ASIC即專用集成電路器件而言，無掩模技術顯得更適合作為下一代光刻技術使用。
臺積電的次世代光刻技術攻略詳述：16nm節(jié)點還是未知數
與Globalfoundrie類似，臺積電也在40nm節(jié)點開始使用193i光刻技術，臺積電計劃將這種技術沿用到28/20nm節(jié)點，至于16nm節(jié)點，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的優(yōu)劣。
臺積電過去對EUV技術的熱乎勁一直不是很高，但是最近由于在無掩模光刻技術的研發(fā)上遇到一些困難，因此他們似乎又開始重視這種技術。臺積電納米成像部的副總裁林本堅表示：“臺積電16nm制程節(jié)點會是EUV或者無掩模光刻技術的二選一。而最終哪項技術會勝出則取決于其‘可行性’?！?BR>
臺積電不準備腳踏兩只船，同時走EUV和無掩模技術兩條路。他們曾一度大力支持無掩模技術的發(fā)展，并曾積極投資無掩模技術的設備廠商MapperLithography，后者還曾在臺積電的研究設施中安裝了一臺5KeV功率的110-beam電子束光刻設備，并使用這臺機器成功造出了20nm制程級別的芯片。不過這臺機器仍為“Alpha”試驗型產品，不適合做量產使用。
但臺積電最近在光刻戰(zhàn)略上有了較大的轉變，他們最近從ASML那里訂購了一臺試產型NXE:3100EUV光刻機,這臺光刻機將在今年早些時候安裝到臺積電的工廠中，林本堅為此表示：“EUV技術的研發(fā)資金投入狀況更好一些，不過我們擔心研發(fā)成本問題。”
另外，臺積電也對EUV在曝光功率方面的問題表示擔憂。當然無掩模電子束光刻技術也碰上不少問題，比如如何解決數據量，產出量問題等。有人認為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)出一臺量產型的電子束直寫設備。
那么臺積電在16nm節(jié)點究竟會采用哪一種次世代光刻技術呢？這個問題目前還得不出明確的答案。不過如果從各項技術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：“我們已經開始關注這個問題。”同時他還不無諷刺地表示，雖然市面上有許多研發(fā)無掩模光刻技術的廠商，但Globalfoundries目前還沒有找到能夠符合其要求的解決方案。
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