(原标题:EUV光刻耗电,被妖魔化了?)
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根据台积电最新的永续报告书显示,台积电去年能源总消耗量为224亿度,较前年的192亿度增加16.66%,达历年新高,其中,电力占达188.9亿度、年增15%,再创新高,并达能源总消耗量的84.3%,再生能源电力约占21.9亿度、仅9.7%。
其中,先进制程所采用的EUV成为耗电大户,针对这一点,ASML联系媒体做了澄清,「我们不是吃电怪兽。」
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三理由还EUV清白
ASML提供的资料与后继访谈,大致可以归纳出三个理由。
第一,台积电用电暴增不能全怪EUV。
台电预测今年半导体业新增用电为640MW(百万瓦),主要来自台积新增产能。其中有多少来自EUV?
业界指出,为了即将量产的2纳米制程,台积今、明两年合计进货70台EUV。一台最新规格的EUV耗电1.2MW,即便70台都在今年上阵,也仅相当于今年新增用电的13%。
「大家错怪了EUV,」曾任职联发科、元太的资深科技人李政锋说。他认为EUV机台外接水冷系统、高洁净度无尘室的维持,也可能是台积先进制程更耗电的原因。
他正主导一个以美国麻省理工学院台湾校友为主的「Power Taiwan」计划,为台湾用电困境提出建议。
第二,不用EUV,用电依旧会增加。
根据ASML提供的资料,目前的EUV机种,耗电是传统浸润式微影机台的7倍。但真的投入生产,两者差距就没这么大。怎么说?
因为传统机台已难因应7纳米以下的先进制程。若坚持不用EUV(或像中国企业一样买不到),硬要做,就得用多重曝光方式,将一个图案分拆成3次甚至4次制作,以减少光学绕射干扰。一般认为中国大陆的7纳米芯片,就是用这克难方式做出。
如此一来,曝光次数就会大增,用电量也随之倍增。因此整个制程结算起来,EUV与传统微影的总耗电差距,可能剩下2、3倍。解析度更高的次世代高数值孔径(High NA)EUV,未来也将发挥类似作用。
负责该产品的ASML副总裁史东斯(Greet Storms)便表示,预计到2028年High NA机种上阵后,可降低复杂度,一片晶圆可省下200度的电。因此即便每台定价是高不可攀的上百亿台币,也是「划算的方案」。
资料显示,“24天津65”全称2024年天津市地方政府再融资一般债券(十一期),于2024年8月1日发行,实际发行面额119.99亿元,票面利率1.98%,每12个月付息一次,债券到期日为2029年8月2日。
资料显示,“23山西债39”全称2023年山西省政府一般债券(六期),于2023年9月8日发行,实际发行面额5.83亿元,票面利率2.64%,每12个月付息一次,债券到期日为2026年9月14日。
第三个理由,EUV被妖魔化了。
ASML在2023年底的IEDM研讨会发表论文,首度揭露EUV的能耗细节,告诉大家EUV的确是最耗电的制程技术,但似乎没有大家想象的那么夸张。
该公司计算出整个产业制作出一片晶圆的平均耗电,在2023年达到超过800度电,这数字约是10年前的2倍。其中微影(主要是EUV)就吃了近300度,大约占三分之一强。而蚀刻、平坦化(CMP)以及也很耗电的离子植入等制程,仍占另外的三分之二用电。
这数字令人惊讶,「这跟一般认知不大一样,」一位前应材高阶主管看了之后表示。
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业界为何戒慎恐惧?
若从另一角度来看,较能理解为何业界对于EUV如此戒慎恐惧。
它虽然「只占」三分之一,但过去微影制程的耗电基本上微不足道,直到业界在2019年进入7纳米制程,台积、三星开始导入EUV,整个制程形同在短短几年内增加三分之一用电。
微影制程,指的是以特殊光线对涂在晶圆上的光阻剂「曝光」。为什么当光源从传统波长193纳米的氟化氩雷射,换成波长13.5纳米的极紫外光时,做同样事,能耗却暴增?
该篇论文剖析原因,传统微影制程,是将雷射光经过一连串的玻璃透镜折射到晶圆上。但EUV因为波长太短,会被玻璃完全吸收,只能改用反射镜。
ASML供应商蔡司开发出以100层钼与硅交替叠出的超光滑反射镜,每层都只有几纳米厚。
其实,EUV机台运作过程,简直像一部科幻电影。EUV光束的产生,来自雷射以每秒5万次频率,精确轰击无数颗极细微的液态锡滴,锡滴气化时生成EUV光线,透过一个直径65公分的椭圆镜反射,送进微影机台。
接下来有个棘手问题,气化的锡会沉积在反射镜上,让整个系统无法运作。解决方法也很科幻——在椭圆镜周边注入大量氢气,氢原子会与锡原子结合,变成气态的氢化锡,就不会在镜子上沉积。
光是这过程就占了整个系统20%的能耗。
看到这里不免感叹,EUV的确处处挑战当代科技极限,也出现高能耗的后遗症。人们惊叹其工艺之余,也放大对其耗电的恐惧。让「吃电」的EUV,成了「吃电怪兽」。
https://www.nytimes.com/2024/10/01/us/politics/biden-semiconductor-environmental-review.html
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