芯片制造三巨头的次世代光刻技术战略对比分析

台积电与Globalfoundries是一对芯片代工行业的死对头，不过他们对付彼此的战略手段则各有不同。举例而言，在提供的产品方 面，Globalfoundries在28nm制程仅提供HKMG工艺的代工服务（至少从对外公布的路线图上看是这样），而相比之下，台积电的28nm制 程则有HKMG和传统的多晶硅栅+SION绝缘层两种工艺可供用户选择。另外，两者对待450mm技术的态度也不相同，台积电是450mm的积极推进者， 而Globalfoundries及其IBM制造技术联盟的伙伴们则对这项技术鲜有公开表态。不过我们今天分析讨论的重点则是其次世代光刻技术方面的战略异同。


资料图片：Mapper lithographics公司的E-beam tool

三家公司光刻技术策略的异同对比：

Globalfoundries，台积电以及Intel三家在光刻技术方面的策略各有不同。其中台积电一直对无掩模的电子束直写技术最为热衷，但是他们最近对EUV技术的态度忽然变得热烈起来。而Intel则对EUV技术十分看重，将其视为下一代光刻技术的首选(Intel的EUV投入量产时间点大概也定在2015年左右，而具体对应的制程节点则可能会在10nm及更高等级，原因请参考我们的这篇文章），当然两家公司对电子束直写以及EUV也均有投入研究力量，但是侧重点则有所不同而已。相比之下，Globalfoundries则与台积电对比鲜明，他们对EUV技术显得非常热衷，不过他们对电子束直写的态度最近开始变得热烈起来。

传统的光刻技术领域，台积电主要使用ASML生产的光刻机，而Globalfoundries则脚踩ASML/尼康两只船。自从45nm节点起，Globalfoundries便一直在使用193nm液浸式光刻机，他们认为193nm液浸式光刻技术至少可以沿用到20nm节点。相比之下Intel则32nm节点起才开始使用193nm液浸式光刻机，此前使用的是193nm干式光刻技术，Intel曾经表示过准备把193nm液浸式光刻技术沿用到10nm节点。

Globalfoundries的次世代光刻技术攻略详述：20nm节点两种光刻技术可选？？

GlobalfoundriesEUV技术的热衷程度与台积电形成了鲜明的对比。去年Globalfoundries跳过ASML的预产型EUV光刻机，直接订购了ASML的量产型EUV设备。据Globalfoundries高管Harry Levinson介绍，他们计划在20nm节点为用户提供分别采用两种不同光刻技术的选择。

第一个选择是使用193nm液浸式光刻+双重成像技术（以下简称193i+DP）制造的20nm制程产品，另外一个选择则是使用EUV光刻技术制造的20nm制程产品。

据Harry Levinson表示，理论上讲，193i+DP的光刻速度相对较慢，成本也相对较高，不过EUV光刻技术则急需解决曝光功率，掩模方面的问题。

Globalfoundries的计划是2012年安装自己从ASML订购的量产型EUV光刻机，并于2014-2015年开始将EUV光刻技术投入量产。不过按照计划，Globalfoundries会在2013年推出基于22/20nm制程的芯片产品。这样推断下来，至少在Globalfoundries将EUV光刻机投入量产的2014年前，他们的20nm制程产品只能使用193i+DP技术来制造。

不过Levinson并没有透露20nm节点之后Globalfoundrie在量产用光刻技术的布局计划，但令人稍感意外的是，他们最近似乎开始热衷于研究电子束直写等无掩模型的光刻技术。对小尺寸晶圆以及ASIC即专用集成电路器件而言，无掩模技术显得更适合作为下一代光刻技术使用。

台积电的次世代光刻技术攻略详述：16nm节点还是未知数

与Globalfoundrie类似，台积电也在40nm节点开始使用193i光刻技术，台积电计划将这种技术沿用到28/20nm节点，至于16nm节点，台积电则表示还在评估193i+DP，EUV以及无掩模光刻这三种技术的优劣。
台积电过去对EUV技术的热乎劲一直不是很高，但是最近由于在无掩模光刻技术的研发上遇到一些困难，因此他们似乎又开始重视这种技术。台积电纳米成像部的副总裁林本坚表示：“台积电16nm制程节点会是EUV或者无掩模光刻技术的二选一。而最终哪项技术会胜出则取决于其‘可行性’。”

台积电不准备脚踏两只船，同时走EUV和无掩模技术两条路。他们曾一度大力支持无掩模技术的发展，并曾积极投资无掩模技术的设备厂商 Mapper Lithography，后者还曾在台积电的研究设施中安装了一台5KeV功率的110-beam电子束光刻设备，并使用这台机器成功造出了20nm制程级别的芯片。不过这台机器仍为“Alpha”试验型产品，不适合做量产使用。

但台积电最近在光刻战略上有了较大的转变，他们最近从ASML那里订购了一台试产型NXE:3100 EUV光刻机,这台光刻机将在今年早些时候安装到台积电的工厂中， 林本坚为此表示：“EUV技术的研发资金投入状况更好一些，不过我们担心研发成本问题。”

另外，台积电也对EUV在曝光功率方面的问题表示担忧。当然无掩模电子束光刻技术也碰上不少问题，比如如何解决数据量，产出量问题等。有人认为Mapper公司可能还需要再凑足3一美元左右的资金才可以开发出一台量产型的电子束直写设备。

那么台积电在16nm节点究竟会采用哪一种次世代光刻技术呢？这个问题目前还得不出明确的答案。不过如果从各项技术所获得的资源支持来看，EUV获选的可能性似乎是最大的。林本坚表示：“这就像是一场龟兔赛跑，而富有的一方则是那只兔子。”他还表示：“我们已经开始关注这个问题。”同时他还不无讽刺地表示，虽然市面上有许多研发无掩模光刻技术的厂商，但Globalfoundries目前还没有找到能够符合其要求的解决方案。