EUV光刻机面临下一个挑战

来源：爱集微  时间：2024-11-04

极紫外（EUV）光刻技术的推出可能会受到该技术不断增加的功耗要求的影响。

EUV是最新芯片制造工艺技术的关键技术，欧洲通过荷兰ASML和比利时微电子研究中心imec一直处于这一技术的核心地位。

下一代高数值孔径（High NA）EUV技术的开发复杂且成本高昂，一套设备价值3.5亿美元（约合人民币25亿元）。美国政府近期宣布在纽约州奥尔巴尼建立一个价值10亿美元的中心来进一步开发该技术。

虽然EUV研发中心的资金主要用于主权供应链的《芯片法案》，但它需要关注技术的功耗和可持续性。

EUV技术已经进行了很长时间的开发，得益于ASML于2013年收购美国Cymer EUV光源制造商。该技术还经历了2010年的延迟、2015年围绕7nm技术争论以及2018年的一场火灾，这凸显了面临的种种挑战。

英特尔表示，作为产能扩张的一部分，该公司已完成EUV的生产部署，并将在五年内完成四个工艺节点。该公司已在俄勒冈州的开发工厂安装High NA EUV光刻机。

英特尔CEO帕特·基辛格（Pat Gelsigner）表示：“我们现在凭借‘领先’战略，可以快速响应市场需求。随着我们向EUV的过渡现已完成，Intel 18A（1.8nm）即将推出，我们在Intel 14A（1.4nm）及以后的节点开发节奏更加正常。此外，我们的团队正疯狂地专注于提高工厂生产力，使我们能够随着时间的推移以更少的成本生产出更多产品。”

这包括2022年在爱尔兰莱克斯利普的工厂安装EUV设备。然而，该设备在工厂中需要更多的空间，尤其是高度，因此往往在新建筑中使用。

据报道，另一套High NA EUV系统正在台积电安装，该公司也在研究1.8nm和1.6nm工艺技术。

目前的低数值孔径（Low NA）EUV设备需要高达1170千瓦功耗，而每台High NA EUV系统需要高达1400千瓦的功耗（足以为一个小城市供电），是半导体晶圆厂中能耗最高的机器。随着配备EUV的晶圆厂数量不断增加，电力需求也将激增，对电力基础设施和可持续性构成挑战。

TechInsights研究机构目前正在追踪31家使用EUV光刻技术的晶圆厂，以及到2030年底将实施EUV的另外28家晶圆厂。这将使运行中的EUV光刻系统数量增加一倍以上——仅EUV系统每年就需要超过6100吉瓦的功耗。

该技术使CMOS工艺技术中的几何尺寸更小，从而可以制造出更小、更强大的芯片，而这些芯片对于人工智能（AI）、HPC（高性能计算）和自动驾驶至关重要。然而，TechInsights报告指出，这需要付出巨大的代价：能源消耗。

虽然EUV设备是半导体晶圆厂中最耗能的组件，但它们仅占总电力消耗的11%左右。其他工艺工具、设施设备和HVAC系统也对整体能源足迹贡献巨大。

到2030年，59座采用EUV设备的领先半导体生产设施每年消耗54000吉瓦的电力，超过新加坡、希腊或罗马尼亚每年消耗的电力，是美国拉斯维加斯大道年消耗电力的19倍以上。每座设施每年平均将消耗915吉瓦电力，与最先进的数据中心的电力消耗相当。这凸显了对可持续能源解决方案的迫切需求，以支持半导体行业日益增长的需求。

虽然有超过500家公司生产半导体，但只有少数公司拥有支持EUV光刻系统的手段、需求和技能，这对特定区域的能源网有影响。在大批量生产中使用EUV系统的晶圆厂包括台积电（中国台湾、美国亚利桑那州）和美光（中国台湾、日本、美国爱达荷州、纽约州）、英特尔（美国亚利桑那州、俄亥俄州和俄勒冈州）、三星（韩国、美国得克萨斯州）、SK海力士（韩国）。

TechInsights高级可持续发展分析师Lara Chamness表示，为了确保可持续的未来，该行业需要投资节能技术、探索可再生能源并与政策制定者合作应对电力基础设施的挑战。