台积电做了什么筹备来实现EUV的量产呢?

   2021-03-09 工业品商城165
核心提示:在采用了EUV的半导体微缩化方面,台积电(TSMC)全球领先。作为存储半导体的冠军三星电子计划在2030年之前在逻辑半导体的生产方面赶上台积电。但是,从目前的状况来看,ASML无法按照计划为三星提供EUV设备,此外,对于三星已经引进的EUV量产设备,似乎使用的也不是很顺利。结果,导致三星电子与台积电的差距愈来愈大。  在
       在采用了EUV的半导体微缩化方面,台积电(TSMC)全球领先。作为存储半导体的“冠军”——三星电子计划在2030年之前在逻辑半导体的生产方面赶上台积电。但是,从目前的状况来看,ASML无法按照计划为三星提供EUV设备,此外,对于三星已经引进的EUV量产设备,似乎使用的也不是很顺利。结果,导致三星电子与台积电的差距愈来愈大。
   在封装方面,该芯片采用具有双垂直端口的小型SO16封装,易于实现系统集成和检测压力,该MEMS传感器在极高压力情况下仍能保持稳定性。该系列传感器安装方向灵活,且可抵抗各个方向的震动,因此进一步降低了产品的安装和布局。 
  因此,笔者预测,觉察到危机的三星电子的李副会长与ASML的高层会晤,就EUV的供给、已购入的EUV设备的使用,向ASML寻求帮助。
    该系列传感器采用的紧凑型解决方案,替代了传统笨重、昂贵的设备,大大提升了系统的效率,检测精度及可靠性。该方案的产品在电路板安装和系统级自动调零后,可实现在整个补偿温度范围内的测量精度小于1%满量程。其16位分辨率能够解析低至0.0038Pa的压力信号。此外,其预热性能和长期稳定性,也确保了器件在使用寿命周期内实现预期性能。
  在本文中,笔者首先叙述一下当下最尖端的半导体微缩化情况。其次,再说明ASML的EUV设备供给不足的情况。此外,再论述三星电子对EUV设备的使用熟练程度不及台积电。另外,笔者再论述李副会长访问ASML是否有效。最后,笔者指出,在EUV方面,三星电子的优势不及台积电,即使李副会长访问ASML,也很难挽回现状。
      这些超敏感传感器使用傅立叶纳米传感器,在表面上排列的金纳米颗粒的单层结构作为纳米周期结构,其光照导致金属系统中的等离子体激元干扰。这些传感器可以将光波的电场集中在一个超薄的层中,从而在以反射或衍射光线进一步传输之前,以特殊编码的相关性或光波相位之间的比率形式,获得关于其光学性质的信息。 
  台积电是全球微缩化加工技术最先进的厂家,2019年量产了7nm+(将EUV技术应用于孔中),且在2020年已经开始量产将EUV应用于排线层的5纳米。此外,已经完成3纳米的研发,计划在2021年开始风险量产。同时,台积电计划在2024年实现2纳米的量产,如今正在顺利地为之选择设备、材料。如此可以看出,疫情不仅没有对台积电的微缩化造成影响,反而促进了台积电的研发。、
  相比之下,三星电子的情况如何呢?三星电子在2019年7月2日公布说新款Galaxy Note上的处理器——Exynos 9825是用7纳米(采用EUV)制造的。后来,2019年下半年公布6纳米、今年公布5纳米,仅从数字来看,三星电子绝不亚于台积电。
  国家核研究大学MEPHI生物医学工程物理研究所的科学主任安德烈·卡巴辛博士在一份声明中说:“这样的光波场集中、编码和相位信息转换有助于使整体达到前所未有的灵敏度。系统改变了超薄层的光学性质,包括二维材料的原子层和生物传感器表面的生物材料分子层。” 
  笔者这么说的依据是三星电子的EUV技术不及台积电成熟、良率也不及台积电,因此很难说三星电子的EUV批量生产技术很顺利。其证据是三星没有成功获得 NVIDIA的7纳米业务(其图像处理GPU席卷全球)。
       科学家认为,这种超敏反应可以产生一种新的方法来检测广泛应用于医药和食品工业的抗生素氯霉素。检测这种物质对于调节食品中这种化学物质的浓度至关重要,因为它会导致肿瘤疾病和心脏功能紊乱。
  要熟练使用新设备,需要花费相当长的时间。尤其是使用全球最尖端的设备——EUV光刻机设备进行量产半导体产品,直到避免Bug的出现,需要花费的时间极其漫长。
       SMI专有的MEMS压力传感器技术与最先进的信号调理IC集成在一个封装中,实现了较高的输出精度(1%FS)和长期稳定性。据悉,该系列压力传感器的开发,满足了工业、HVAC和医疗应用等领域对可靠性的苛刻要求。   
据介绍,该系列传感器经过完全校准,使用方法非常简单。数字I2C接口可轻松实现系统集成。深度睡眠模式可实现如HVAC无线传感器技术等的新的应用领域。SMI的解决方案集成了高阶噪声滤波,提供了低噪声和极低的EMI敏感度。
  比方说,笔者记得,在九十年代初从事半导体技术员的时候,从水银灯的i线曝光设备切换到KrF 量体(Excited Dimer)激光光源时,花费了5年~6年的时间。也就是说要熟练使用新设备,这些时间是必须的。
   在一项平行的研究中,该研究小组与来自俄罗斯科学院Lebedev物理研究所的俄罗斯科学家一起,想出了一种使用硅纳米粒子进行癌症诊断独特的方法。正如Kabashin博士解释的那样,科学家们很快就会发现“生物成像问题可能是纳米材料最有前途的一种考虑”。  
  此外,历经KrF、ArF干蚀、ArF液浸,2019年迎来了EUV。要熟练使用EUV设备,台积电到底做了什么准备呢?台积电应该没有5年-6年的时间去为EUV的量产做准备,那么,台积电到底做了什么?
   研究表明,与其他方法相比,傅立叶纳米变压器将检测抗生素的几率提高了1000倍。据预测,它们在一系列领域都是有效的,例如,危险疾病的早期诊断、超灵敏的兴奋剂控制、监控食品质量和环境条件。
  汇合多方信息,台积电在2018年,在7~8台EUV设备上每月投入了约6万~8万颗晶圆,边处理Bug问题、边进行量产前的准备。假设每月最大投入量为8万个,台积电每年在EUV设备上投入了约100万颗晶圆,且全部报废了。基于以上这些巨量的准备工作,终于在2019年量产了7nm+工艺(仅在孔部位实施EUV),因此成功地将尖端工艺技术用在了华为的手机上
  要量产使用EUV设备,需要花费大批量的时间和晶圆,三星电子的情况如何呢?2018年三星电子旗下华城半导体工厂(三星的Foundry据点)引进了八台EUV设备。
  但是,从Foundry的规模来看,用12英寸晶圆来换算,相对台积电的月产120万个(甚至更多)而言,三星电子月产仅有30万个(虽然笔者不了解准确数字)。此外,按照这种规模来计算,如果突然要量产使用EUV设备,很有可能导致逻辑半导体全军覆灭。
  此外,多位相关人士表示,三星电子为了量产使用EUV设备,已经挪用了多个DRAM的量产工厂。三星电子拥有月产能约为50万个的大型DRAM工厂。其中,将月产3000个~1万个(最大)的工厂暂时用来EUV的“量产练习”。
  有多家媒体报道指出,三星电子已经将EUV应用于最尖端的DRAM生产,三星电子本身也在2020年5月20日的新闻中公布说,“用EUV生产的第四代10纳米级别的DRAM的出货数量达到了100万个”。
  但是,我们不能完全相信!如今,一个12英寸晶圆可以同时生产出约1500个DRAM。因此,晶圆数量为:100万个DRAM/1500=667个,假设良率为80%,晶圆数量为:100万个DRAM/(1500*80%)=833个。也就是说,100万个DRAM是在月产为50万的大型DRAM产线上、以不足1000个的规模生产出来的。因此,三星电子提出的“已经生产了采用EUV技术的DRAM”虽然没有错,但从业界常识来看,很难得出“将EUV应用在了DRAM的量产上”这一结论。
  这种情况,笔者认为“三星电子希望将EUV应用于逻辑半导体,但无法确保实验场所,于是暂时借用了大型的DRAM的产线,很偶然做出了100万个DRAM”。与台积电相比,差距还很远
  如上所述,在使用EUV的熟练程度上,三星电子与台积电有很大的差距。然而,三星电子却提出了要在2030年之前在Foundry方面赶上台积电的目标,且在为之努力。因此,三星在存储半导体的生产据点——平泽建设了EUV专用厂房(不是在Foundry的据点——华成),据说三星电子的目标是在2025年之前引进约100台EUV设备。
  全球唯一的EUV设备生产商——ASML在2015年出货了6台、2017年10台,2018年18台,2019年26台,预计2020年出货36台。然而,Open PO数量在不断增长,在2020年的第二季度已经达到了56台。
  笔者认为,在ASML 2020年出货的36台设备中大部分都是出给台积电的。如果三星电子也购买了EUV设备,最多也就是1~2台(如下图4)。可以推测,在2020年年末各家厂家持有的EUV设备数量如下,台积电为61台,三星电子最多为10台左右。
  后续台积电每年会引进约20-30台EUV设备,预计在2025年末会拥有约185台EUV设备(甚至更多)(注),另一方面,三星电子的目标是在2025年末拥有约100台EUV设备,从ASML的生产产能来看,相当困难。
 
 

 
 
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