极紫外(EUV)光刻技术作为当前最先进的芯片制造工艺技术,正面临着不断增加的功耗要求所带来的挑战。
这一技术对于制造7纳米及以下先进制程芯片至关重要,当前由欧洲的荷兰ASML公司和比利时微电子研究中心imec占据市场话语权。
根据TechInsights研究机构的数据,目前已有31家晶圆厂采用了EUV光刻技术,预计到2030年底,还将有28家晶圆厂实施EUV技术。这将使运行中的EUV光刻系统数量增加一倍以上,而每台High NA EUV系统的功耗高达1400千瓦,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。
据ASML官方数据,一台EUV光刻机的制造成本高达数亿美元,集成了超过10万个精密零部件,这些部件来自全球超过5000家供应商。这种高度集成和全球化的供应链体系,使得EUV光刻机的研发与制造变得极为复杂且成本高昂。下一代High NA EUV技术的开发更是面临诸多挑战,设备价值高达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,以进一步开发EUV技术。然而,尽管投入巨大,EUV技术的功耗和可持续性问题仍然不容忽视。
TechInsights报告指出,到2030年,59座采用EUV设备的领先半导体生产设施每年将消耗54000吉瓦的电力,这一数字超过了新加坡、希腊或罗马尼亚每年的用电量,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。
EUV设备是半导体晶圆厂中最耗能的组件,它们占总电力消耗的11%左右。然而,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严峻挑战。
为了应对这一挑战,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。
例如,ASML公司已经在EUV光源功率提升方面取得了显著进展,通过采用预脉冲技术(Pre-pulse技术)和1微米预脉冲激光取代上一代的10微米预脉冲激光,成功将EUV光源功率提升到600瓦以上,满足下一代EUV光刻机的要求。
此外,英特尔、台积电、三星等全球领先的半导体制造商也在积极部署EUV技术,以扩大产能并提高芯片制造水平。这些公司在享受EUV技术带来的好处的同时,也必须面对功耗增加所带来的挑战。
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