臺(tái)EUV光刻機(jī)，一天耗電3萬(wàn)度？3nm工廠(chǎng)年耗電量將達(dá)70億度
臺(tái)積電造的每一顆芯片需要經(jīng)過(guò)數(shù)千道工序才能完工，而這其中需要利用大量的半導(dǎo)體設(shè)備，并一直維持恒溫、高壓等各種復(fù)雜環(huán)境，這一切都需要電，造的芯片越多、制程越先進(jìn)，用的電就越多。
數(shù)據(jù)顯示，先進(jìn)制程機(jī)臺(tái)用電量占臺(tái)積電公司能源使用50%以上，同時(shí)考慮先進(jìn)制程機(jī)臺(tái)數(shù)量逐年增加，臺(tái)積電對(duì)于電能的消耗將進(jìn)一步快速增長(zhǎng)。
由于7nm以下的先進(jìn)工藝制程必須要使用EUV光刻機(jī)，而EUV光刻機(jī)的大量使用將會(huì)對(duì)臺(tái)灣的供電能力提出巨大挑戰(zhàn)。
SK 海力士此前曾表示，“EUV 的能源轉(zhuǎn)換效率（wall plug efficiency）只有 0.02% 左右。”而造成轉(zhuǎn)換率低的一大原因是，極紫外光本身的損耗過(guò)大。
“極紫外光物理特性與一般常見(jiàn)的紫外光差異極大。這種光非常容易被吸收，連空氣都不透光，所以整個(gè)生產(chǎn)環(huán)境必須抽成真空；同時(shí)，也無(wú)法以玻璃透鏡折射，必須以硅與鉬制成的特殊鍍膜反射鏡，來(lái)修正光的前進(jìn)方向，而且每一次反射仍會(huì)損失 3 成能量，但一臺(tái) EUV 機(jī)臺(tái)得經(jīng)過(guò)十幾面反射鏡，將光從光源一路導(dǎo)到晶圓，最后大概只能剩下不到 2% 的光線(xiàn)。”這也是 EUV 機(jī)臺(tái)如此耗電的主因之一。
如果按照前面的EUV能源轉(zhuǎn)換效率只有0.02% 來(lái)計(jì)算，目前先進(jìn)的能輸出 250 瓦功率的 EUV的機(jī)臺(tái)，需要輸入0.125萬(wàn)千瓦的電力才能達(dá)到，這個(gè)耗電量是傳統(tǒng)氬氟雷射的 10 倍以上。換句話(huà)來(lái)說(shuō)，就是一臺(tái)輸出功率250W的EUV機(jī)器工作一天，將會(huì)消耗3萬(wàn)度電，這個(gè)數(shù)字確實(shí)嚇人。
根據(jù)芯智訊了解，要想達(dá)到 250 瓦功率的 EUV輸出，需要將多臺(tái)13kW CO2激光器串聯(lián)接通達(dá)到所需的功率要求，最終從等離子體源產(chǎn)生所需的EUV光輸出。高科技產(chǎn)生極紫外光的過(guò)程非常低效，過(guò)去被人們比擬為“用核反應(yīng)堆提供動(dòng)力”，但也成為了滿(mǎn)足半導(dǎo)體工業(yè)批量生產(chǎn)要求擴(kuò)展EUV輸出功率的唯一可行方式。
另外需要指出的是，如此大的耗電量也不可避免的帶來(lái)了很大的發(fā)熱量，因此需要部署相應(yīng)的冷卻系統(tǒng)，而這也將非常的耗電。
根據(jù)今年7月臺(tái)灣媒體的報(bào)道稱(chēng)，隨著臺(tái)積電5nm的大規(guī)模量產(chǎn)，臺(tái)積電今年的單位產(chǎn)品用電量相比去年上升了17.9%，而該公司擬定的目標(biāo)則為降低11.5%。臺(tái)媒稱(chēng)，以執(zhí)行力著稱(chēng)的臺(tái)積電管理團(tuán)隊(duì)，如此大幅落后設(shè)定目標(biāo)，是極罕見(jiàn)的事。
臺(tái)積電對(duì)此解釋稱(chēng)，隨著新制程技術(shù)與制程復(fù)雜度增加，新制程機(jī)臺(tái)用電量上升，導(dǎo)致10nm以下制程產(chǎn)品用電量較16nm以上的制程倍增。有分析稱(chēng)，極可能是EUV導(dǎo)入的速度與量產(chǎn)之后的耗電量超乎預(yù)期。
根據(jù)預(yù)計(jì)，一個(gè)7nm的EUV產(chǎn)線(xiàn)可能只需要1臺(tái)ASML EUV光刻機(jī)NXE 3400B即可，但是到了3nm制程產(chǎn)線(xiàn)，如果繼續(xù)用NXE 3400B，就可能需要4臺(tái)才能實(shí)現(xiàn)，耗電量將更為驚人。
不過(guò)，ASML也正在提升光刻機(jī)的效率，比如已推出的改進(jìn)的NXE:3400C的產(chǎn)能從之前的125WPH（每小時(shí)處理晶圓數(shù)）提升到了175WPH，同時(shí)還將推出針對(duì)3nm及