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台積電全球業務及海外營運辦公室資深副總暨副共同營運長張曉強接受TechTechPotato YouTube頻道接專訪中談到關於摩爾定律、CoWoS、A16製程技術的看法，以下是部份內容整理：
 





很多人說摩爾定律已經失效，台積電怎麼看？



我不在乎。只要我們能夠繼續推動技術進步，我不在乎摩爾定律是否有效。



許多人只是基於平面微縮two-dimensional scaling對摩爾定律進行了狹隘的定義，事實上已不是如此。看行業內許多創新可知道，我們仍在繼續尋找不同的方法，將更多功能和更多能力整合到更小的外形尺寸。我們繼續實現更高性能和低耗電。因此，從這個角度而言，我認為摩爾定律或技術微縮的步伐持續。我們將持推動產業向前發展。
 



有收到過來自客戶的令人驚奇的要求嗎？



不會。我們與客戶密切合作，同時保持開放，確保客戶選擇正確的技術。請記住，我們是晶圓代工業務，目標是幫助客戶實現成功的產品。我的老闆常常告訴我：“我們是晶圓代工業務，要與客戶共同努力以取得成功，但有一個順序，客戶必須先成功，然後我們才能成功。”
 



Nvidia、AMD、英特爾對CoWoS需求量都很大，目前台積電擴產的進展如何？



對我們來說，CoWoS 是 AI 加速器的主力。你可以看到目前所有的大型 AI 加速器設計，幾乎都是基於台積電 N5 或 N4 技術加上 CoWoS為主。



我們正在迅速擴大 CoWoS 產能，複合年增長率遠高於60%。這個數字非常高，但仍在繼續增長，我們與客戶密切合作，確保滿足他們最關鍵的需求。



上述是指CoWoS產能，同時我們也在擴大自身CoWoS的能力。



目前最先進的AI加速器，CoWoS 中介層尺寸大約是光罩尺寸的3倍，而光罩尺寸約為800 平方毫米，這提供了集成全光罩尺寸SoC，以及最多8個HBM堆疊的能力。但在兩年後，我們將能夠將中介層尺寸擴大到光罩尺寸的 4.5 倍，讓我們的客戶整合最多12個HBM堆疊。往前看，我們的研發團隊已經開始將 CoWoS 中介層尺寸擴大到光罩尺寸的 7 倍或 8 倍。
 



12個HBM堆疊夠嗎？ 大家想要更多！



台積電也宣布了另一項創新的系統級整合技術：晶圓系統 (SoW)。你想，晶圓加工設備所能製造的最大尺寸是單一300 毫米晶圓，因此我們將晶圓作為基礎層，並將所有邏輯和高頻寬DRAM 整合在一起，以整合整個晶圓區域。因此，如果你使用 CoWoS 術語來衡量，中介層尺寸的「X」數是 40 倍，非常龐大。這就是我們為客戶提供的服務，以繼續整合更多運算功能和更多記憶體頻寬，滿足未來AI需求。
 



A16製程技術和全新Super Power Rail 技術，帶來哪些創新？

A16 是一項重大的技術改進，採用奈米片電晶體，是業界領先且最先進的電晶體架構，特別適合HPC 和 AI 應用。



同時，我們也增加創新的背面供電設計，這樣的設計可以讓客戶將電源佈線從正面移到背面，進而騰出空間來提高效能，同時改善電源。



我們的方法與傳統的 BSPDN 設計非常不同，在傳統的背面電源軌中，你只需鑽孔即可將背面金屬連接到正面金屬，但這樣做會佔用空間，並且必須擴大庫單元的佔用空間。在我們的設計中，採用了非常創新的方法，將觸點或電晶體、電晶體的源極移到背面，而不會改變庫單元的佔用空間。
 



為了實現這一目標，是否會讓傳統的製造步驟會有些混亂？



是的。但我不想討論特定的流程步驟，我們的研發團隊不會很高興聽到這樣的討論。
 



這樣就像三明治設計：電晶體、訊號和電源，肯定會增加很多製造成本吧？



這是肯定的，但如果你看密度、功率和效能的優勢，我認為它的價值遠超過成本。這對HPC和AI尤其重要，因為節能運算是關鍵驅動因素。
 



是否選擇使用A16製程技術，也必須要採用超級電軌Super Power Rail)這種背面供電的設計？



A16製程本身定義就擁有超級電源軌，但我們也提供了技術選項，讓我們的客戶可以繼續利用現有的設計資料，而不必使用背面供電。例如，在電源佈線較不密集的行動應用中，您不必使用背面供電。
 



台積電得A16製程會在什麼時候推出呢？



我們的目標是在 2026 年下半年為主要客戶投入 A16 生產，從台灣開始生產。
 



關於導入ASML新一代高數值孔徑EUV設備，台積電怎麼想的？



回顧一下，台積電是業界第一個將EUV引入大量生產的公司，就EUV的生產使用和生產效率而言，我們今天仍然處於領導地位。我認為我們的研發團隊將繼續研究新的 EUV 功能，顯然包括高數值孔徑high-NA EUV，有很多考慮因素，像是可擴充性和成本等。

ASML發布的2024 年第二季財報中，銷售淨額 62 億歐元，淨收入16 億歐元，毛利率51.5%。第二季度訂單金額為 56 億歐元，其中 25 億歐元為 EUV 訂單。ASML 總裁暨執行長 Christophe Fouquet 表示，第二季高標表現，來自於DUV系統的營收貢獻。
 



針對第三季財測，ASML指出，預估銷售淨額介於67億～73億歐元之間，毛利率預估50%～51%。同時，ASML再度強調2024年是過渡性的一年，2025年將會恢復強勁成長。
 



從ASML的投資人會議中客看出幾個重點，部分資訊是之前已經公開揭露：
 




第三代EUV曝光機Twinscan NXE:3800E系統在下半年會大量交付，主要用於3奈米、2奈米製程以下的半導體晶片。





高數值孔徑極紫外光微影設備（High NA EUV）實現解析度縮小到8nm，創下世界紀錄。第二個High NA EUV系統已經出貨，業界猜測有指向台積電。相較於0.33NV（NXE:3800E）系統，High NA EUV可讓電晶體增加三倍。





第二季中國占比仍高達49%，與第一季的占比相同，台灣和韓國占比也同步上升至11%和28％。ASML指出2024年會有15%的中國銷售額會受到1月實施的出口管制規則影響。





第二季邏輯和記憶體占比分別為54%和46%。ASML看法是，2024年整體邏輯營收會低於2023年，因為庫存調整因素，而記憶體則會較2023年增加，主因為大量產能轉換到DDR5和HBM。

中國國家積體電路產業投資基金（大基金）三期於2024年5月24日成立，註冊資本3440億RMB（約480億美元），超過大基金第一、二期總和，預計三期會投入三大領域：先進製程晶圓代工解鎖AI算力晶片、解決被ASML卡脖子的曝光機技術，以及擴大NAND Flash和DRAM產能和研發生產HBM晶片。
 



大基金第三期第一大股東為財政部，持股17.44%，合計共19 位股東，相較第二期27個股東減少。 最值得關注的是，這次地方政府只有北京、上海、廣東三地，不同於過還有合肥、武漢、成都、重慶等。 若要解讀更深一層意義，應該是投資力量更集中，不再像過去讓半導體投資、晶圓廠遍地開花。
 



大基金三期的成立，除了資金是一、二期的總和超達3440億RMB，總註冊資金3440億大致可分為四類：
 

• 中央財政 1060億


 財政部600億
 國開金融360億
 國家開發投資集團100億


• 地方國資950億（主要北京、上海、廣東三地）


北京國資350億，其中亦莊國投200億、北京國誼億元150億
上海國資300億，由上海國盛出資
 廣東國資300億，其中深圳鯤鵬170億、廣州產投90億、粵財投控40億


• 銀行1140億


中國建設銀行215億
中國銀行215億
中國農業銀行215億
中國工商行215億
交通銀行200億
郵儲銀行 80億


• 央企290億


中國誠通100億
中國菸草100億
華潤集團 50億
中國移動 40億





大基金三期到底會投資在哪些領域？  根據研判，會聚焦在三大方向：




第一，先進製程的晶圓代工製造和先進封裝如CoWoS等。 第三期會著重在佈局半導體製造，但不會是成熟製程，因為中國的成熟製程產能已經過剩，真正缺乏的是AI晶片算力，尤其是Nvidia的GPU平替方案。
 



現在中國有非常多GPU、AI加速卡設計公司像是壁刃、摩爾線程、沐曦、天數智芯、燧原，CPU公司有海思、兆芯、龍芯、飛騰、海光、申威等，但沒有先進製程，預計大基金三期會在這部分著力。
 



第二，擴大NAND Flash和DRAM記憶體晶片的產能，並且朝向HBM發展。 中國內需的記憶體晶片用量非常大，且中國的武漢長江存儲和合肥長鑫已經量產，前者卡在設備被禁運，後者要朝更高技術開發生產，相較於AI晶片，中國的記憶體晶片完成國產替代概率更高且是現在進行式，大基金三期目標是擴大產能，增加市佔率。
 



日前合肥長鑫、通富微、華為已申請HBM技術相關專利，長鑫也與通富微合作開發HBM晶片，一步步邁向HBM3。 大基金三期是要解開AI算力瓶頸，儲存技術端的HBM研發也要同步配合。
 



第三，進一步完成半導體關鍵設備與材料的國產替代，由重點在光刻機、光阻等，像是蝕刻等機台國產化產品已經非常成熟，未來重點會是ASML替代的產品。 要說替代太沈重，但未來ASML不單是極紫外光EUV機台不能進入中國，部分成熟製程DUV設備自2024年開始都會落實禁運，因此替代ASML機台會是未來中國在國產設備領域研發的重點。
 



其實，大基金二期已經重點扶植半導體設備和材料，也帶動許多民營投資基金大舉投入這兩大領域，導致設備和材料成為兩大最「卷」的領域。 但光刻機的研發與投資不是民營投資做得來的，需要規劃性帶領。
 



三期的註冊金額為470億美元，實際募款額應該更大。 尤其，如果要肩負先進製程、ASML機台開發、記憶體晶片擴產等三大任務，需要更多的資金。 台積電光是一年資本支出就要300億美元。 另一個觀察點是，根據向大基金三期注資的銀行公告，出資額將在10年內實繳到位，470億美元金額看似很大，但出資方分10年投入其實也還好。
 



大基金第一期成立於2014 年，註冊資本987億，總募資規模達1387億RMB，重點投向晶片製造領域，撬動了5,145 億元社會資金（包括股權融資、企業債券、銀行等金融機構貸款 ）。 大基金第一期於2018年投資完畢，細數投資標的，製造67％、設計17％、封測10％、設備和材料類6％，被投企業包括晶圓代工廠中芯國際、上海華虹 、長江存儲、紫光展銳、華大九天、三安光電、長電科技、北方華創和中微半導體等。
 



大基金二期成立於2019年10月，規模超過2,000億RMB，投資標的涉及全產業鏈，半導體製造佔比高達75%、EDA/設計佔10%、封測2.6%、設備及材料10%， 以及少數的應用類。 大基金二期最大投資為中芯國際，其他重點投資聚焦在設備和材料，包括刻蝕機、薄膜設備、測試設備、清洗設備、矽晶圓、光刻膠、光罩版、電子特氣等。

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台積電總裁魏哲家上周進行了一趟非常重要的“歐洲行”，拜訪了三家與延續摩爾定律息息相關的歐洲半導體企業，分別是荷商ASML、德商蔡司Zeiss和德商創浦TRUMPF。
 



ASML執行長Christophe Fouquet在Linkedin上表示，上週在企業總部Veldhoven接待了魏哲家，且藉由此寶貴機會強化ASML和台積電的緊密合作關係。並且展示了ASML最新產品和創新技術，透過改善EUV曝光機平台，持續推動半導體技術往前。
 



Christophe Fouquet進一步指出，在ASML生產最新0.33 NA EUV系統的EUV工廠中，與魏哲家分享了 TWINSCAN NXE:3800E曝光機如何以更具成本效益的方式來生產最先進的製程技術。此外，在比利時微電子imec ASML EUV High NA 實驗室中，也展示了高數值孔徑極紫外光微影設備（High NA EUV）如何支援多個未來的製程技術節點。
 



ASML特別強調要和生態系統合作夥伴德國蔡司Zeiss、雷射源供應商創浦TRUMPF、荷蘭VDL集團強化聯盟力量，以達成延續摩爾定律的目標。
 



Christophe Fouquet更強調，ASML與客戶的關係是由對創新和技術進步的共同承諾所推動的。ASML與台積電的合作關係體現了這一宗旨：近四十年來，它建立在信任、協作和對卓越的承諾的基礎上。
 



Christophe Fouquet剛於4月接下ASML執行長一職，但這並非是與魏哲家的首次會面。Christophe Fouquet當時以ASML商務長的身份，與ASML前執行長Peter Wennink年初曾進行亞洲巡訪客戶，拜訪台積電總部自然是當時重要行程之一。
 



眾所皆知，針對ASML最新一代、一台要價4億美元的High NA EUV曝光機設備，英特爾的採用意願非常積極且下了訂單，台積電維持過往的保守風格，非常謹慎評估，不會輕易在轉進新一代製程技術的第一版，就導入最先進的設備。
 



另外，從ASML日前端出的2024年第一季財報可知，中國營收貢獻仍是該公司支柱，但隨著美國的出口管制越來越嚴格和逐季落實，ASML勢必要找尋更多的營收來源。業界認為，說服台積電早日導入High NA EUV曝光機設備，並且下訂單，會是兩家公司下一步的關鍵發展，且是雙方高層會面的重點，包括這次魏哲家親訪ASML總部。







德國蔡司Zeiss半導體也在Linkedin上提到了魏哲家拜訪總部Oberkochen。擁有獨特歷史的蔡司，總部位於德國西南部巴登-符騰堡州（Baden-Württemberg）的Oberkochen鎮，該小鎮的人口僅8000人，卻掌握著全球最精密、最先進的半導體晶片設備的反射鏡和透視鏡。
 



蔡司是ASML非常重要的技術合作夥伴，是ASML唯一的鏡頭供應商。蔡司不但擁有獨特的微影和光罩系統技術，手上更有超過2,000個與EUV微影設備相關的關鍵技術專利。2016年ASML曾收購蔡司子公司蔡司半導體24.9%股權，為的就是發展High NA EUV設備。



ASML前執行長Peter Wennink曾說過，沒有蔡司的光學器件，ASML將無法生產極紫外光EUV曝光機設備，而沒有EUV曝光機，也無法生產人工智慧AI、自動駕駛這些尖端技術的晶片。
 



蔡司在ASML開發先進製程技術曝光機的重要性上，可從另一件事來看出端倪。早在今年4月，三星電子會長李在鎔就搶先魏哲家一步，先去德國總部拜訪蔡司，雙方共表示要加強晶片製造的合作，提高晶片良率和效能。這次魏哲家拜訪蔡司德國總部，應該也是有「固樁」的意思。

 

英特爾宣布，美國俄勒岡州希爾斯伯勒的研發基地中，已完成業界首台ASML供應的商用高數值孔徑極紫外光微影設備（High NA EUV）組裝，型號為TWINSCAN EXE:5000。
 



該機台正在進行多項校準步驟，預計2027年啟用，率先用於Intel 14A流程，協助英特爾推廣未來流程藍圖。 此設備將投影印刷成像到晶圓的光學設計進行改造，明顯提升下世代處理器的圖像解析度和尺寸縮放。
 



英特爾計劃於2025年Intel 18A的產品驗證，以及未來Intel 14A的量產階段，都會採用0.33和0.55數值孔徑的EUV微影設備。
 



《高數值孔徑極紫外光微影設備High NA EUV小科普》
 



高數值孔徑極紫外光High NA EUV技術使用人工的13.5納米光波長。 此一光波長是利用強大的雷射光束，照射加熱至將近22萬攝氏度的錫滴上而產生，此溫度高出太陽表面平均溫度40倍。 光束從含電路圖案模板的光罩反射，再穿過高精度鏡組打造的先進光學系統。
 



NA（Numerical Aperture）數值孔徑為衡量光收集和聚焦能力的重要指標，用在光學系統上，決定了光刻的實際圖案解析度和縮小晶體管尺寸，以及能夠做到的製程節點。 然而，要進一步製造尺寸較小的晶體管，仍需要全新的晶體管結構和相關製程步驟。
 



ASML目前的EUV曝光機NA只有0.33，對應的解析度為13nm，可以生產金屬間距在38～33nm之間的晶片。 往下發展到金屬間距縮小到30nm以下，也就是對應的製程節點在5nm以下，解析度就不夠了。 或是需要用多重曝光（pattern shaping）技術來輔助，會導致成本增加且影響良率。
 



ASML新一代的高數值孔徑EUV設備EXE:5000可以做到0.55 NA，解析度縮小到8nm。 相較於0.33數值孔徑的EUV微影設備，高數值孔徑EUV微影設備（或0.55數值孔徑的EUV微影設備）可為類似的晶片尺寸提供更高的影像對比度，可減少每次曝光所需 的進光量，並縮短每層列印時間，從而提高晶圓廠的產能。
 



採用第一台高數值孔徑EUV的英特爾指出，當High NA EUV微影設備與其他在英特爾晶圓代工服務的領先製程技術相結合時，印刷尺寸預計將比現有EUV機台縮小1.7倍。 由於2D尺寸縮小，密度將提高2.9倍，英特爾將持續引領半導體產業發展更小、更密集的圖案化（pattterning）技術，進一步延伸摩爾定律。
 



《台積電為什麼不急著導入高數值孔徑EUV？ 》
 



過去半導體進入EUV時代，全球也是三星第一家先使用EUV設備的Foundry廠，台積電第一代7nm製程仍是用多重曝光，第二代7nm製程才改用EUV技術。
 



晶體管架構從FinFET（鰭式場效晶體管）轉換到GAA（環繞閘極場效晶體管）架構，競爭對手三星、英特爾都在3nm製程搶著採用GAA晶體管，台積電的3nm電晶體架構仍是沿用FinFET，直到2nm製程才會改採 GAA晶體管架構，預計2025年量產。
 



從EUV技術導入、採用GAA電晶體，一直到使用高數值孔徑EUV技術等歷程，可以看出台積電的作風偏向謹慎保守，不會衝第一個採用新技術。
 



台積電曾回應何時使用高數值孔徑EUV設備時表示，技術本身的價值只有在為客戶服務時，方能彰顯出來。 每當新的工具或設備，台積電都會先研究，看看工具的成熟度和成本，再進一步評估如何實現。


 



圖說：ASML的TWINSCAN EXE:5000系統的總重量超過150噸，將先分裝於250多個貨櫃中，並集中裝入43個集裝箱，集裝箱由多架貨機運送至西雅圖，再利用20輛卡車 運輸到俄勒岡州。 一台售價將近4億美元！ ！ ！

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