半導體押寶EUV ASML突破瓶頸 預計2018年可用于量產(chǎn)

　　摩爾定律(Moore’s Law)自1970年代左右問(wèn)世以來(lái)，全球半導體產(chǎn)業(yè)均能朝此一定律規則前進(jìn)發(fā)展，過(guò)去數十年來(lái)包括光微影技術(shù)(Photolithography)等一系列制程技術(shù)持續的突破，才得以讓半導體產(chǎn)業(yè)能依照摩爾定律演進(jìn)，進(jìn)而帶動(dòng)全球科技產(chǎn)業(yè)研發(fā)持續前進(jìn)。

　　但為延續產(chǎn)業(yè)良性發(fā)展，光是依賴(lài)于傳統微影技術(shù)仍不夠，因此芯片制造商也正在苦思試圖進(jìn)行一次重大且最具挑戰的變革，即發(fā)展所謂的“極紫外光”(EUV)微影技術(shù)，該技術(shù)也成為臺積電、英特爾(Intel)等晶圓代工及芯片大廠(chǎng)追捧的新寵，未來(lái)是否能以EUV技術(shù)拯救摩爾定律，值得持續觀(guān)察。

　　先進(jìn)芯片廠(chǎng)正尋求將EUV設備導入自有生產(chǎn)線(xiàn)

　　根據IEEE報導，隨著(zhù)時(shí)代演進(jìn)，芯片制造商如今更加看重EUV微影技術(shù)的重要性，但EUV與當前半導體微影掃描機臺的紫外線(xiàn)光不同，EUV無(wú)法在空氣中傳遞，也無(wú)法透過(guò)傳統鏡子或透鏡聚焦，且EUV光線(xiàn)也難以生成。如果要能創(chuàng )造出一個(gè)具足夠亮度及可靠度，且能在生產(chǎn)線(xiàn)中幾乎一天24小時(shí)、一年365天的不停運轉的EUV設備系統，將會(huì )是一項龐大工程挑戰。

　　不過(guò)即使過(guò)去多年來(lái)EUV技術(shù)發(fā)展面臨不斷的失敗及外界質(zhì)疑，但在業(yè)界努力下，如今EUV技術(shù)發(fā)展逐漸達到商用化地步，如荷蘭微影設備制造商ASML似乎已克服萬(wàn)難，即將開(kāi)始商用化生產(chǎn)自有EUV微影設備。

　　目前ASML已正在出貨EUV微影掃描機(EUV Scanner)，這些設備預計自2018年起將準備量產(chǎn)先進(jìn)微處理器及存儲器。全球最先進(jìn)的芯片制造商目前正在努力思考何時(shí)及如何將這些設備導入自有生產(chǎn)線(xiàn)中。不過(guò)這將是一項很大的冒險，因現階段摩爾定律正面臨巨大挑戰，沒(méi)有人可以確定全球半導體產(chǎn)業(yè)未來(lái)5~10年的發(fā)展樣貌會(huì )是如何，也不知道后摩爾定律時(shí)代下的全球半導體產(chǎn)業(yè)會(huì )是何種發(fā)展光景。

　　ASML率先突破　決心開(kāi)發(fā)EUV技術(shù)

　　光微影技術(shù)發(fā)展至1990年代后期，ASML與幾家合作業(yè)者開(kāi)始從事EUV微影技術(shù)的研發(fā)工作，當時(shí)業(yè)界都在就可預見(jiàn)的摩爾定律將面臨終點(diǎn)的問(wèn)題進(jìn)行技術(shù)突破，尋找各種不同的制程技術(shù)，其中EUV就是較特別的一項技術(shù)。

　　ASML旗下EUV研究人員從一開(kāi)始也堅信將能開(kāi)發(fā)出這項技術(shù)，并能成為芯片制造商最經(jīng)濟的選擇，因此不到10年時(shí)間ASML便決定打造EUV原型樣式機，以讓其他研究人員也能測試這項技術(shù)。不過(guò)EUV技術(shù)在發(fā)展上并非那么容易，讓ASML旗下EUV研究人員面臨許多開(kāi)發(fā)上的難題，例如如何讓射線(xiàn)彎曲即為一大技術(shù)課題。

　　ASML發(fā)展至今，其EUV微影設備的一個(gè)EUV光束基于內部構造設計的限制，僅不到2%光線(xiàn)會(huì )留存，但若到達晶圓端的光線(xiàn)愈少，就會(huì )增加晶圓必須留在EUV微影設備內曝光的時(shí)間，因此若要讓EUV技術(shù)能達商用化量產(chǎn)階段，將需要比現有微影制程在成本上更具優(yōu)勢。因此為彌補EUV微影設備內因鏡面反射導致的光線(xiàn)耗損，將必須提供非常明亮的射線(xiàn)光源才行，但這對工程師來(lái)說(shuō)將是一大挑戰。

　　多年嘗試　最終克服光線(xiàn)亮度提升挑戰

　　多年來(lái)業(yè)界在提升設射線(xiàn)光源的技術(shù)進(jìn)展很緩慢，光線(xiàn)亮度的提升一直不如預期，直到2011年美國領(lǐng)導級光源開(kāi)發(fā)商Cymer才成功開(kāi)發(fā)出可持續提供11W的光源。ASML負責EUV產(chǎn)品行銷(xiāo)的Hans Meiling表示，該公司可能低估了這項技術(shù)的難度。最終ASML為了加速技術(shù)發(fā)展進(jìn)程，在2013年以31億歐元(約33.4億美元)收購Cymer。

　　Cymer以名為“雷射光束激發(fā)電漿”(Laser-Produced Plasma)法生產(chǎn)EUV光源，初期這項技術(shù)被認為不可思議，但Cymer日后確實(shí)逐步開(kāi)發(fā)出此一新方法。受惠于Cymer的新方法，ASML在2016年上半曾表示，該公司實(shí)驗階段的光源功率已達200W。

　　除了Cymer外，另一家光源開(kāi)發(fā)商Gigaphoton據稱(chēng)在該技術(shù)上也取得大幅進(jìn)步，在此情況下或許業(yè)界期待已久的250W光源不再看似遙不可及。即使如此，EUV微影技術(shù)能否實(shí)際投入商用化階段，仍必須取決于A(yíng)SML芯片制造客戶(hù)的實(shí)驗室及晶圓廠(chǎng)的導入。