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年代左右問世以來，全球半導體產(chǎn)業(yè)均能朝此一定律規(guī)則前進發(fā)展，過去數(shù)十年來包括光微影技術(shù)(Photolithography)等一系列制程技術(shù)持續(xù)的突破，才得以讓半導體產(chǎn)業(yè)能依照摩爾定律演進，進而帶動全球科技產(chǎn)業(yè)研發(fā)持續(xù)前進。

　　但為延續(xù)產(chǎn)業(yè)良性發(fā)展，光是依賴于傳統(tǒng)微影技術(shù)仍不夠，因此芯片制造商也正在苦思試圖進行一次重大且最具挑戰(zhàn)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追捧的新寵，未來是否能以EUV技術(shù)拯救摩爾定律，值得持續(xù)觀察。

　　先進芯片廠正尋求將EUV設(shè)備導入自有生產(chǎn)線

　　根據(jù)IEEE報導，隨著時代演進，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光不同，EUV無法在空氣中傳遞，也無法透過傳統(tǒng)鏡子或透鏡聚焦，且EUV光線也難以生成。如果要能創(chuàng)造出一個具足夠亮度及可靠度，且能在生產(chǎn)線中幾乎一天24小時、一年365天的不停運轉(zhuǎn)的EUV設(shè)備系統(tǒng)，將會是一項龐大工程挑戰(zhàn)。

　　不過即使過去多年來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(shè)備制造商ASML似乎已克服萬難，即將開始商用化生產(chǎn)自有EUV微影設(shè)備。

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

　　ASML率先突破　決心開發(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)者開始從事EUV微影技術(shù)的研發(fā)工作，當時業(yè)界都在就可預見的摩爾定律將面臨終點的問題進行技術(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研究人員從一開始也堅信將能開發(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發(fā)上的難題，例如如何讓射線彎曲即為一大技術(shù)課題。

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

　　多年嘗試　最終克服光線亮度提升挑戰(zhàn)

　　多年來業(yè)界在提升設(shè)射線光源的技術(shù)進展很緩慢，光線亮度的提升一直不如預期，直到2011年美國領(lǐng)導級光源開發(fā)商Cymer才成功開發(fā)出可持續(xù)提供11W的光源。ASML負責EUV產(chǎn)品行銷的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日后確實逐步開發(fā)出此一新方法。受惠于Cymer的新方法，ASML在2016年上半曾表示，該公司實驗階段的光源功率已達200W。

　　除了Cymer外，另一家光源開發(fā)商Gigaphoton據(jù)稱在該技術(shù)上也取得大幅進步，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)能否實際投入商用化階段，仍必須取決于ASML芯片制造客戶的實驗室及晶圓廠的導入。