半導(dǎo)體押寶EUV ASML突破瓶頸 預(yù)計(jì)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(dǎo)體產(chǎn)業(yè)均能朝此一定律規(guī)則前進(jìn)發(fā)展，過(guò)去數(shù)十年來(lái)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(dǎo)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(xù)前進(jìn)。

　　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(jìn)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(tái)積電、英特爾(Intel)等晶圓代工及芯片大廠追捧的新寵，未來(lái)是否能以EUV技術(shù)拯救摩爾定律，值得持續(xù)觀察。

　　先進(jìn)芯片廠正尋求將EUV設(shè)備導(dǎo)入自有生產(chǎn)線

　　根據(jù)IEEE報(bào)導(dǎo)，隨著時(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(dāng)前半導(dǎo)體微影掃描機(jī)臺(tái)的紫外線光不同，EUV無(wú)法在空氣中傳遞，也無(wú)法透過(guò)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(gè)具足夠亮度及可靠度，且能在生產(chǎn)線中幾乎一天24小時(shí)、一年365天的不停運(yùn)轉(zhuǎn)的EUV設(shè)備系統(tǒng)，將會(huì)是一項(xiàng)龐大工程挑戰(zhàn)。

　　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(dá)到商用化地步，如荷蘭微影設(shè)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(shè)備。

　　目前ASML已正在出貨EUV微影掃描機(jī)(EUV Scanner)，這些設(shè)備預(yù)計(jì)自2018年起將準(zhǔn)備量產(chǎn)先進(jìn)微處理器及存儲(chǔ)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(shè)備導(dǎo)入自有生產(chǎn)線中。不過(guò)這將是一項(xiàng)很大的冒險(xiǎn)，因現(xiàn)階段摩爾定律正面臨巨大挑戰(zhàn)，沒(méi)有人可以確定全球半導(dǎo)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(dǎo)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(dāng)時(shí)業(yè)界都在就可預(yù)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(xiàng)技術(shù)。

　　ASML旗下EUV研究人員從一開(kāi)始也堅(jiān)信將能開(kāi)發(fā)出這項(xiàng)技術(shù)，并能成為芯片制造商最經(jīng)濟(jì)的選擇，因此不到10年時(shí)間ASML便決定打造EUV原型樣式機(jī)，以讓其他研究人員也能測(cè)試這項(xiàng)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(gè)EUV光束基于內(nèi)部構(gòu)造設(shè)計(jì)的限制，僅不到2%光線會(huì)留存，但若到達(dá)晶圓端的光線愈少，就會(huì)增加晶圓必須留在EUV微影設(shè)備內(nèi)曝光的時(shí)間，因此若要讓EUV技術(shù)能達(dá)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(shì)。因此為彌補(bǔ)EUV微影設(shè)備內(nèi)因鏡面反射導(dǎo)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(duì)工程師來(lái)說(shuō)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(lái)業(yè)界在提升設(shè)射線光源的技術(shù)進(jìn)展很緩慢，光線亮度的提升一直不如預(yù)期，直到2011年美國(guó)領(lǐng)導(dǎo)級(jí)光源開(kāi)發(fā)商Cymer才成功開(kāi)發(fā)出可持續(xù)提供11W的光源。ASML負(fù)責(zé)EUV產(chǎn)品行銷的Hans Meiling表示，該公司可能低估了這項(xiàng)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(gòu)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(xiàng)技術(shù)被認(rèn)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(yàn)階段的光源功率已達(dá)200W。

　　除了Cymer外，另一家光源開(kāi)發(fā)商Gigaphoton據(jù)稱在該技術(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ASML芯片制造客戶的實(shí)驗(yàn)室及晶圓廠的導(dǎo)入。