十多年來(lái)，半導(dǎo)體制造行業(yè)一方面一直在期待EUV能夠拯救摩爾定律，但另一方面又擔(dān)心該技術(shù)永遠(yuǎn)都不會(huì)出現(xiàn)。不過(guò)最終，它還是來(lái)了，而且不久便將投入使用。

摩爾定律漸遠(yuǎn)下的提升

半個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，半導(dǎo)體行業(yè)按照摩爾定律不斷發(fā)展，驅(qū)動(dòng)了一系列的科技創(chuàng)新、社會(huì)改革以及生產(chǎn)效率的提高。

隨著器件尺寸越來(lái)越逼近物理極限，摩爾定律對(duì)新一代工藝節(jié)點(diǎn)研發(fā)是否依然奏效是現(xiàn)在全行業(yè)都在關(guān)注的問(wèn)題。

DRAM制程工藝進(jìn)入20nm以后，由于制造難度越來(lái)越高，內(nèi)存芯片制造廠商對(duì)工藝的定義已經(jīng)不是具體的線寬。

目前，行業(yè)DRAM三巨頭都沒(méi)有大規(guī)模使用EUV，但隨著制程工藝的提升，節(jié)點(diǎn)的進(jìn)一步微縮，同時(shí)，EUV的性能和成本也在不斷優(yōu)化，DRAM將迎來(lái)EUV爆發(fā)期。

DRAM制造商采用EUV的可能性極有可能與邏輯芯片制造商相似。最初，EUV設(shè)備僅用于幾層，隨著制程節(jié)點(diǎn)、層數(shù)逐漸增加，將全面轉(zhuǎn)向EUV設(shè)備。

被稱為“突破摩爾定律的救星”

EUV 作為現(xiàn)在最先進(jìn)的光刻機(jī)，是唯一能夠生產(chǎn) 7nm 以下制程的設(shè)備，因?yàn)樗l(fā)射的光線波長(zhǎng)僅為現(xiàn)有設(shè)備的十五分之一，能夠蝕刻更加精細(xì)的半導(dǎo)體電路，所以 EUV 也被成為“突破摩爾定律的救星”。

從2019年半導(dǎo)體芯片進(jìn)入 7nm 時(shí)代開(kāi)始（現(xiàn)在我們處于 10nm 時(shí)代），EUV 光刻機(jī)是絕對(duì)的戰(zhàn)略性設(shè)備，沒(méi)有它就會(huì)寸步難行。

而中芯國(guó)際斥巨資預(yù)定EUV設(shè)備，雖然技術(shù)落后三星、臺(tái)積電兩到三代，現(xiàn)在還在 28nm 和 14nm 上掙扎，但是擁有 EUV 光刻機(jī)之后，對(duì)于中國(guó)自主研發(fā)半導(dǎo)體技術(shù)是有著重大意義的。

光刻成為摩爾定律的前沿

在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中，由于不同種類芯片的晶體結(jié)構(gòu)和工作模式存在差異，工藝發(fā)展進(jìn)程也不盡相同。

在DRAM領(lǐng)域，全球三大DRAM原廠均停滯在18nm-15nm之間，仍沒(méi)有突破10nm物理極限；在邏輯芯片制造領(lǐng)域，以臺(tái)積電和三星為代表，已經(jīng)引入EUV技術(shù)。

但在所有半導(dǎo)體產(chǎn)品制造中，都需要通過(guò)光刻技術(shù)將電路圖形轉(zhuǎn)移到單晶表面或介質(zhì)層上，光刻技術(shù)的不斷突破推動(dòng)著集成電路密度、性能不斷翻倍，成本也愈加優(yōu)化。近年來(lái)，隨著工藝節(jié)點(diǎn)的不斷縮小，光刻技術(shù)主要經(jīng)歷了紫外光刻技術(shù)（UV）、深紫外光刻技術(shù)（DUV）和極紫外光刻技術(shù)（EUV）。

在EUV技術(shù)中，采用的光波長(zhǎng)僅為13.5nm，因此能夠?qū)D案分辨率降低到10nm以下，這是目前主流的DUV技術(shù)無(wú)法達(dá)到的。

不過(guò)，因?yàn)榫瞥痰某掷m(xù)推進(jìn)，電路要再進(jìn)行微縮的難度愈來(lái)愈高，成本的提升速度也愈來(lái)愈快。

EUV有足夠的時(shí)間追趕

半導(dǎo)體廠商在步履艱難地減小線路尺寸的同時(shí)維持成本；每一代芯片成功流片的時(shí)間拉的更長(zhǎng)；芯片工藝尺寸的減小也不像以往那樣激進(jìn)。這些困難可能會(huì)給 EUV 一個(gè)機(jī)會(huì)，摩爾定律的變緩可能真的會(huì)給EUV足夠的時(shí)間迎頭趕上。

足夠的時(shí)間，也就是在摩爾定律被成本折磨到止步之前。EUV 可能會(huì)走到它被廣泛接受而且能降低生產(chǎn)成本的那一天。到了那個(gè)時(shí)候，下一代的先進(jìn)芯片的制造成本可能過(guò)高，而所帶來(lái)的性能優(yōu)勢(shì)不夠明顯，以致于半導(dǎo)體廠商不會(huì)選擇這種技術(shù)。

大廠對(duì)EUV的響應(yīng)速度

EUV光刻機(jī)主要客戶有英特爾、三星和臺(tái)積電，而臺(tái)積電的訂單最多。存儲(chǔ)方面DRAM的產(chǎn)量和工藝提升都需要用到EUV光刻機(jī)了， 而隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，相信也會(huì)給EUV設(shè)備帶來(lái)增量。

光刻機(jī)領(lǐng)域的龍頭老大是荷蘭ASML，并已經(jīng)占據(jù)了高達(dá)80%的市場(chǎng)份額，壟斷了高端光刻機(jī)市場(chǎng)——最先進(jìn)的EUV光刻機(jī)售價(jià)曾高達(dá)1億美元一臺(tái)，且全球僅僅ASML能夠生產(chǎn)。

三星是第一個(gè)聲稱將使用EUV工具生產(chǎn)芯片的公司，并稱將在2018年下半年投入使用。

英特爾發(fā)言人表示，一旦這項(xiàng)技術(shù)以有效的成本準(zhǔn)備就緒，他們將致力于把EUV投入生產(chǎn)。研究指出，英特爾已經(jīng)購(gòu)買了比任何其他公司更多的EUV設(shè)備。

對(duì)于其7nm的EUV工藝，格羅方德將用5步取代15步。

臺(tái)積電在7nm+ EUV節(jié)點(diǎn)之后，5nm工藝將更深入地應(yīng)用EUV極紫外光刻技術(shù)，綜合表現(xiàn)全面提升，官方宣稱相比第一代7nm EDV工藝可以帶來(lái)最多80%的晶體管密度提升，15%左右的性能提升或者30%左右的功耗降低。

中芯國(guó)際已經(jīng)向荷蘭芯片設(shè)備制造商 ASML 購(gòu)買了一臺(tái) EUV 光刻設(shè)備，價(jià)值1.2億美元。這也幾乎花掉了中芯國(guó)際2017年的所有利潤(rùn)，該公司去年的凈利潤(rùn)為1.264億美元。不過(guò)在大家了解到 EUV 設(shè)備有多重要之后，就知道這筆錢花的有多值了。

ASML將引領(lǐng)EUV的進(jìn)程

由于EUV的技術(shù)難度、需要的投資金額太高，另外兩大微影設(shè)備廠──日本的尼康和佳能，都已放棄研發(fā)。

目前，這兩家主要競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手均在規(guī)模與技術(shù)方面落后于公司，ASML以800億美元市值建立起來(lái)的規(guī)模，已經(jīng)將所有競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手（以及潛在競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手）遠(yuǎn)遠(yuǎn)地甩在了身后。

ASML成為了半導(dǎo)體業(yè)能繼續(xù)沖刺下一代先進(jìn)制程，開(kāi)發(fā)出更省電、運(yùn)算速度更快的電晶體的最后希望——如果ASML做不了，全球范圍內(nèi)已沒(méi)有人可以做，摩爾定律會(huì)從此消亡。

制造工藝成主要的瓶頸

數(shù)字孔徑越大，光刻波長(zhǎng)越小，則光刻精度越好。因此在學(xué)術(shù)界如何提升光刻精度是很清楚的，即使用波長(zhǎng)較短的光（如紫外線EUV等）以及增大數(shù)字孔徑使用浸沒(méi)式光刻等。

大家知道早晚得用EUV，但是出于成本和工藝成熟度考量大家總是希望越晚用EUV越好，能不用EUV就先撐幾代再說(shuō)。

因此就出現(xiàn)了double-pattern（用在16nm）甚至multi-pattern等辦法實(shí)現(xiàn)在不使用EUV的情況下也能做到超低特征尺寸下的光刻，代價(jià)是工藝的復(fù)雜性大大上升。到了7nm終于是撐不住了，巨頭紛紛開(kāi)始宣布使用EUV。

當(dāng)然之前的multi-pattern也不算是走了彎路，因?yàn)榧词故怯昧薊UV，在未來(lái)更小的特征尺寸下估計(jì)還是要上multi-pattern。與此同時(shí)，ASML在近日也公布了其路線圖，并指出其1.5nm光刻技術(shù)將足夠支持摩爾定律到2030年。

摩爾定律效應(yīng)遞減的國(guó)內(nèi)機(jī)會(huì)

隨著 ASML 將技術(shù)藍(lán)圖推展至 1.5 納米，摩爾定律還有至少 10 年的時(shí)間。只是，過(guò)往半導(dǎo)體制程是每?jī)赡昵斑M(jìn)一個(gè)技術(shù)時(shí)代，未來(lái)可能是3—5年才前進(jìn)一階，整個(gè)產(chǎn)業(yè)的效益放緩是必然趨勢(shì)，這也帶給中國(guó)半導(dǎo)體大廠一個(gè)很好前進(jìn)追趕的機(jī)會(huì)，奮力追上主流的工藝技術(shù)。

未來(lái)半導(dǎo)體世界的競(jìng)爭(zhēng)，仍會(huì)是第一、第二、第三梯次壁壘分明。5 納米以下技術(shù)可行，但技術(shù)難度和投資成本拉高，第一梯次包括臺(tái)積電、三星、英特爾、 GlobalFoundries 已經(jīng)申請(qǐng)參賽。

摩爾定律的效應(yīng)趨緩下，代表前方的道路越來(lái)越難突破，這提供給中國(guó)半導(dǎo)體廠很好追趕的條件，只是技術(shù)持續(xù)提升的成本投資會(huì)大幅墊高，有機(jī)會(huì)擠入國(guó)際第一梯次隊(duì)伍，這樣的投資報(bào)酬率很迷人，更讓中國(guó)芯片自主可控不再是遙不可及的夢(mèng)想。

結(jié)尾：

摩爾定律的主要?jiǎng)恿褪浅杀鞠陆担谝淮涡猿杀究焖偬嵘骄杀緟s下降有限的時(shí)代，摩爾定律的進(jìn)一步發(fā)展動(dòng)力就不那么強(qiáng)了，EUV 可能會(huì)走到它被廣泛接受而且能降低生產(chǎn)成本的那一天。
責(zé)任編輯：wv