摩尔定律再延伸，EUV 设备能否扛起大旗？

与非网 10 月 18 日讯，台积电方面已经宣布，已经开始了 7nm+ EUV 工艺的大规模量产，其表示 7nm+ EUV 工艺的产量已经与最初的 7nm 工艺相匹配，而这已经具备了大规模商用的能力。台积电方面还表示，新的 EUV 工艺将为 6 纳米工艺铺平道路，6nm 工艺预计将在 2020 年第一季度开始试生产，大规模出货计划在明年年底进行。

分析师认为，台积电是首个将 EUV 光刻技术大规模商用的制造商，它帮助台积电在竞争中脱颖而出。在目前的市场之中，台积电是唯一有能力大规模量产 7nm+ EUV 工艺的厂商，这会为台积电带来大规模的订单。

虽说台积电方面已经宣布了 7nm+ EUV 工艺的量产，不过目前使用该工艺的芯片还是十分稀少，仅有华为的麒麟 990 5G 芯片明确采用该工艺。目前已经在售的手机芯片，则由于此前的量产问题，使用的是 7nm+工艺，没有运用 EUV 工艺。预计在未来即将推出的新品中，EUV 工艺将会成为高端的主流工艺技术。

对于更先进的 6nm 工艺技术，台积电方面的试生产计划于明年第一季度进行，该公司希望新工艺带来的逻辑密度能比 7nm 技术高 18％，它能够在保持芯片面积的前提下增加性能表现。另外台积电也在从事 5nm 和 3nm 技术的打造，但它们仍处于研发阶段。

EUV 设备让摩尔定律再延伸三代工艺

光刻是集成电路生产过程中最复杂、难度最大也是最为关键的工艺，它对芯片的工艺制程起着决定性作用。193nm 浸没式光刻技术自 2004 年年底由台积电和 IBM 公司应用以来，从 90nm 节点一直延伸到 10nm 节点，经历了 12 年时间，是目前主流的光刻工艺。但是进入 7nm 工艺后，它的制约也越来越明显，因此 EUV 工艺堂而皇之走上舞台。

全球 EUV 光刻技术的研发始于 20 世纪 80 年代，经过近 40 年的发展，EUV 技术从原理到零部件再到原材料等已经足够成熟，并且在现阶段的产业应用中体现了较明显优势。

研究院王珺在接受《中国电子报》记者采访时表示，极紫外光(EUV)短于深紫外光(DUV)的波长，这让 EUV 光刻技术的应用显著提升了光刻机曝光分辨率，进而带动晶体管特征尺寸的缩减。制造企业在 28nm 及以下工艺的解决方案使用浸没式和多重曝光技术。但是进入 7nm 工艺，DUV 的多重曝光次数增长太多，让制造成本、难度、良率、交付期限均显著恶化。在关键层应用 EUV 光刻技术，从而减少曝光次数，进而带来制造成本与难度的降低，这让 EUV 光刻技术具备了足够的生产价值。

“EUV 光刻机在 5nm 及以下工艺具有不可替代性，在未来较长时间内应用 EUV 技术都将成为实现摩尔定律发展的重要方向。”王珺说。因此，从工艺技术和制造成本综合因素考量，EUV 设备被普遍认为是 7nm 以下工艺节点最佳选择，它可以继续往下延伸三代工艺，让摩尔定律再至少延长 10 年时间。

DRAM 存储器将带动 EUV 光刻机增长

在台积电、三星、英特尔继续延续摩尔定律进行工艺发展的带动下，EUV 光刻机的应用数量将持续提升。

王珺表示，从目前看，对 EUV 光刻技术具有明显应用需求的芯片包括应用处理器、CPU、DRAM 存储器、基带芯片。

半导体专家莫大康认为，ASML 公司 EUV 设备产量若要进一步扩大，希望就落在存储器厂商身上。他向《中国电子报》记者表示，目前看，EUV 光刻机主要卖给三家公司：英特尔、三星和台积电，其中台积电订得最多。他介绍说，存储器主要分为两种：一种是 DRAM，另一种是 3D NAND。3D NAND 目前的竞争主要集中在层数上，虽然也需要工艺的先进性，但需求不那么迫切。而 DRAM 存储器则不同，一方面其产量比较大，另一方面若做到 1Z(12～14nm)以下，就可能需要用到 EUV 光刻机了，届时，存储器厂商订的 EUV 设备将有大的爆发。“但具体时间，还要看市场需求以及厂商导入情况。目前，ASML 公司 EUV 设备一年的出货量只有 40 多台，远远未达到业界预期。”

EUV 还需克服诸多挑战

现阶段 EUV 光刻技术已经成熟，且进入产业化阶段，但是在光刻机的光源效率、光刻胶的灵敏度等方面依然存在较大的进步空间。

有关人士指出，EUV 光刻机除了价格昂贵之外(超过 1 亿美元)，最大的问题是电能消耗，电能利用率低，是传统 193nm 光刻机的 10 倍，因为极紫外光的波长仅有 13.5nm，投射到晶圆表面曝光的强度只有光进入 EUV 设备光路系统前的 2%。在 7nm 成本比较中，7nm 的 EUV 生产效率在 80 片 / 小时的耗电成本是 14nm 的传统光刻生产效率在 240 片 / 小时耗电成本的 1 倍，这还不算设备购置成本和掩膜版设计制造成本比较。

莫大康认为 EUV 工艺面临三大挑战：首先是光源效率，即每小时刻多少片，按照工艺要求，要达到每小时 250 片，而现在 EUV 光源效率达不到这个标准，因此还需进一步提高，且技术难度相当大。其次是光刻胶，光刻胶的问题主要体现在：EUV 光刻机和普通光刻机原理不同，普通光刻机采用投影进行光刻，而 EUV 光刻机则利用反射光，要通过反光镜，因此，光子和光刻胶的化学反应变得不可控，有时候会出差错，这也是迫切需要解决的难题。最后是光刻机保护层的透光材料，随着光刻机精度越来越高，上面需要一层保护层，现在的材料还不够好，透光率比较差。

在以上三个挑战中，光源效率是最主要的。此外，EUV 光刻工艺的良率也是阻碍其发展的“绊脚石”。目前，采用一般光刻机生产的良率在 95%，EUV 光刻机的良率则比它低不少，在 70%~80%之间。莫大康表示，解决上述问题，关键是订单数量，只有订单多了，厂商用的多了，才能吸引更多光源、材料等上下游企业共同参与，完善 EUV 产业链的发展。

王珺表示，EUV 技术的研发与应用难度极高，未来实现进一步发展在全球范围内将遵循竞争优势理论，各国和地区的供应商依靠自身优势进行国际化产业整合。