半導體押寶EUV ASML突破瓶頸 預計2018年可用於量產

摩爾定律(Moore’s Law)自1970年代左右問世以來，全球半導體產業均能朝此一定律規則前進發展，過去數十年來包括光微影技術(Photolithography)等一系列製程技術持續的突破，才得以讓半導體產業能依照摩爾定律演進，進而帶動全球科技產業研發持續前進。

但為延續產業良性發展，光是依賴於傳統微影技術仍不夠，因此晶片製造商也正在苦思試圖進行一次重大且最具挑戰的變革，即發展所謂的「極紫外光」(EUV)微影技術，該技術也成為台積電、英特爾(Intel)等晶圓代工及晶片大廠追捧的新寵，未來是否能以EUV技術拯救摩爾定律，值得持續觀察。

先進晶片廠正尋求將EUV設備導入自有生產線

根據IEEE報導，隨著時代演進，晶片製造商如今更加看重EUV微影技術的重要性，但EUV與當前半導體微影掃描機台的紫外線光不同，EUV無法在空氣中傳遞，也無法透過傳統鏡子或透鏡聚焦，且EUV光線也難以生成。

如果要能創造出一個具足夠亮度及可靠度，且能在生產線中幾乎一天24小時、一年365天的不停運轉的EUV設備系統，將會是一項龐大工程挑戰。

不過即使過去多年來EUV技術發展面臨不斷的失敗及外界質疑，但在業界努力下，如今EUV技術發展逐漸達到商用化地步，如荷蘭微影設備製造商ASML似乎已克服萬難，即將開始商用化生產自有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年起將準備量產先進微處理器及存儲器。

全球最先進的晶片製造商目前正在努力思考何時及如何將這些設備導入自有生產線中。

不過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，沒有人可以確定全球半導體產業未來5~10年的發展樣貌會是如何，也不知道後摩爾定律時代下的全球半導體產業會是何種發展光景。

ASML率先突破 決心開發EUV技術

光微影技術發展至1990年代後期，ASML與幾家合作業者開始從事EUV微影技術的研發工作，當時業界都在就可預見的摩爾定律將面臨終點的問題進行技術突破，尋找各種不同的製程技術，其中EUV就是較特別的一項技術。

ASML旗下EUV研究人員從一開始也堅信將能開發出這項技術，並能成為晶片製造商最經濟的選擇，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。

不過EUV技術在發展上並非那麼容易，讓ASML旗下EUV研究人員面臨許多開發上的難題，例如如何讓射線彎曲即為一大技術課題。

ASML發展至今，其EUV微影設備的一個EUV光束基於內部構造設計的限制，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微影設備內曝光的時間，因此若要讓EUV技術能達商用化量產階段，將需要比現有微影製程在成本上更具優勢。

因此為彌補EUV微影設備內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。

多年嘗試 最終克服光線亮度提升挑戰

多年來業界在提升設射線光源的技術進展很緩慢，光線亮度的提升一直不如預期，直到2011年美國領導級光源開發商Cymer才成功開發出可持續提供11W的光源。

ASML負責EUV產品行銷的Hans Meiling表示，該公司可能低估了這項技術的難度。

最終ASML為了加速技術發展進程，在2013年以31億歐元(約33.4億美元)收購Cymer。

Cymer以名為「雷射光束激發電漿」(Laser-Produced Plasma)法生產EUV光源，初期這項技術被認為不可思議，但Cymer日後確實逐步開發出此一新方法。

受惠於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，另一家光源開發商Gigaphoton據稱在該技術上也取得大幅進步，在此情況下或許業界期待已久的250W光源不再看似遙不可及。

即使如此，EUV微影技術能否實際投入商用化階段，仍必須取決於ASML晶片製造客戶的實驗室及晶圓廠的導入。