「AET原創」EUV是7nm節點之後的必然趨勢

過去幾十年，半導體產業在摩爾定律的指導下獲得了高速的發展，為了滿足摩爾定律「同等面積晶片集成的電晶體數每18個月翻一番」的要求，晶圓廠一直在推動工藝製程的更新。

但隨著節點的演進，產業界普遍認為傳統的光刻將會在65nm或者45nm的時候遭受到障礙，為此他們尋找新的解決辦法，EUV就是他們的主要選擇。

所謂EUV，是指波長為13.5nm的光。

相比於現在主流光刻機用的193nm光源，新的EUV光源能給矽片刻下更小的溝道，從而能實現在晶片上集成更多的電晶體，進而提高晶片性能，繼續延續摩爾定律。

晶片行業從20世紀90年代開始就考慮使用13.5nm的EUV光刻（紫外線波長範圍是10~400nm）用以取代現在的193nm。

EUV本身也有局限，比如容易被空氣和鏡片材料吸收、生成高強度的EUV也很困難。

業內共識是，EUV商用的話光源功率至少250瓦，Intel還曾說，他們需要的是至少1000瓦。

除了光刻機本身的不足之外，對於EUV光刻機系統來說，光罩、薄膜等問題也有待解決。

近兩年內來看（2019-2020 年），7nm 節點後光刻技術從 DUV 轉至 EUV，設備價值劇增。

當前使用的沉浸式光刻技術波長 193nm（DUV，深紫外光），而當進行 7nm 以下節點製造時就需採用波長 13nm 的 EUV 光刻機。

根據 ASML 公布的路線圖，EUV 光刻機首先於2018年在7nm及以下邏輯晶片開始應用。

在EUV設備製造過程中，由於EUV波長僅13nm，沒有合適介質進行精準折射，因而所有光路設計均採用反射的形式，設計更加複雜，對精度要求極高，製造難度極大。

全球只有 ASML 生產的 NXE3400B 是唯一支持 7nm 及 5nm 的EUV 光刻機，單台機器價值約 1.17 億美元。

台積電擁有 EUV 設備最多，為 ASML 最大客戶，三星次之。

EUV 設備作為 7nm 以下製程必備工藝設備，對廠商最新製程量產具有至關重要的作用。

由於對精度要求極高，台積電與 ASML 在研發上有相關技術配合。

台積電與三星是 ASML 前兩大訂購客戶。

對於中國大陸廠商來說，並不存在「瓦森納協議」限制向中國出口最先進 EUV 光刻機的情況。

中芯國際目前已從 ASML 預定 1 台 EUV 光刻機，這對於中芯國際未來發展 7nm 以下技術具有積極意義。

英特爾 7nm 採用 EUV 雙重曝光技術已有提前布局，仍有望按原定計劃量產。

在今年的5月份，三星就發布了基於7nm EUV工藝的下一代手機處理器Exynos 9825。

三星稱，通過7nm EUV工藝，新處理器的生產過程可以減少 20% 的光罩流程，使整個製造過程更簡單，還能節省時間和金錢，另外還達成40%面積縮小、以及20%性能增加與55%的功耗降低目標。

台積電也在6月份宣布批量生產7nmN7+工藝，這是台積電第一次、也是行業第一次量產EUV極紫外光刻技術。

並表明這種新工藝的產量已經可以達到原來7nm工藝的水平了。

在EUV之外，7nm 節點還有另外一種技術路徑，即採用 193nm 波長+SAQP 四重圖案化達到所需解析度。

下圖黃線中紅點處即代表採用193i 浸沒式光刻機+SAQP四重圖案技術，對應英特爾所選擇的技術路線；7nm在藍線中藍色區域代表採用EUV光刻機單次圖案化，代表台積電和三星所選擇的技術路線。

在之後的 5nm 節點，193i 光刻機技術難度更大，採用 EUV 雙重圖案化是較為合理的選擇。

從成本角度考量，193i 多重圖案化在某些場景仍然是最為經濟的選擇。

根據東京電子測算的不同曝光工藝標準化晶圓成本，EUV 單次曝光的成本是193i（DUV）單次曝光的 4倍，而 193i 四重圖案曝光 SAQP 是 3 倍，EUV 單次曝光技術的晶圓成本高於自對準四圖案曝光（193i SAQP）。

採用 193i SAQP 仍然具有成本優勢。

儘管 193i更為經濟，但EUV 仍是未來更先進位程不可或缺的工具。

英特爾在 Fab42 工廠已有布局 EUV，計劃用於 7nm 及以下節點，由於英特爾 7nm 節點不再面臨 SAQP 四重曝光技術難題，而是EUV 雙重曝光，有望重回正軌按原定計劃 2020 年量產。