在日前舉辦的2017年Q4法說會上， 台積電透露， 其極紫外光光刻機（extreme ultraviolet lithography: ， 簡稱EUV光刻機）產能已經取得了較大的進步， 目前已經將其電源功率提高到160W，
EUV光刻機的唯一供應商ASML在2017年度Semicon West半導體設備展上也表示， 250瓦的EUV光源也萬事俱備。 公司2017年財報中也強調， 其EUV光刻機滿足了125WPH（每小時生產125片晶圓）的性能規格。 那就意味著最初計畫在2004年推出的EUV光刻機， 在延誤了十三年之後， 終於準備好了。
EUV光刻機被譽為救世主， 關鍵問題已解決過去幾十年， 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制程的更新。 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。 不過在之前推進EUV光刻機的過程中， 碰到各種各種各樣的問題， EUV光刻機商用的時間也一拖再拖，
在EUV光刻機工作過程中， 需要電源將等離子體轉換成13.5nm波長的光線， 之後再經過鏡子的幾重反射， 再打落到晶圓上。 但是之前的電源並不能給EUV提供足夠的功率， 進而滿足經濟可行性。 這就首先要瞭解對EUV光刻機的要求：
簡單來說， 引入EUV光刻機的工作目標， 就是把原來傳統光刻的雙層pattering簡化成一層EUV完成， 進而降低光罩的層數， 降低生產複雜度。 而為了達到現有的傳統光刻機250到270WPH的生產效率， 那麼來到EUV光刻機， 那麼至少需要125WPH的效率， 才能達到COO（cost of ownership）和OEE（overall equipment efficiency）， 這就對光源提出250瓦的要求。 但知道2012年， EUV光刻機的唯一供應商ASML只是實現了25瓦的光源。
為了加速光源的發展， 他們在2012年斥資25億美元收購了世界領先的准分子鐳射源提供商Cymer。 從全球領先的專利查詢平臺智慧芽上瞭解到， Cymer是一家專注於鐳射、X射線及深紫外光源的企業。 收購Cymer， 讓ASML直接從源頭上獲得了其發展中至關重要的光刻機光源技術。
據介紹， Cymer 使用了一種叫做“鐳射等離子體”的方法， 這種方法是在一個真空腔體中， 用源自金屬切割技術的放大器， 產生強大的二氧化碳鐳射， 通過腔體， 照射一束每秒被發射出5萬滴的超純錫液滴。 當雷射脈衝照射到錫液滴時，液滴會被加熱成等離子體並產生EUV射線。接著，一個反射鏡收集器將該過程產生的光線反射到光刻機中。
在這個方法的基礎上，ASML和Cymer持續改進，並在2016年達到200瓦的功率，到2017年下半年，終於實現了250瓦的光源和125WPH的效率，那就意味著EUV光刻機的商用指日可待。
三星、台積電、英特爾和格芯的爭奪戰打響隨著HPC和智慧手機的發展，對晶片性能的要求越來越高，設計廠商對先進工藝的需求也隨之高漲，在台積電Q4法說會，台積電表示已經有了50個7nm客戶，就是最好的證明。面對這個市場，正如文章開頭所說，晶圓代工廠們需要將目光投向EUV光刻機尋求幫助。2017年5月剛從三星集團獨立出來的三星晶圓廠就是當中最為激進的一個。
EUV光刻機無疑是未來的大勢所趨。
格芯首席技術官Gary Patton表示，如果在5nm的時候沒有使用EUV光刻機，那麼光刻的步驟將會超過100步，這會讓人瘋狂。所以所EUV光刻機無疑是未來5nm和3nm晶片的最重要生產工具，未來圍繞EUV光刻機的爭奪戰將會變得異常激烈。因為這是決定這些廠商未來在先進工藝市場競爭的關鍵。
據ASML的年報得知，2016年，他們總共才出貨了四台EUV光刻機，2017年則交付了10套EUV系統。而從媒體報導中我們得知，2018年，ASML的EUV光刻機產量可以達到24台，但這些訂單都已經被搶購一空。但到2019年，ASML會將其產能提高到40台，這會大大緩解EUV光刻機的供應壓力。
更大的挑戰扔在後頭在基本克服了250W光源這個難題之後，ASML對晶圓廠客戶有了一個基本的交代，但是對於EUV光刻機系統來說，仍然有一些問題需要被解決的。
首先就是光罩問題；
據介紹，EUV所用的光罩和193nm浸沒式光刻的光罩完全不同，它們由使用了數十種不同材料的納米層組成。根據資料調查顯示，過去12個月來，光罩製造商已經製作了1041個EUV光罩，光罩良率目前僅為64.3%。但同期間曝光的主流的光罩數達到46萬2792個，平均良率高達94.8%。因此如何提升光罩良率和成本問題，就成為他們考慮的首要問題。
其次EUV薄膜問題也不能忽略；
雖然現在EUV設備都是處於超潔淨環境中，但是在製造過程中，灰塵是無可避免地產生的。如果有一點回城掉到光罩上，則會造成很大的損失。現在主流光罩的薄膜是透明的，能夠經受得起考驗，但是目前的EUV薄膜是不透明的，那就需要超薄型的薄膜去製造透明的EUV薄膜，能夠抵擋EUV光刻機的震盪和相關干擾對光罩造成的影響。
還有一個重要的問題是目前沒有很好的方法去檢測光罩的缺陷；
理想情況下，你可以用EUV光去掃描那些需要修補的點。但這個被稱為actinic patterned-mask inspection的技術依然還在研究當中，所以所有的晶片製造商目前在光罩檢測上也只能用權宜之計：有些廠商使用193nm光刻的那些工具。但是來到7nm，用193nm的方法無異於緣木求魚。因為方法雖然相同，但是你總會錯過一些東西。晶片製造商也使用一個叫做“print check”的技術去檢查晶圓，但這個方法在時間和金錢成本都很高，並不能讓人接受。
對ASML來說，未來還需要解決一個光源問題。
目前的250W光源應用在7nm甚至5nm都是沒問題的，但到了3nm，對光源的功率需求將會達到500W，到了1nm的時候，光源功率要求甚至達到了1KW，這也不會是一個容易的問題。
讓我期待一些聰明的工程師幫我們解決這些問題。
文/半導體行業觀察 李壽鵬
今天是《半導體行業觀察》為您分享的第1476期內容，歡迎關注。
當雷射脈衝照射到錫液滴時，液滴會被加熱成等離子體並產生EUV射線。接著，一個反射鏡收集器將該過程產生的光線反射到光刻機中。在這個方法的基礎上，ASML和Cymer持續改進，並在2016年達到200瓦的功率，到2017年下半年，終於實現了250瓦的光源和125WPH的效率，那就意味著EUV光刻機的商用指日可待。
三星、台積電、英特爾和格芯的爭奪戰打響隨著HPC和智慧手機的發展，對晶片性能的要求越來越高，設計廠商對先進工藝的需求也隨之高漲，在台積電Q4法說會，台積電表示已經有了50個7nm客戶，就是最好的證明。面對這個市場，正如文章開頭所說，晶圓代工廠們需要將目光投向EUV光刻機尋求幫助。2017年5月剛從三星集團獨立出來的三星晶圓廠就是當中最為激進的一個。
EUV光刻機無疑是未來的大勢所趨。
格芯首席技術官Gary Patton表示，如果在5nm的時候沒有使用EUV光刻機，那麼光刻的步驟將會超過100步，這會讓人瘋狂。所以所EUV光刻機無疑是未來5nm和3nm晶片的最重要生產工具，未來圍繞EUV光刻機的爭奪戰將會變得異常激烈。因為這是決定這些廠商未來在先進工藝市場競爭的關鍵。
據ASML的年報得知，2016年，他們總共才出貨了四台EUV光刻機，2017年則交付了10套EUV系統。而從媒體報導中我們得知，2018年，ASML的EUV光刻機產量可以達到24台，但這些訂單都已經被搶購一空。但到2019年，ASML會將其產能提高到40台，這會大大緩解EUV光刻機的供應壓力。
更大的挑戰扔在後頭在基本克服了250W光源這個難題之後，ASML對晶圓廠客戶有了一個基本的交代，但是對於EUV光刻機系統來說，仍然有一些問題需要被解決的。
首先就是光罩問題；
據介紹，EUV所用的光罩和193nm浸沒式光刻的光罩完全不同，它們由使用了數十種不同材料的納米層組成。根據資料調查顯示，過去12個月來，光罩製造商已經製作了1041個EUV光罩，光罩良率目前僅為64.3%。但同期間曝光的主流的光罩數達到46萬2792個，平均良率高達94.8%。因此如何提升光罩良率和成本問題，就成為他們考慮的首要問題。
其次EUV薄膜問題也不能忽略；
雖然現在EUV設備都是處於超潔淨環境中，但是在製造過程中，灰塵是無可避免地產生的。如果有一點回城掉到光罩上，則會造成很大的損失。現在主流光罩的薄膜是透明的，能夠經受得起考驗，但是目前的EUV薄膜是不透明的，那就需要超薄型的薄膜去製造透明的EUV薄膜，能夠抵擋EUV光刻機的震盪和相關干擾對光罩造成的影響。
還有一個重要的問題是目前沒有很好的方法去檢測光罩的缺陷；
理想情況下，你可以用EUV光去掃描那些需要修補的點。但這個被稱為actinic patterned-mask inspection的技術依然還在研究當中，所以所有的晶片製造商目前在光罩檢測上也只能用權宜之計：有些廠商使用193nm光刻的那些工具。但是來到7nm，用193nm的方法無異於緣木求魚。因為方法雖然相同，但是你總會錯過一些東西。晶片製造商也使用一個叫做“print check”的技術去檢查晶圓，但這個方法在時間和金錢成本都很高，並不能讓人接受。
對ASML來說，未來還需要解決一個光源問題。
目前的250W光源應用在7nm甚至5nm都是沒問題的，但到了3nm，對光源的功率需求將會達到500W，到了1nm的時候，光源功率要求甚至達到了1KW，這也不會是一個容易的問題。
讓我期待一些聰明的工程師幫我們解決這些問題。
文/半導體行業觀察 李壽鵬
今天是《半導體行業觀察》為您分享的第1476期內容，歡迎關注。