2016年EUV降臨 半導(dǎo)體格局生變

　　在9月份召開的“SEMICONTaiwan2014”展覽會(huì)上，ASML公司的臺(tái)灣地區(qū)銷售經(jīng)理鄭國(guó)偉透露，第3代極紫外光(EUV)設(shè)備已出貨6臺(tái)。鄭國(guó)偉同時(shí)指出，ASML的EUV設(shè)備近期取得驚人突破，已有2家客戶在以它進(jìn)行晶圓處理時(shí)，測(cè)試結(jié)果達(dá)到每天可曝光超過(guò)600片晶圓。

　　業(yè)界消息也印證了鄭國(guó)偉的講話：ASML與半導(dǎo)體制造廠共同研發(fā)，繼7月底英特爾成功利用EUV微影技術(shù)，在24小時(shí)內(nèi)完成曝光逾600片晶圓之后，臺(tái)積電也成功在一天內(nèi)完成600片晶圓曝光。這個(gè)消息在印證鄭國(guó)偉的講話的同時(shí)，也預(yù)示了全球兩家頂級(jí)大廠未來(lái)采用EUV光刻技術(shù)，在10nm的量產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)選項(xiàng)中幾乎同步，或者說(shuō)臺(tái)積電在10nm時(shí)順利趕上業(yè)界龍頭英特爾。

　　10nm制程的“十字路口”

　　困局是由于光源的功率不足等原因，導(dǎo)致EUV設(shè)備一再被推遲，讓業(yè)界幾乎喪失信心。

　　眾所周知，一直以來(lái)半導(dǎo)體業(yè)界奉行的寶典是每?jī)赡昕缟弦粋€(gè)工藝臺(tái)階，即所謂的0.7×制程理論。打個(gè)比方，如果說(shuō)2011年半導(dǎo)體業(yè)界跨上了22nm工藝臺(tái)階，那么2013年就是22×0.7=14nm。為什么半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)界會(huì)義無(wú)反顧地去遵循這一規(guī)律呢?道理十分清楚，尺寸縮小，在同樣的芯片面積上晶體管的密度增加一倍，就相當(dāng)于每個(gè)晶體管成本下降50%。

　　但是，半導(dǎo)體業(yè)的前進(jìn)之路到了28nm之后，就發(fā)生了變化。當(dāng)工藝制程進(jìn)入22nm/20nm時(shí)，成本相比28nm不僅沒(méi)有下降，反而升高。原因是當(dāng)工藝尺寸縮小到22nm/20nm時(shí)，傳統(tǒng)的193nm光刻，包括使用浸液式、OPC等技術(shù)已經(jīng)無(wú)能為力，必須采用輔助的兩次圖形曝光技術(shù)(Doublepatterning，縮寫為DP)。從原理上講，DP技術(shù)易于理解，甚至可以曝光3次、4次。但是這必將帶來(lái)兩大問(wèn)題：一個(gè)是光刻加掩模的成本迅速上升，另一個(gè)是工藝的循環(huán)周期延長(zhǎng)。所以業(yè)界心知肚明，在下一代光刻技術(shù)EUV尚未成熟之前，采用DP技術(shù)是不得已而為之的。

　　所以全球半導(dǎo)體業(yè)界在向14nm制程邁進(jìn)時(shí)，一方面采用DP技術(shù)，另一方面為了減少漏電流與功耗，采用新的FinFET結(jié)構(gòu)(注：英特爾在22nm制程時(shí)首先采用FinFET工藝)。

　　至于未來(lái)向10nm挺進(jìn)時(shí)，業(yè)界一直有爭(zhēng)論，一種方案是采用FinFET結(jié)構(gòu)，但是工藝制程上采用DP技術(shù)已經(jīng)不行了，可能必須采用3次或者4次圖形曝光技術(shù)，另一種方案是等待EUV設(shè)備的降臨。盡管EUV光刻工藝，從理論上由于曝光波長(zhǎng)才13.4nm，在10nm時(shí)可以不必采用DP，從而節(jié)省成本(注：到了7nm時(shí)，即使是EUV也需要采用DP技術(shù))。但是采用EUV相應(yīng)也會(huì)帶來(lái)產(chǎn)業(yè)鏈的轉(zhuǎn)變，同樣非同小可。

　　之前的困局是由于光源的功率不足等原因，導(dǎo)致EUV設(shè)備一再被推遲，讓業(yè)界幾乎喪失信心，都認(rèn)為在10nm時(shí)插入EUV光刻工藝毫無(wú)希望，可能要等到7nm。

　　所以業(yè)界把進(jìn)入10nm工藝制程看做是“站在十字路口”，盡管從技術(shù)層面上采用多次DP也能通過(guò)，然而從經(jīng)濟(jì)角度上講不一定誰(shuí)都能夠接受。

　　EUV光刻技術(shù)突破意義重大

　　EUV光刻的導(dǎo)入，將使半導(dǎo)體業(yè)界對(duì)于10nm工藝制程不再猶豫。

　　如今，EUV光刻設(shè)備取得驚人突破，如果2016年EUV真的能夠進(jìn)入量產(chǎn)，那將對(duì)全球半導(dǎo)體業(yè)產(chǎn)生巨大影響。

　　首先，表明摩爾定律將能持續(xù)向10nm及以下制程順利推進(jìn)。EUV光刻的導(dǎo)入，將使半導(dǎo)體業(yè)界對(duì)于10nm工藝制程不再猶豫，肯定會(huì)采用EUV與193nm浸液式光刻的混合模式，即尺寸更細(xì)的采用EUV光刻，有的仍可以采用193nm。另一方面可能讓摩爾定律持續(xù)向10nm及以下制程推進(jìn)，由此半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)可能進(jìn)入一輪新的增長(zhǎng)周期。

　　其次，18英寸硅片進(jìn)程加速。理論上，硅片直徑增大是產(chǎn)業(yè)增長(zhǎng)的另一項(xiàng)重要推動(dòng)力。觀察半導(dǎo)體業(yè)硅片尺寸發(fā)展進(jìn)程，SEMI于2006年公布的一項(xiàng)數(shù)據(jù)顯示，1986年進(jìn)入4英寸，1992年6英寸，1997年8英寸，2005年為12英寸。目前，產(chǎn)業(yè)界討論向18英寸硅片過(guò)渡已經(jīng)持繼一段時(shí)間了，但是由于半導(dǎo)體設(shè)備廠擔(dān)心研發(fā)投資過(guò)大，而客戶數(shù)量稀少等因素，積極性一直不高，再加上摩爾定律接近極限等原因，在18英寸硅片的發(fā)展進(jìn)程中一直伴有爭(zhēng)論，焦點(diǎn)集中在投資回報(bào)與什么時(shí)間開始過(guò)渡上。EUV光刻設(shè)備的成功將使工藝制程可能繼續(xù)還有三個(gè)臺(tái)階可走，即10nm、7nm及5nm。由此也可使得半導(dǎo)體設(shè)備廠減少疑慮，芯片制造廠增加信心，從而加速產(chǎn)業(yè)界向18英寸硅片過(guò)渡的進(jìn)程。

　　最后，英特爾、三星與臺(tái)積電加高通的三足鼎立態(tài)勢(shì)確立。英特爾、三星及臺(tái)積電加高通的三足鼎立態(tài)勢(shì)現(xiàn)在已經(jīng)基本確立，業(yè)界關(guān)切的是處理器、存儲(chǔ)器及代工加設(shè)計(jì)三者之間的比例分配變化?，F(xiàn)在的趨勢(shì)是三星與英特爾己經(jīng)跨入代工，未來(lái)的增長(zhǎng)依賴于物聯(lián)網(wǎng)、可穿戴產(chǎn)品等市場(chǎng)的興起，工藝結(jié)構(gòu)方面依賴于2.5D、3D等封裝與新的材料，如ⅢⅤ族、鍺、碳納米管、碳納米線等的應(yīng)用。

　　不管如何，全球半導(dǎo)體由少數(shù)幾家大廠壟斷的態(tài)勢(shì)不會(huì)再改變。

　　業(yè)界正拭目以待

　　與EUV光刻相關(guān)的掩模及光刻膠等配套材料的問(wèn)題也不少，所以業(yè)界正拭目以待。

　　2016年EUV光刻真的被半導(dǎo)體業(yè)采用是一個(gè)大的突破，它對(duì)于產(chǎn)業(yè)的影響非同小可。首先是工藝尺寸縮小的步伐繼續(xù)挺進(jìn)，表示未來(lái)半導(dǎo)體工藝路線圖的進(jìn)一步落實(shí)，并可預(yù)期產(chǎn)業(yè)會(huì)進(jìn)入新一輪的增長(zhǎng)期。對(duì)于半導(dǎo)體設(shè)備業(yè)更是一個(gè)利好的消息。

　　由于工藝路線圖的進(jìn)一步明確，產(chǎn)業(yè)界將會(huì)加快向18英寸硅片過(guò)渡的步伐。另外，未來(lái)產(chǎn)業(yè)的壟斷現(xiàn)象加劇，導(dǎo)致英特爾，三星及臺(tái)積電加高通的三足鼎立的地位更加明顯，同時(shí)產(chǎn)業(yè)在新的應(yīng)用推動(dòng)下，未來(lái)的兼并重組會(huì)更加劇烈。

　　然而，2016年EUV光刻是否真的能降臨?目前僅是ASML廠家的承諾。這樣的事情之前也曾發(fā)生過(guò)多次了。另外與EUV光刻相關(guān)的掩模及光刻膠等配套材料的問(wèn)題也不少，所以業(yè)界正拭目以待。

　　根據(jù)鄭國(guó)偉的介紹，ASML的EUV機(jī)臺(tái)預(yù)計(jì)2016年年底將達(dá)到每天曝光1500片晶圓的處理能力，協(xié)助客戶采用EUV設(shè)備來(lái)量產(chǎn)10nm的工藝制程。它的第3代EUV機(jī)臺(tái)NXE：3300B已出貨6臺(tái)，并預(yù)計(jì)今年下半年至明年初將再出貨5臺(tái)，第4代的EUV機(jī)臺(tái)NXE：3350目前正在組裝中，預(yù)計(jì)明年可出貨。EUV設(shè)備的售價(jià)昂貴，每臺(tái)售價(jià)高達(dá)9000萬(wàn)歐元(約合人民幣8億元)，并且體積龐大，每臺(tái)運(yùn)輸需動(dòng)用747飛機(jī)，11架次。