極紫外光刻新技術問世，大幅降本增效

極紫外線光刻機（Extreme Ultra-violet），又通常被稱為 EUV 光刻機，它以波長為 10~14 納米的極紫外光作為光源的光刻技術，該設備當前可被應用于 14 納米及以下的先進制程芯片的制造。

極紫外線光刻機是芯片生產工具，是生產大規模集成電路的核心設備，對芯片工藝有著決定性的影響。小于 5 納米的芯片晶圓，只能用 EUV 光刻機生產。

據日本沖繩科學技術大學院大學（OIST）官網最新報告，該校設計了一種極紫外（EUV）光刻技術，超越了半導體制造業的標準界限。基于此設計的光刻設備可采用更小的 EUV 光源，其功耗還不到傳統 EUV 光刻機的十分之一，從而降低成本并大幅提高機器的可靠性和使用壽命。

在傳統光學系統中，例如照相機、望遠鏡和傳統的紫外線光刻技術，光圈和透鏡等光學元件以軸對稱方式排列在一條直線上。這種方法并不適用于 EUV 射線，因為它們的波長極短，大多數會被材料吸收。因此，EUV 光使用月牙形鏡子引導。但這又會導致光線偏離中心軸，從而犧牲重要的光學特性并降低系統的整體性能。

為解決這一問題，新光刻技術通過將兩個具有微小中心孔的軸對稱鏡子排列在一條直線上來實現其光學特性。

由于 EUV 吸收率極高，每次鏡子反射，能量就會減弱 40%。按照行業標準，只有大約 1% 的 EUV 光源能量通過 10 面反射鏡最終到達晶圓，這意味著需要非常高的 EUV 光輸出。

相比之下，將 EUV 光源到晶圓的反射鏡數量限制為總共 4 面，就能有超過 10% 的能量可以穿透到晶圓，顯著降低了功耗。

新 EUV 光刻技術的核心投影儀能將光掩模圖像轉移到硅片上，它由兩個反射鏡組成，就像天文望遠鏡一樣。團隊稱，這種配置簡單得令人難以想象，因為傳統投影儀至少需要 6 個反射鏡。但這是通過重新思考光學像差校正理論而實現的，其性能已通過光學模擬軟件驗證，可保證滿足先進半導體的生產。團隊為此設計一種名為「雙線場」的新型照明光學方法，該方法使用 EUV 光從正面照射平面鏡光掩模，卻不會干擾光路。

今年 5 月，臺積電也曾表示 A16 先進制程節點不一定需要 ASML 最新的先進芯片制造設備高數值孔徑極紫外光曝光機（High-NA EUV），原因是太貴了。據悉，這一部機器要價 3.8 億美元。

臺積電業務開發資深副總經理暨副共同營運長張曉強表示：「價格非常高昂。我喜歡 High-NA EUV 的能力，但我不喜歡它的標價。」

據悉，ASML 的這款新設備能夠用僅僅 8 納米寬的線條壓印半導體，相較下，前一代機器的線條寬度則高出 1.7 倍。

售價方面，這款 EUV 一部售價達到 3.5 億歐元（3.8 億美元），重量等同于兩臺空巴 A320 客機。

ASML 是唯一生產用來生產最復雜半導體所需設備的廠商，ASML 產品的需求是半導體產業景氣的晴雨表。

英特爾已經采購了 ASML 這款最新的 High-NA EUV 設備，而且在去年 12 月底，第一臺設備就已運往英特爾奧勒岡廠。

張曉強說，臺積電所謂 A16 先進制程節點（預定 2026 年稍晚量產）不一定需要使用 ASML 的 High NA EUV 設備，而且可以繼續仰賴臺積電已有的較舊款 EUV 設備，「我認為目前，我們現有的 EUV 能力應該有辦法支援了」。

使用新的 ASML 技術，將取決于它在何處最具經濟效益，以及「我們能夠達成的技術平衡」。他不愿透露臺積電何時將從 ASML 采購 High-NA EUV。

制造先進導體正面臨成本上升、技術更加復雜的局面。英特爾面臨的挑戰尤多，還大力推動進軍晶圓代工市場，想切入臺積電稱霸的晶圓代工市場。

據悉，英特爾已經獲得了 ASML 在明年上半年制造的大部分高數值孔徑 (NA) 極紫外 (EUV) 光刻設備。

ASML 今年計劃生產 5 臺高 NA EUV 光刻設備，而這些設備將全部供應給英特爾。他們表示，ASML 每年生產高數值孔徑（NA）EUV 設備的能力約為 5-6 臺，由此可見英特爾已經獲得了計劃在 2024 年生產的全部 5 臺設備——每臺單位的成本約為 3.7 億美元，這凸顯了英特爾在先進制造技術上的巨大投資。

與此同時，英特爾的競爭對手如三星和 SK 海力士則必須等到 2025 年下半年才能獲得此類設備。他們還表示，這家美國芯片制造商在宣布重新進入芯片代工或代工芯片生產業務時，搶先購買了這些設備。

張曉強表示，營運晶圓廠的成本，包括營建、工具、電力和原物料「持續上漲」「這是整個產業面臨的集體挑戰。」