后摩尔定律时代，半导体厂商应该怎么做？

目前在市场上只有来自荷兰的设备业者ASML能供应EUV微影系统，是该公司投入了三十年时间与庞大研发成本的成果，而该公司甚至获得了英特尔、台积电与三星（Samsung）等半导体大厂的联合投资，这些股东们的首要目标就是加速EUV技术的实现。 ASML发言人表示："我们预期EUV微影将在个位数奈米制程节点被应用于内存中的两个或更多层；而在最先进的逻辑制程节点（7或5奈米），则被应用于6~9层。 "

ASML的第一代（采用0.33NA光学镜片、实现约13奈米的线宽） EUV微影设备NXE:3400B将在今年正式出货，预期吞吐量可达每小时125片晶圆、微影迭对（overlays）误差容许度在3奈米以内；该公司表示已有4家逻辑芯片制造商、2家内存芯片制造商表示将在2018年左右采用第一代EUV系统进行量产。

图3：ASML的EUV微影设备发展蓝图 （来源：ASML）

采用今日的浸润式微影设备需要以多重光罩才能实现的电路图形，若采用0.33NA的EUV系统预期只需要单一光罩步骤就可完成；不过半导体制程若再继续往更细微节点迈进，就算采用EUV设备也可能需要多重图形步骤。

为此ASML于去年11月就宣布以11亿美元收购光学大厂蔡司（Carl Zeiss）的24.9%股份，双方将连手研发数值孔径（numerical aperture，NA）高于0.5的版本，不过此第二代EUV微影要到2024年以后才会量产，将能实现约8奈米的线宽，预期产量为每小时185片晶圆产量、 迭对误差容许度小于2奈米。

ASML技术长Martin van den Brink在发表上述合作案时的新闻声明中指出，新一代（0.5NA）系统将"可在次3奈米节点为芯片制造商避免复杂且昂贵的0.3NA系统多重图形步骤，以单次曝光支持高生产力，并可降低单位成本。 "

不过市场研究机构VLSI Research总裁Risto Puhakka表示，产业界人士仍广泛预期，在第二代EUV系统于2024年左右问世以前，恐怕还是得使用第一代0.33NA微影系统进行多重图形。 "只是需要几重图形、以及会需要多久时间？ "他也指出，以往ASML不曾直接投资供应链上的任何厂商，而且是以大手笔收购高比例股份，显见要打造更新一代EUV系统是高风险任务，而且ASML势在必得。

看来如果一切顺利，2018年就能看到第一批采用EUV微影设备量产的先进制程节点IC；但机台尺寸几乎等同一间小房间的EUV，一台要价超过1亿美元（至少31亿台币），这意味着除非是财力够雄厚的半导体厂商，很难负担此尖端技术的投资。

而千呼万唤始出来的EUV微影设备就算真的在2018年之后顺利上线量产，在终端应用市场如PC、智能型手机等成长停滞、缺乏大量需求的趋势下，采用该设备之先进制程初期成本与风险势必仍然偏高，IC业者如果想只靠EUV来维持摩尔定律"制程越微缩、晶体管单位成本越低"的理论，恐怕并不容易。

所以，除了"传统"的半导体制程微缩，IC厂商们还有什么别的方法能维持利润？

其他的技术选项

也出席了今年1月美国ISS 的Globalfoundries技术长Patton在专题演说中表示："摩尔定律将终结只是一个看法，我们总是能找出如何推动事情演进的方法；"他认为，芯片业者现在必须要在制程以及封装技术方面寻求不同方向的创新（图4），"整个产业环境跟我入行的时候已经完全不一样了。 "

图4：除了追随摩尔定律，Globalfoundries技术长Gary Patton认为IC业者应该寻求不同方向的制程与封装技术创新

在半导体产业界拥有超过三十年经验的Patton，在先前向台湾本地媒体简报Globalfoundries技术策略时表示，今日市场上有各种各样新崛起的电子装置与终端应用，例如行动运算、普适运算（pervasive computing，例如无所不在的连网智能装置）以及人工智能（AI）、虚拟/扩增实境（AR/VR）。.. 等等，单一技术并不一定适合所有应用的需求。

Patton表示，人工智能、云端运算、高速通讯等应用，目前最尖端的3D晶体管FinFET制程是理想选择，目前该技术进入14奈米节点量产、已经成熟而且对高阶应用有价值；至于对运算性能要求较低、也以较低功率运作的各种嵌入式装置，例如物联网设备，其实就不一定要用到最尖端的FinFET制程，否则并不符合成本效益。

GlobalFoundries提供的其他技术选项是全空乏绝缘上覆硅（Fully depleted silicon-on-insulator，FD-SOI）制程；Patton指出，该公司准备在2017年量产的22奈米FD-SOI制程，在成本上与成熟的28奈米平面晶体管制程相当，但能达到类似FinFET制程的性能，而且功耗更低、 封装尺寸更小，也更适合与RF组件的整合。

在封装技术方面，Patton表示在过去一年来，Globalfoundries看到2.5D与3D芯片堆栈的客户需求有大幅成长