現在讓我們來了解一下微影製程對最近半導體生產增加率的下降，和半導體供需穩定產生什麼樣的影響。首先，關於大家經常聽到的 14 奈米 DRAM、4 奈米 AP 等用語，要先說明奈米是什麼意思，以及奈米前面的數字降低（精細製程轉換）究竟意味著什麼。
所謂的幾奈米，意思是晶圓上的電路最細能做到多細，所謂 14 奈米，是指 DRAM 設計時，最小電路寬度（Design Rule）定為 14 奈米，而奈米（nm）是指十億分之 1 米，這樣馬上就能知道 14 奈米 DRAM 的最細線寬是多少。但 14 奈米 DRAM 並非意味著所有電路都是 14 奈米寬，除了最重要的部分以外，其餘部分設計上會有不同寬度的線路。而這就是即使相同 14 奈米 DRAM，各企業晶片大小也不同的原因。
從 16 奈米 DRAM 到 14 奈米 DRAM，最小電路寬度及周圍電路寬度變細的話，DRAM 的晶片尺寸自然會變小。這種製程被稱為精細製程轉換，最近在精細製程的每一代中，晶片約變小 20% 左右的水準。這句話的意思是，如果進行精細製程轉換，同一 12 英寸晶圓生產的半導體量將增加 20% 左右，即降低奈米數字（精細製程轉換），是為了增加產量，降低成本。
那麼，最近微影製程中的困難，使半導體生產成長率下降的說法是什麼意思呢？目前微影設備的主要光刻機是 ArF Immersion（分子雷射搭配濕浸式微影），這是以水為介質，利用光線透水時出現的折射現象的設備。該設備在生產 35 奈米上一代 DRAM 時，即使是半導體電路中最細微的部分，也可以用一道光罩，一下就刻出更精密的電路。
隨著精細化到 30 奈米級以下，該設備無法一次性拍攝出最重要的部分電路圖案。事實上，ArF Emergion 設備的極限是 35 奈米。因此半導體企業針對最精細的部分，設計出一種方式是將電路分為兩個，而不是一個，因為單次曝光已不足以應付線寬縮小所需，線寬之間的間距越來越窄，於是便將曝光分為兩次，這種方式叫做雙重曝光（Double Patterning）。
使用 EUV 設備的話，理論上可以解決雙重等多重曝光精細製程的缺點，也就是可以自然解決生產力減少和投入與產出的下跌問題。最精細的電路部分也可以使用一道光罩一次刻出來，也就是說總製程循環次數可以減少，也不會發生邊緣位置誤差。但實際上即使在使用 EUV 設備的 1A 奈米之後，DRAM 的低生產成長率仍未獲得解決，情況反而更加惡化，其理由如下：
隨著光罩數的增加，半導體總製程循環的次源的弱功率，每小時的晶圓處理量只有一半左右。換言之 EUV 設備的性價比低，對比於 ArF Emergion 設備只有十分之一的水準。不過目前使用 EUV 設備是克服日益惡化的多重曝光缺點的必然選擇，並非因為 EUV 設備的生產率好才如此。
第二，因為目前還處於引進初期，EUV 微影製程也仍然存在技術的困難點。不僅 EUV 設備自身硬體上的問題仍有很大改進空間，相關零部件、材料也存在諸多難題（參考圖 5）。
簡單來說，為了正式引進 EUV 設備，需要由多層透鏡和曝光吸收層（Absorber）組成的無缺陷光罩，超薄膜、高強度、高均勻透射率的光罩護膜（Pellicle），以及高解析度、低照射劑量（Dose）、低氣體釋放度、平滑線條邊緣（Edge）的光阻劑。
另外，最重要的是基於更短的曝光波長、真空環境和超精細圖案，EUV 製程需要發展高難度的良率管理和測試技術。
這就像是為了躲避獅子而逃跑，結果遇到了老虎一樣，為了避免多重曝光，而引進 EUV，不過 EUV 卻也出現不少需克服的難題。
第三，雖然 EUV 製程還存在許多問題，但購買這台設備本身就不容易。如前述所言，EUV 設備在全世界只有艾司摩爾能供應。因此三星電子、台積電、 SK 海力士、Intel 等半導體企業不得不密切關注艾司摩爾的 EUV 產量。
但事實上艾司摩爾也無法生產出如自己所願的 EUV 設備。舉例來說，做為 EUV 設備最關鍵零組件的鏡頭由德國的卡爾蔡司公司（Carl Zeiss）所供應，卡爾蔡司公司的鏡頭產量由於生產設備不易增加、以及需依賴熟練員工等因素，很難快速提高產量。因此艾司摩爾在 2022 年生產的 EUV 微影設備只有 55 臺左右，預計今後兩年內也很難大幅增加。
這裡要告訴大家的關鍵內容是，因為微影製程的困難，DRAM 生產成長率正在下降，儘管有 EUV 製程的應用，但此一問題仍未獲得解決。這種供應上的制約在半導體記憶體需求成長率下降的情況下，也起到了維持業況平衡的作用。
當然，今後如果 EUV 設備價格急遽下降，每小時晶圓總處理量增加，同時相關零組件和材料情況得到明顯改善的話，那麼半導體產量成長率也有可能恢復到以前高水準的可能性。在此種情況下，如果沒有出現大幅增加半導體記憶體需求的動因，那麼半導體供應過剩問題就可能被凸顯出來，因此這是日後還需要再觀察的問題。
作者介紹：宋明燮（송명섭）
韓國半導體權威分析師。
在韓國高麗大學主修英國語文學系，而後進入現代電子（現SK海力士），破例以文科生身份，在技術行銷部門展開職場生活。參與過現代電子和LG半導體之間的合併工作，其後於2001年起，擔任證券公司半導體負責分析師。從KGI證券、Meritz證券、Good Morning新韓證券，直至現在的Hi投資證券，這二十多年來，他只專注於半導體產業分析。身為業界最資深的分析師，2021年12月時，被韓聯社旗下的金融機構Yonhap Infomax介紹為8名分析大師（Guru）中的半導體分析權威。
特別專注於總經面，側重觀察景氣指標，這樣的觀察角度有別於其他分析師。韓國的股市氛圍向來傾向於不做消極股價預測，在這種環境下，他卻以冷靜判斷股價而聞名。
本文經授權轉載自樂金文化《外資這樣買半導體股：最強半導體分析師教你看懂產業週期，台積電、聯發科、聯電……選股+進場+出場，一次搞定！》
責任編輯／郭家宏
