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ASML規劃2036突破0.2nm 摩爾定律仍將延續

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林宗辉╱北美智权报　编辑部

近年来，随着科技的快速发展和终端应用的不断扩张，对半导体晶片的需求呈现爆发式增长。为了满足市场对更高性能、更低功耗晶片的需求，半导体制程技术不断突破，各大晶圆代工龙头纷纷投入先进制程的研发与量产。目前业界最先进的制程节点已达到3奈米，由台积电率先实现量产。

然而，随着电晶体尺寸的不断微缩，当制程来到10奈米以下时，半导体产业面临了前所未有的挑战。受限于物理极限，量子效应、漏电流等问题日益严重，传统的微缩方式难以为继。除了技术上的挑战，先进制程的研发与生产成本也呈现指数级上升，加上晶片设计复杂度的增加，使得晶片设计和生产的门槛越来越高。业界普遍认为，当前的摩尔定律正面临重大瓶颈，延续晶片性能提升的道路举步维艰。

最新制程技术路线图

面对半导体产业的重重挑战，国际知名的微电子研究中心IMEC在2023年发布的半导体技术路线图中指出，通过在电晶体结构、材料、制程等方面的一系列创新，半导体制程有望在2036年达到0.2奈米的里程碑。这一预测展现了IMEC对半导体技术发展潜力的信心，为业界指明了一条突破物理极限的可行之路。

图说：IMEC的规划中要在2036年将制程推往0.2nm。/图片来源：IMEC

在这份最新路线图中，IMEC详细阐述了从现在到2036年半导体技术的演进历程，涵盖了多个世代的制程节点和电晶体结构的发展。根据路线图，当前主流的FinFET鳍式场效应电晶体结构将延续到3奈米节点。随后，业界将引入全新的环绕栅极(Gate-All-Around， GAA)电晶体结构，以进一步提升电晶体的控制能力和性能。GAA电晶体采用了创新的立体结构，将沟道完全包裹在栅极中，从而实现更佳的电流控制和更小的漏电流。台积电、三星等龙头厂商都已宣布在2奈米节点采用GAA电晶体。

展望未来，IMEC预计GAA结构将持续演进，并在1奈米以下节点采用更为先进的Fork Sheet(叉状片)结构，以进一步提升电晶体密度和性能。除了电晶体结构的创新，IMEC的路线图还涵盖了互补式场效应电晶体(CFET)的发展愿景。CFET通过将N型和P型电晶体垂直堆叠，大幅提升了电晶体密度，有望在0.7奈米及以下节点得到广泛应用。此外，IMEC还展望了采用二维材料(如二硫化钨、二硒化钼等)电晶体沟道的前景。这些只有单原子层厚度的材料具有优异的电学特性，有望在终极的缩小化尺度上取代传统矽基材料，推动摩尔定律的延续。

ASML高NA EUV曝光机的关键作用

在半导体制程不断推进的过程中，曝光技术扮演着至关重要的角色。作为半导体制程微缩的核心推动力，先进的曝光技术为晶片性能的不断提升提供了重要保障。荷兰曝光设备巨头ASML公司开发的极紫外光(EUV)曝光机，已成为当前最先进制程的关键装备。然而，随着制程的进一步微缩，现有的EUV曝光机也面临着解析度的极限。

为此，ASML正在开发NA值高达0.55的下一代EUV曝光机，预计将在2025年实现量产。0.55 NA EUV曝光机的解析度可以比现有0.33机型提高约70%，有望将EUV曝光技术的应用拓展到1奈米以下的节点。高NA EUV曝光机的研发是一项极具挑战性的任务，需要在光学系统、光罩、光阻等诸多方面实现重大创新和突破。为了实现0.55的超高NA值，ASML采用了一种创新的光学设计方案，使用了更大尺寸、非球面的反射镜，并引入了新型的曝光光源。同时，高NA曝光对光罩的平坦度和缺陷控制提出了更高的要求，光罩制程技术也需要相应升级。此外，高NA曝光还需要与之配套的新型高解析度曝光胶材料。为了应对这些挑战，ASML与上下游产业链紧密合作，共同推动技术的发展和成熟。

根据ASML的规划，首台0.55 NA EUV曝光机将于2023年下线，随后将交付给IMEC和晶圆代工龙头企业进行制程技术验证和开发。预计到2025年，高NA EUV曝光机将实现商业化量产，并在2奈米以下节点得到广泛应用。届时，高NA EUV曝光技术将与创新的电晶体结构(如GAA、CFET等)相结合，携手推动摩尔定律的延续，引领半导体制程技术迈向更微观的尺度。

半导体产业的未来展望

尽管IMEC和ASML提出了突破性的技术路线图和机台研发计划，为半导体产业指明了前进的方向，但我们也必须谨慎地看待这些愿景能否如期实现。毕竟，半导体制程的微缩之路面临着诸多前所未有的挑战，每一步都充满了不确定性。

新材料、新结构、先进封装等创新技术的研发和应用，都需要大量的时间和资源投入，同时也面临着技术可行性和成本效益的考验。异质整合、三维堆叠、系统级封装等新兴方向，虽然有望突破传统微缩的瓶颈，但其复杂度和可靠性也带来了新的挑战。产业链各环节的协同创新，以及产学研的紧密结合，虽然是攻克难题的关键，但如何有效整合各方资源，打造高效的创新生态系统，仍然是一个巨大的考验。

此外，半导体产业的发展还面临着地缘政治、市场波动、人才短缺等多方面的不确定因素。贸易摩擦、技术脱钩、疫情冲击等外部环境的变化，都可能对全球半导体供应链造成重大影响。而随着技术门槛的提高，半导体人才的培养和储备，也成为了制约产业发展的潜在瓶颈。

MIT Techreview 中文版研究经理

财讯双周刊撰述委员

美国波士顿Arthur wood 投资顾问公司分析师

ASML規劃2036突破0.2nm 摩爾定律仍將延續

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