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台积电预计 2019 年量产的 7 奈米制程的第二版本──7 Plus，部分制程将首度导入极紫外光（EUV）微影制程，这是半导体产业期待已久的「救世主」技术。
目前半导体制程的主流光源是氩氟雷射，波长为 193 奈米，当晶体管尺度已微缩到几十奈米时，就像用一支粗毛笔写蝇头小字一般，生产起来有点力不从心。 这也是近几年，摩尔定律即将告终的声浪不断的主因。
极紫外光的波长仅有 13.5 奈米，业界期望这支「超细字小楷」能够让摩尔定律再延伸至少 10 年。
洒百亿购入梦幻设备 足以买下两架 A380
今年 1 月，台积电 5 奈米案环差评估案通过的同一星期。 独家生产 EUV 微影机台的荷兰商艾司摩尔（ASML）在法说会宣布，已接到 EUV 微影机台 6 部订单。 根据《霸荣周刊》（Barron’s）报导，分析师推测，台积电订走了其中 5 台，亦即一口气买下 5.5 亿美元（约 167.8 亿台币）的设备。
这个价钱，几乎可以买下两台世界最大民航机──空巴 A380。
除了昂贵之外，但对台湾而言，EUV 这个「救世主」技术还有一个大缺点──耗电。
有多耗电？ 「吓死人！ 」台积电 300mm Fabs 厂务处资深处长庄子寿心有余悸地说。 他今年 3 月在一场记者会接受《天下》访问时表示，他希望未来台积电 EUV 用得「愈少愈好」，「因为太贵了，用的电也太大了。 」
艾司摩尔至今尚未公布 EUV 机台的耗电功率，但世界第二大内存制造商、南韩的 SK 海力士曾在 2009 年的 EUV Symposium 表示，EUV 的能源转换效率（wall plug efficiency）只有 0.02% 左右。
这个数字现在广为业界引用。 也就是说，当前最先进的 EUV 机台能输出 250 瓦功率的 EUV，需要输入 0.125 万瓩的电力，这个耗电量是传统氩氟雷射的 10 倍以上。
「要把光压到这么短的波长，需要很强很强的能量，」庄子寿解释。
连冷却系统用电也不容小觑
事实上，过去几年，EUV 机台的输出功率过小，迟迟无法达到量产要求，是这个梦幻技术一再延误上市时机的主要理由。
台积电法说时，负责先进制程的共同执行长刘德音也常被分析师问到，他期待的 EUV 机台功率、量产速度各为多少？
在 5 年前，艾司摩尔试验机台的输出功率还仅有 25 瓦。 但就在上个月，该公司达到历史里程碑。 在旧金山的 2017 年 Semicon West 半导体设备展，艾司摩尔宣布，该公司已成功地将 EUV 光源功率提升到 250 瓦，晶圆生产速度因此达到每小时 125 片──这都是台积电、英特尔等大客户之前提出的量产最低要求。 现有的微影系统量产速度为每小时 200 片以上。
为什么提升功率这么难？
曾与台积电合作 EUV 光源研究的台大电机系教授黄升龙解释，主要是卡在散热问题。 他在台大的 EUV 实验机组，输出功率仅有毫（千分之一）瓦等级，水冷系统整个架起来就有一个房间这么大。 晶圆厂的 EUV 量产系统输出功率是台大的上万倍，要怎样将热导出去，是很复杂的技术难题。 而且，「冷却系统也得耗上不少电，」黄升龙说。
整个 EUV 技术商用化的过程之艰辛、投入研发金额之巨，堪称半导体业的「登月计划」。 曾有业者估计，整个业界投入的研发经费超过 200 亿美元（约台币 6,100 亿元）。
EUV 称为「极紫外光」，但物理特性与一般常见的紫外光差异极大。
首先，这种光非常容易被吸收，连空气都不透光，所以整个生产环境必须抽成真空；同时，也无法以玻璃透镜折射，必须以硅与钼制成的特殊镀膜反射镜，来修正光的前进方向，而且每一次反射仍会损失 3 成能量，但一台 EUV 机台得经过十几面反射镜，将光从光源一路导到晶圆，最后大概只能剩下不到 2% 的光线。
这也是 EUV 机台如此耗电的主因之一。
为了确保供电，台积电曾考虑自盖电厂
然而，半导体除了最核心的微影，还有蚀刻、蒸镀、平面化等多道制程。 导入高耗电的 EUV 光源，这道制程对于整厂的用电影响有多大？
这次南科新厂的环差评估过程，台积电主管出示的一张投影片，给了清楚的答案。
若以厂房单位土地规划用电来算，5 奈米制程用电是当今台积电的主流 28 奈米制程的 1.48 倍。 也就是说，如果同样都是 40 公顷的厂区，2020 年量产的 5 奈米制程，总用电会是目前的一倍半。
