1965 年，時任仙童半導體研發總監、后來創立芯片制造商英特爾的戈登·摩爾（Gordon Moore）撰寫了一篇關于 未來十年的半導體芯片的雜志社論。那篇文章包括對當時芯片生產的技術能力和經濟性的簡單觀察。
“最低組件成本的復雜性以每年大約兩倍的速度增加。當然，在短期內，如果不增加的話，這個速度預計會繼續下去。從長期來看，增加的速度是更不確定，我們絕對有理由相信它至少在 10 年內會保持幾乎不變。這意味著到 1975 年，每個集成電路的最低成本元件數量將達到 65,000 個。”。——將更多組件塞入集成電路，電子學，第 38 卷，第 8 期，1965 年 4 月 19 日
該聲明的預測部分只不過是當時進展速度的延續。摩爾本人后來將其描述為“一種瘋狂的推斷”。然而，這種推斷是正確的，業內人士開始及時將其進一步擴展。
隨著時間的推移，這一觀察被視為半導體行業進步的指導原則：摩爾定律。但事實上，它從來就不是科學意義上的實際“定律”。雖然它確實描述了該行業歷史上令人印象深刻的成就，但它的預測能力更像是半導體行業強加給自己的（非常雄心勃勃的）目標或路線圖。它的采用更多地是由經濟學驅動的——希望以可承受的價格保持微芯片功能向前發展——而不是任何物理原理。
不斷發展的常數
雖然我們談論摩爾定律已經存在了 50 多年，但它在這段時間里一直在不斷發展。摩爾關于以最小組件成本實現復雜性的最初觀察已被轉化為各種等效陳述，該定律現在最常表示為芯片上晶體管數量翻倍的速率。
這種翻倍的速度也隨著行業和技術的進步而發生變化（摩爾本人在 1975 年就預測到了這一點）：從最初的一年到兩年，這仍然是行業的步伐。但是，盡管細節發生了變化，但摩爾定律作為以驚人速度發展的路線圖的精髓仍然存在。
那種微縮的感覺
最初，晶體管數量的這種進步和翻倍是通過摩爾描述的三個因素實現的，即增加裸片尺寸、減小尺寸（通常稱為尺寸縮放或縮小）以及設備和電路的巧妙性。
尺寸縮放主要由光刻工藝 和技術的發展驅動。幾十年來，這包括向更短波長的紫外光遷移和增加透鏡的開口角度——數值孔徑 (NA)——以及引入浸沒式光刻、多重圖案化策略以及最近的 EUV 光刻.
由于光刻技術可以打印更小的特征，芯片制造商可以在同一區域內封裝更多晶體管，從而在增加芯片功能的同時保持成本低廉。因此，尺寸縮放能夠在過去四十年里使半導體行業能夠跟上摩爾定律的步伐。
路的盡頭？
較小的晶體管運行速度更快并且需要更少的功率。因此，摩爾定律已成為不斷提高芯片性能和能源效率的代名詞。然而，在某一點上，小尺寸開始干擾晶體管的工作，打破了尺寸與性能以及能效之間的關系。
對于迄今為止大多數微芯片中使用的晶體管類型，該行業在 2000 年代中期左右接近這個臨界點。晶體管仍然以同樣的速度變小，但芯片性能的改進速度較慢。
多年來，微芯片設計和生產發生了巨大變化。
新的前進道路
然而，正如摩爾在 1975 年所反映的那樣，制作更小的特征只是提高芯片性能的一種方式。幾十年來，半導體行業還通過設備和電路的巧妙性提高了芯片性能——用于制造晶體管的材料和結構的創新。這種方法稱為設備縮放。例如，使用“低 k 電介質”等材料可以改善晶體管的電性能。
更激進的是，不斷開發新的晶體管架構以克服傳統晶體管的尺寸限制。為此，業界推出了基于所謂的 FinFET 的芯片，該芯片在硅表面上使用薄但相對較高的結構，類似于鰭。FinFET 是最早被稱為 3D 晶體管的新型晶體管之一。
尺寸和器件縮放涉及晶體管本身的演變。近年來，系統級創新也實現了性能提升，允許使用現有晶體管技術進一步擴展。
實現這一目標的一種方法是通過更大的片上集成，例如將處理器、存儲器和輔助功能組合到一個芯片中的片上系統解決方案以及3D NAND 閃存，其中多層閃存在每個芯片的頂部制造其他以增加同一區域的存儲容量。另一種選擇是使用新穎的封裝解決方案將多個優化芯片集成到一個完整的系統中，通常是將芯片堆疊在一起。
未來十年
在過去的 15 年中，這些方法共同使摩爾定律保持良好狀態。縱觀整個行業的路線圖，有充分的證據表明他們將在未來十年甚至更長時間內保持這種狀態。
當然，在器件方面，有足夠的計劃創新將擴展路線圖繼續擴展至至少 1 nm 節點，其中柵極環繞 FET、納米片 FET、叉片 FET 和互補 FET 是更有希望的可能性。這些發展將通過光刻分辨率（預計每六年左右縮小兩倍）和邊緣放置誤差 (EPE) 測量的精度提高推動的進一步尺寸縮放得到補充。
ASML 對創新的持續推動將支持這一趨勢。我們的 EPE 路線圖是我們整體光刻產品組合的關鍵，將通過進一步改進光刻平臺和我們的應用（包括計量和檢測）路線圖中的開發來實現。EUV 光刻是 ASML 獨有的一項技術，現已進入大批量生產，允許在 5 nm 節點上進行更簡單、更具成本效益的生產。我們目前還在開發我們的下一代光刻平臺——High-NA（EUV 0.55 NA）——它將允許在 1 nm 節點左右進行單次曝光生產。
此外，我們可以預期系統級擴展將發揮比迄今為止更大的作用。去年，內存制造商生產了具有 176 個存儲層的 3D NAND 芯片，并宣布了到 2030 年左右具有 600 多個存儲層的芯片的路線圖。除此之外，創新將采取什么樣的形式鮮為人知。但是，如果說摩爾定律 55 年的歷史向我們展示了什么的話，那就是半導體行業充滿了新發展的想法。只要我們還有想法，摩爾定律就會繼續存在并繼續發揮作用。
