半导体制造需要 100 多种不同类型的工艺工具，其中极紫外 (EUV) 光刻工具是昂贵且耗能的。EUV 工具代表了该行业的进展，它能够在一平方英寸的硅片中塞入更多晶体管，以满足处理人工智能、高性能计算和自动驾驶应用的需求。
光刻技术涉及将晶体管图案印刷到硅片上，自 20 世纪 50 年代末以来一直用于半导体制造。几十年来，该行业逐渐采用波长更短的光来印刷更小的晶体管，而 193 纳米深紫外 (DUV) 光刻技术是过去 20 年的主力技术。
EUV 工具中使用的光的波长为 13.5 纳米，远远超出可见光谱，这代表着半导体制造的复杂性呈指数级增长。这种光在地球上不会自然产生。它必须使用高功率激光产生，激光撞击锡滴以产生等离子体，然后等离子体发出必要的光。在 EUV 工具中，这种强光源会穿过多个镜头或从镜子反射，在穿过机器时吸收能量。对于当前一代的 EUV 工具，维持这种光源和加工所需的真空环境需要每台工具高达 1,170 千瓦的功率。下一代 EUV 工具将采用高数值孔径 (High NA)，预计每台工具需要高达 1,400 千瓦的功率。
TechInsights 目前正在跟踪 31 家使用 EUV 光刻技术的晶圆厂，另有 28 家晶圆厂将在 2030 年底前实施 EUV。这将使 EUV 光刻系统的数量增加一倍以上，这意味着仅 EUV 系统每年就需要超过 6,100 千兆瓦的电力。在现实世界中，这是拉斯维加斯大道一年用电量的两倍多。
虽然有 500 多家公司生产半导体，但只有少数公司有能力、有需求和技能来支持 EUV 光刻系统，这对特定区域的能源网有影响。在大批量生产 (HVM) 中使用 EUV 系统的晶圆厂包括：台湾（台积电和美光）、韩国（三星和 SK 海力士）、日本（美光）、亚利桑那州（英特尔和台积电）、俄亥俄州（英特尔）、爱达荷州（美光）、俄勒冈州（英特尔）、纽约州（美光）、德克萨斯州（三星）、德国（英特尔）和爱尔兰（英特尔）。
图表显示了全球大批量制造工厂中 EUV 工具年度用电量的预测增长情况。
需要注意的是，该图表仅显示了 EUV 工具的耗电量，而不是晶圆厂所需的总电量。事实上，EUV 工具仅占晶圆厂总耗电量的约 11%。其他工艺工具以及设施设备都需要电力，包括用于支持洁净室工具的泵以及用于维持洁净室温度、湿度、气流和纯度的复杂 HVAC 系统。总而言之，58 家使用 EUV 光刻技术的晶圆厂每年所需的总电力可能超过 54,000 千兆瓦，相当于拉斯维加斯大道一年用电量的 19 倍，可能会给台湾、韩国和美国的电网带来负担。
EUV 光刻技术在半导体制造中的快速应用标志着一项重大的技术飞跃，使生产对人工智能、高性能计算和自动驾驶至关重要的更小、更强大的晶体管成为可能。然而，这一进步对能源消耗产生了相当大的影响。到 2030 年，配备 EUV 的晶圆厂数量将增加一倍以上，电力需求将激增，对电力基础设施和可持续性构成挑战。半导体行业、政策制定者和能源供应商必须合作开发创新解决方案，以平衡技术进步与环境管理。
