極紫外光刻(EUV lithography)
每一顆晶片都是用光「印」出來的,而光有一道硬性的極限:它畫不出比自身波長精細太多的圖形。在長達二十年的時間裡,最先進的製程一直靠氟化氬雷射發出的 193nm 紫外光來打天下;為了印出遠比這個波長還小的圖形,晶圓廠只能仰賴多重曝光(multi-patterning)——把一層密集的圖案拆成三四次各自獨立的曝光與對準來完成,既慢、又貴、還容易出錯。極紫外光刻正面回應了這道極限:它改用一種短得多的波長——13.5nm 的極紫外光,大約只有 193nm 的十四分之一。光一旦細到這個程度,過去要靠一整套圖案化把戲才能印出來的東西,如今一次曝光就能搞定,工序被大幅壓縮,良率也隨之拿回來了。
麻煩在於,13.5nm 的光幾乎會被它碰到的一切東西吸收掉——玻璃、空氣、普通的鏡子都不放過——所以你既不能用省事的辦法把它造出來,也不能用省事的辦法把它引導過去。它的光源堪稱一項靠蠻力堆出來的奇蹟:極細小的錫液滴被射入真空中,再被一束高功率 CO2 雷射連打兩下,把每一滴都汽化成一團電漿,恰好在 13.5nm 上發光,每秒鐘重複幾萬次。由於沒有任何透鏡對 EUV 是透明的,整條光路全靠鏡子——一面面打磨得極其光滑的多層反射鏡——就連光罩本身也是一面鏡子,光是從它身上反射出去,而不是穿過它。整台機器在真空中運轉,重得抵得上兩輛公車,造價遠超 1.5 億美元,這也正是為什麼全世界只有屈指可數的幾家晶圓廠跑得了最先進的節點。
最新的一步是 High-NA EUV:它把光學系統的數值孔徑(NA)從 0.33 加大到 0.55,好在一次曝光裡印出更細的線條,把同一個思路沿著路線圖再往下推一程。不過節點的名字還是得說老實話:「3nm」「5nm」都是行銷標籤,既不是波長,也不對應晶片上任何一個具體尺寸。EUV 真正的作用,是讓那些先進節點能用合理的工序數量造得出來——它是支撐最先進製程的那台圖案化引擎,而不是包裝盒上那個數字的字面含義。
EUV 與其說廢除了波長極限,不如說是為對抗它爭取到了一些餘地——即便用了 EUV,最密集的那幾層有時仍然要靠多重曝光;而當單次曝光的 EUV 也走到頭時,High-NA 就是路線圖給出的下一個答案。