极紫外光刻(EUV lithography)
每一颗芯片都是用光「印」出来的,而光有一道硬性的极限:它画不出比自身波长精细太多的图形。在长达二十年的时间里,最先进的工艺一直靠氟化氩激光发出的 193nm 紫外光来打天下;为了印出远比这个波长还小的图形,晶圆厂只能依赖多重曝光(multi-patterning)——把一层密集的图案拆成三四次各自独立的曝光与对准来完成,既慢、又贵、还容易出错。极紫外光刻正面回应了这道极限:它改用一种短得多的波长——13.5nm 的极紫外光,大约只有 193nm 的十四分之一。光一旦细到这个程度,过去要靠一整套图案化把戏才能印出来的东西,如今一次曝光就能搞定,工序被大幅压缩,良率也随之拿回来了。
麻烦在于,13.5nm 的光几乎会被它碰到的一切东西吸收掉——玻璃、空气、普通的镜子都不放过——所以你既不能用省事的办法把它造出来,也不能用省事的办法把它引导过去。它的光源堪称一项靠蛮力堆出来的奇迹:极细小的锡液滴被射入真空中,再被一束高功率 CO2 激光连打两下,把每一滴都汽化成一团等离子体,恰好在 13.5nm 上发光,每秒钟重复几万次。由于没有任何透镜对 EUV 是透明的,整条光路全靠镜子——一面面打磨得极其光滑的多层反射镜——就连光罩本身也是一面镜子,光是从它身上反射出去,而不是穿过它。整台机器在真空中运转,重得抵得上两辆公交车,造价远超 1.5 亿美元,这也正是为什么全世界只有屈指可数的几家晶圆厂能跑得了最先进的节点。
最新的一步是 High-NA EUV:它把光学系统的数值孔径(NA)从 0.33 加大到 0.55,好在一次曝光里印出更细的线条,把同一个思路沿着路线图再往下推一程。不过节点的名字还是得说老实话:「3nm」「5nm」都是营销标签,既不是波长,也不对应晶片上任何一个具体尺寸。EUV 真正的作用,是让那些先进节点能用合理的工序数量造得出来——它是支撑最先进工艺的那台图案化引擎,而不是包装盒上那个数字的字面含义。
EUV 与其说废除了波长极限,不如说是为对抗它争取到了一些余地——即便用了 EUV,最密集的那几层有时仍然要靠多重曝光;而当单次曝光的 EUV 也走到头时,High-NA 就是路线图给出的下一个答案。