制造芯片貌似很簡單，但是考慮到，光實際上并不是沿直線傳播的，尤其是當它被放到納米尺度的時候，光波動性的影響就顯現出來了。這里提到瑞利判據，總結來說，就是，想要實現更小尺度的光刻，那你光源的波長就必須足夠小，比如目前國際最先進的光刻技術，使用的就是13.5nm的極紫外光EUV光源，目前世界最先進的商用量產制程工藝，使用的就是這一技術。

光刻技術原理

光刻就是把芯片制作所需要的線路與功能區做出來。利用光刻機發出的光通過具有圖形的光罩對涂有光刻膠的薄片曝光，光刻膠見光后會發生性質變化，從而使光罩上得圖形復印到薄片上，從而使薄片具有電子線路圖的作用。 這就是光刻的作用，類似照相機照相。照相機拍攝的照片是印在底片上，而光刻刻的不是照片，而是電路圖和其他電子元件。

光刻技術是一種精密的微細加工技術。常規光刻技術是采用波長為2000～4500埃的紫外光作為圖像信息載體，以光致抗光刻技術蝕劑為中間（圖像記錄）媒介實現圖形的變換、轉移和處理，最終把圖像信息傳遞到晶片(主要指硅片)或介質層上的一種工藝。 在廣義上，光刻包括光復印和刻蝕工藝兩個主要方面：

1、光復印工藝：

經曝光系統將預制在掩模版上的器件或電路圖形按所要求的位置，精確傳遞到預涂在晶片表面或介質層上的光致抗蝕劑薄層上。

2、刻蝕工藝：

利用化學或物理方法，將抗蝕劑薄層未掩蔽的晶片表面或介質層除去，從而在晶片表面或介質層上獲得與抗蝕劑薄層圖形完全一致的圖形。集成電路各功能層是立體重疊的，因而光刻工藝總是多次反復進行。例如，大規模集成電路要經過約10次光刻才能完成各層圖形的全部傳遞。 光刻技術在狹義上，光刻工藝僅指光復印工藝。

光刻技術難點

雖然光刻技術的演進過程超級復雜，但總結其核心就是圍繞三個定律。

定律一：摩爾定律

眾所周知，世界是由0和1組成的，而在芯片中表示0和1的基本元件是晶體管，晶體管越多，芯片的運算速度就越快。而摩爾定律表示同樣大小的芯片每隔兩年里面的晶體管的數量就會增加一倍，性能也會增加一倍。這就要求芯片制造越來越精細，發展到現在，兩個器件之間只能有幾納米的距離。

那如何制造出如此精細的東西呢？通常來說，制造小的東西的核心思想就是放大，比如杠桿類機械結構。而在納米級精度上，機械的方法肯定是行不通的，所以便啟用了光。光通過投影的方式進行放大，而光刻機的核心就是造一個放大的透光的模子，把想要的形狀印在模子上，光通過模子照射到硅片上，便能制造出小尺寸。由于技術瓶頸，摩爾定律在幾年前已經快失效了，而ASML公司用20年時間打造出的、目前世界最先進的技術EUV再次推動了摩爾定律的前進。

定律二：瑞利判據

按照光的波長不同產生了光譜，可見光在400nm-650nm之間的范圍，從紅到紫。瑞利判據表明一個光學系統能夠分辨的尺寸正比于光的波長，所以要制造出更小的尺寸，便要求能夠分辨更小的尺寸，光的波長也要越來越短。然而，短波長的光很難造，早年光刻機用的是汞燈的光，但隨著尺寸要求的越來越嚴格，人們在光譜上向短波長方向的研究更加深入，逐步進入紫外光的范圍，即所謂的UV（Ultraviolet）。

目前，業界主要生產主力使用的波長是193nm,叫做DUV（Deep Ultraviolet）。DUV光源的成熟度很高，甚至可以直接用于醫療（如近視矯正），但這個波長想要加工更精細的尺寸比較困難，技術升級困擾了整個業界，直到EUV（Extreme Ultraviolet）技術的出現。EUV把可用光的波長縮減到了13.5納米，用兩萬多瓦的二氧化碳激光器的激光脈沖來轟擊金屬錫，以此可以產生波長更短的光。

實際上，擊打金屬錫的想法很久之前就已經得以驗證，但是這樣產生的光的強度一直不夠，直到2015年前后，有科學家提出若擊打一次不夠，便擊打兩次的方案。第一次的脈沖負責把金屬液滴打平，從而擴大第二次擊打的面積，第二次的脈沖再把光真正的激發出來。

這個難度有多大？金屬液滴只有20微米大，且液滴是從空中掉落下來的，在運動過程中用光擊中它就好比用乒乓球打中蒼蠅，且連續打中兩次，更關鍵的是擊打產生的光的持續時間很短，所以需要高頻重復每秒5萬次。

定律三：難逃一吸

搞定光源只是起點，要走到終點的晶片的路還很長，這個過程需要利用鏡子對光經行調整過濾，所以光路布置也是重要一部分。在實際情況中，光每次反射后都會損失部分光強，這是因為EUV的光容易被吸收。

經過一系列反光鏡后，最終只剩下2%的光強了，其他98%都被吸收了，所以需要的光強非常大，也十分耗電。這里的反光鏡是用特殊材料制作而成，只反射13.5納米的光，其他的光將會被直接吸掉。

雖然其直徑只有30厘米，但其表面極其平整。有多平整呢？打個比方，如果把鏡子放大到地球那么大，上面只能有一根頭發絲那樣的凸起，并且這個鏡子有四十層，考慮到誤差會累積，所以對每一層的光滑程度都要求十分嚴格。

審核編輯：劉清