理论上，浸润式光刻机，制造2nm芯片都没问题，只是成本太高

2023-12-11 08:55

众所周知，目前的芯片工艺均是光刻工艺，即通过光学--化学反应原理，用光线将电路图传递到涂了光刻胶硅晶圆上，形成有效的电路图形。

而芯片非常小，电路图很复杂，一颗芯片甚至几十层电路路，而用晶体管密度来看，现在的3nm工艺下，每一平方毫米，更是达到了近2亿个晶体管，所以光刻工艺非常复杂和精细。

所以光刻机的分辨率，一定程度上就决定了芯片的工艺，所以针对光刻机的分辨率，也就有了i线、G线、KrF、ArF、ArFi、EUV这么几种光刻机。

其中ArFi光刻机也称作浸润式光刻机，是当前使用最广的光刻机，因为它只是ArF光刻机的改进，光源一样，均是采用193nm，只是在晶圆前加了一层水为介质，光线通过水之后，经过折射后等效为134nm，波长短了，分辨率就高了。

所以ArF理论上可以支持到65nm工艺，而ArFi在大家的心目中，理论上可以支持到7nm。

但事实上，大家并不清楚的是，对于浸润式光刻机而言，7nm远不是终点，如果不计成本的话，浸润式光刻机，达到3nm、2nm也没问题的。

这里就牵涉到一个多重曝光、对准的问题。

比如一颗芯片，原本的电路图是10层，我们可以拆分成30层，或40层或更多，这样通过多次光刻工艺，最终就能够实现更高的分辨率。但每一次光刻，中间不能有误差，这就是对准的问题。

就像你要在一张比较小的纸上拓印一个“王”字，直接一次性拓印上去肯定不行，因为纸太小了，那么你就分成N次来拓印，第一次只拓一横“一”，再慢慢挪动纸，再拓一横“一”，再拓一竖“|”,然后就变成了“干”，最后再拓一横，变成“王”。

这中间每拓一笔，就要慢慢挪动纸，但每次的误差都要可控，这就是难点。

芯片的多重曝光其实是一样的道理，只要每次的误差足够小，事实上可以将一颗工艺很小的芯片，分N次光刻到硅晶圆上的。

但是这种办法之下，成本非常高，毕竟以前一次光刻就行了，现在一次光刻变成10次，甚至20次了，花费的时间就多了20倍了，相当于成本就高了20倍。

再考虑到每多曝光一次，良率就降低了，所以实际上成本比20倍更高，芯片是商业化、要市场化的，成本过高，就没法用，所以一般浸润式光刻机，最多制造7nm芯片后，就不再向前推进了，因为推进后成本高到没法商用。

但并不代表，它的极限就是7nm，实际上，从理论上来讲，并没有所谓的极限，只要不惜成本，是可以一直折腾下去的……

原文标题 : 理论上，浸润式光刻机，制造2nm芯片都没问题，只是成本太高

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