浸润式DUV光刻机之父：中国现有光刻机可制5nm工艺

摘要：讲清楚点儿，光刻这条路其实分两拨：一拨想把光的波长弄得更短，像当年有人看好157nm；另一拨不是换光源，而是改变光在介质里的传播状态，让它“看起来”更短，浸润式DUV就是后者。后来又冒出个极紫外EUV，用13.5nm的光源一次成像，理论上省事多了，但设备贵得吓

现在很多晶圆厂还能靠浸润式DUV把产品做到7纳米，甚至有人用更多曝光动作去冲5纳米、3纳米，只不过成本和良率会拉低，产能也被拖慢得很明显。

讲清楚点儿，光刻这条路其实分两拨：一拨想把光的波长弄得更短，像当年有人看好157nm；另一拨不是换光源，而是改变光在介质里的传播状态，让它“看起来”更短，浸润式DUV就是后者。后来又冒出个极紫外EUV，用13.5nm的光源一次成像，理论上省事多了，但设备贵得吓人，买不到就是买不到。

说到现在的现实，EUV在做7纳米以下确实受欢迎，理由直白：一次曝光把图形印上去，不需要一片片叠命，多次曝光那堆麻烦事少了，良率和产能都容易管。买不到EUV的厂商怎么办？就回头用浸润式，把镜头和硅片之间灌上高度纯净的水，让光在水里的“有效波长”变短。通俗一点讲，干式DUV是193nm，进了水之后等效大概降到134nm，分辨率能上去，能把原来看不清的小线条印出来。

好处明显：不用重新造一套光源、材料体系，拿现有193nm平台做点小改动，研发投入相对可控。坏处也很现实：想靠浸润把7、5、3nm做到跟EUV一样，就得靠多重曝光、多层对齐来叠加，步骤多了，时间长了，出错概率上去了，良率就掉。打个比方，做同一道刻蚀，浸润可能得做EUV好几倍的曝光次数，光刻环节时间成本和管理难度翻几番，这些都会摊到每片晶圆的成本上。

历史上这条路也不是一拍脑袋就统一了。当年尼康、佳能这些大厂本来押的是157nm路线，砸了不少资源去搞那套光学设计和材料。对他们来说，中途改线意味着把人、钱、材料链全得重置，短期内难以承受。台积电那边有个工程师林本坚，他提出不用搞全新的波长，直接把193nm和介质变化结合——在镜头和硅片间加水层，这个想法一开始有人质疑，但走得稳、成本可控。ASML当时不像尼康、佳能那样在157nm上花巨资，对新思路反而更愿意试试水，和台积电一起把浸润式推了出来，这也成了后来ASML扩张路线的一个关键节点，之后他们又投向EUV，慢慢成了不可或缺的设备供应商。

把物理说得更直白些：普通干式光刻空气当介质，光的分辨率受限于空气折射率。浸润式就是把空气换成水，水的折射率让光在通过时像“缩短”了波长，图形能被刻得更细更准。数字上看，就是把193nm的光在水里等效成约134nm，所以理论上能印得更小。

工厂里要做这招，并不只是把水倒进去那么简单。要保证注水、排水顺畅，镜头不能被腐蚀，粒子控制要到位，任何微小污染都会影响对准精度。再加上多重曝光，对位精度得非常高，设备机械稳定性、晶圆夹持的精度、光刻胶的均匀性都必须到位。多次曝光带来的时间延长、热化学处理变化、后续刻蚀配合问题，都需要工艺工程师一点点调，这个过程既费时又费人。

产业选择上也很现实。很多厂商采取混合打法：能用EUV就用EUV做最先进的节点；买不到的就靠浸润式加多重曝光推进。中国厂商过去从ASML买了不少浸润式DUV设备，这让国内在7nm节点上没有完全被卡死。往下走到5nm、3nm，理论上还是能靠大量叠层和严密管理去冲，但难度和成本成倍增加，良率压不住的话就亏本生意。

另外还要注意材料和后端工艺配合。光刻只是环节之一，光刻胶的敏感度、刻蚀配方、沉积和热处理都必须跟上，否则再精的图形也可能在后面被磨平。多重曝光会改变热处理和化学流程的要求，这些变化都得一项项做实验、调参数，没法走捷径。