在半导体制造的发展历程中，光刻技术以其对摩尔定律的执着追求而著称。该技术遵循瑞利判据的数学模型，即：

其中 R 为分辨率，k 为工艺因子，λ 为曝光波长， 为数值孔径。简单说说影响这几个因子：曝光波长 λ ：0.1μm~90nm使用193nm 光源，通常来说越小越好；

工艺因子 k：通常介于0.25到0.5之间，取决于光刻工艺的复杂性和所需的成像质量，越小越好；数值孔径 ：镜头的数值孔径，越大越好；针对上面这些参数的通过不断优化，特别是通过减小 λ 和增大 ，以及光刻胶工艺等共同作用下降低 k 因子，在给定的波长下，光刻技术能够实现更高的分辨率。比如说在波长 λ 为 193 nm时，通过ArF（氟化氩）干法光刻技术，就可以实现 65nm半导体制造量产。

从公式可以看出，波长越短，光刻的就越精细，为了实现更高分辨率，难道我们就不能继续降低波长 λ ？对此，基于氟气准分子激光的输出波长特性，工程师将 157nm 波长做为下一代曝光波长的可选项。但是这个波长的光穿透力不足，需要改进光罩和镜头技术。同时，由于氧气会吸收该波长的光，必须使用氮气等非吸收性气体来替代，以避免介质中的吸收问题。因此， 157nm 波长的光刻技术没有成为主流。

那怎么办？

这时候 ASML 和台积电另辟蹊径，提出难道我们一定要执着于干式介质？

台积电发现 193nm 波长的光线经过水折射后，波长变为 132nm，直接跳过 157nm 波长。这就是浸润式光刻的基础原理，曝光介质是水，其曝光设备被称之为 i-ArF。在当时而言，与干式介质相比，浸液式ArF光刻技术的潜力可以实现从 45nm 到 32nm 乃至 22nm 技术节点的跨越。

PS：这里稍微解释一下啥叫干式介质，很简单指的是光刻机中不使用液体介质，而是使用气体。比如说 ArF（氟化氩）干法光刻技术中直接使用的是空气，其曝光设备被称之为dry-ArF（d-ArF）。

在浸润式光刻技术中，在外表看来我们是将波长变短，但其实只是利用光的折射定律，光的波长因液体的存在而等效地缩短，本质上还是提高数值孔径 ，它也介质的折射率有关。

结合上面的图，水的折射率约为1.44，当θ（光线入射到光学系统孔径边缘的角度）大于70度以上时，数值孔径 NA 的值大于 1 。这里我们可能会想到，是不是NA越大就越好？理论上，NA 越大，光刻机的分辨率越高，能够制造的特征尺寸越小。但实际上并不是这样的，随着 NA 的增加，另一个问题就会出现，即焦深（DOF：Depth of Focus）带来的限制。

焦深是指在光刻过程中，硅片相对于光刻机镜头可以偏离理想焦点位置的允许范围。

焦深与数值孔径 NA 的公式如下：

较大的焦深意味着在较大的垂直偏差范围内仍能保持清晰的图像。从上面公式可以得出 DOF 与 NA的二次方是成反比的，随着 NA 的增大，DOF 将急速变小，也就是说刻机镜头可以偏离理想焦点位置的允许范围越来越小，即 NA 增大，分辨率提高，焦深变小。焦深的变小双导致对硅片平整度和对准精度的更高要求，平坦度CMP可以参考：为什么需要CMP工艺？，什么是减薄，与 CMP，磨削研磨又有什么不同？

不禁思考，浸液的极限是多少？而在我看来，之前有说开发更高折射率的浸液，或许并不是一条正确的技术路线。

最后简单聊聊基于浸液式光刻技术的产品：

在2005年6月底，尼康公司发布了其先进的光刻系统 “NSR-S690B”。该系统的数值孔径（NA）达到了 1.07，能够实现 55nm 工艺的量产和 45nm 水平研发的光刻需求。紧接着尼康公司的发布，ASML公司于 2005 年 7月初发布了其浸液式光刻系统 “XT:1700i”，该系统的NA高达1.2，可支持 45nm 的光刻工艺。

值得注意的是，也是回答上面的问题（浸液的极限是多少？），对于更小特征尺寸的追求已经超越了浸液式光刻技术的物理极限。因此，极紫外光（EUV）光刻技术被开发出来，用于实现更小的特征尺寸，如7nm、5nm，3nm甚至更小的工艺节点。

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