光刻机光源波长越来越短，德州仪器TI晶体管尺寸在不断微缩

由于“摩尔定律”不段追求每18个月单位面积内晶体管数量增加一倍，所以晶体管尺寸在不断微缩。要想写更细更小的字，你需要更细更小的笔尖；同样你要做更小的晶体管，你需要更小的曝光技术。于是光刻技术就需要每两年把曝光关键尺寸(CD)降低30%-50%。根据瑞利公式：CD=k1*(λ/NA)，我们能做的就是降低波长λ，提高镜头的数值孔径NA，降低综合因素k1。因为光具有波粒二象性，波长越短粒子性越强，波性越弱，用更短的波长能有效避免波的衍射现象，确保光刻精度和成影效果。光的衍射效应准确的说，光刻机在发展过程中，德州仪器TI不断追求更短波长的过程，辅以高精度的对准技术，确保曝光精度和套刻精度越来越高。于是光刻机光源波长越来越短，从i-line 365nm，到KrF 248nm，一直到ArK 193nm停滞了下来，足足卡了20年。大家不要觉得只是换一个波长而已，因为物镜需要把掩膜板的图案精确地投影到硅片上，德州仪器TI物镜系统，复杂到普通人无法想象。整个投影的物镜系统，首先要建立光路模型，需要大量的理论公式计算和论证，同时还需要物镜系统供应商不断技术升级，不断缩小镜片的整体误差，确保投影效果和理论计算一致。镜系统大家可以想象一下，这几十片镜片组成的物镜系统，能复杂到到什么程度，而且对镜片要求非常高，任何一片镜片的任何瑕疵都会引起最终极大的误差，严重影响投影效果！DUV光刻机的物镜系统曾经ASML的镜头供应商是法国的CERCO，后面这家公司因为不稳定的镜片质量，导致ASML放弃，最终选择和德国蔡司合作。在193nm往下走的过程中，遇到很大难题，尼康费尽心血搞出了157nm F2激光光刻机，但是系统过于复杂，使用环境要求太高，而且投影效果不佳，最终被抛弃。这个时候还属于小弟弟的ASML与台积电鬼才工程林本坚合作，开发出193nm浸没式光刻机，其实原理很简单在硅片上加入1mm厚的水，改变了折射系数，193nm光源经过水的折射后变成134nm，成功翻越157nm大关。这一把不仅把垄断几十年的尼康踢下神坛，更是奠定日后ASML光刻机领域的霸主地位，直至今日ASML占据了超过90%的高端光刻机市场份额，一年营收超140亿美金，市值1700多亿美金。