所謂“28nm光刻機”究竟是何物？造全球60%芯片，ASML賣出1400台
最近，DUV光刻機的話題再度火熱，“28nm光刻機”再度映入眼簾，
那麼，DUV光刻機在現在有怎樣的地位？
DUV光刻又是什麼原理？
其發展又經曆了怎樣的過程？
以及最後一個問題，
所謂“28nm光刻機”的說法在行業内并不存在，那麼它究竟是何物？
DUV光刻機現在有怎樣的地位？
根據最近ASML第二季度财報，ASML訂單量創下曆史新高，淨利潤同比增長36%，環比增長103%的良好業績，雖然EUV光刻機功不可沒，但是DUV依舊在ASML的營收中占比超過50%。
僅在第二季度，ASML就售出DUV光刻機79台，收入21.5億歐元，比EUV營收所得還多出6000萬歐元。
并且，EUV交付周期長，價格貴，實際出貨量僅有12台，是DUV的七分之一。
從2012年至今，ASML已經出貨1400台DUV光刻機，對應兩代技術，共計9個型号。
客戶遍布北美、亞洲、歐洲，這些光刻機可支持的制程工藝覆蓋上至130nm，下至7nm制程。目前世界上有60%以上的芯片使用DUV光刻工藝制造，無論邏輯芯片還是存儲芯片，DUV都是中流砥柱。
DUV光刻又是什麼原理？
無論DUV或者EUV光刻機，都采用了掩膜對準投影式曝光的技術路線，很多科普文章習慣用照相機來比喻光刻機系統，但是按照光刻機系統和子系統的結構，以膠片電影放映機來類比似乎更加通俗。
電影放映機系統由光源、聚光鏡、膠片和物鏡以及電影熒幕組成，光源發出可見光通過聚光調整為合适的平行光，透過膠片形成圖案，再由物鏡放大之後，投影到熒幕上。
光刻機同樣也有光源，隻不過ArF光刻機使用的是193nm的DUV光源，随後通過各種複雜的透鏡模組照射到“膠片”上形成圖案，隻不過光刻過程的所謂“膠片”在行業叫做“掩膜版”，随後通過物鏡系統把圖案縮小，投影到塗有光刻膠的矽晶圓上。
光刻機和放映機在原理上的最大不同在于，放映機是放大圖案，而光刻機是縮小圖案（通常縮小到面積的25%左右），所以台積電有時候會把光刻機稱作微影系統，或者微影機。
再者，為什麼會采用這個如此奇怪的193nm波長，而不是使用整數？
這是因為光刻機光源必須把波長限制在極窄的頻譜之内，滿足該條件的隻有激光，而ArF代表的就是氟化氩氣體激光器，這種激光器可以發出足夠純淨的193nm光源。
既然搞清楚了193nm，這就引出了下一個問題。193nm光源的光刻機覆蓋了130nm到7nm，按理說，就算是光刻機廠商再努力，193nm的物理極限應該也就在65nm制程左右，193nm光線為何有如此神奇力量， 能夠一路披荊斬棘下探到7nm。
很多人都聽說過濕法光刻這個詞彙，濕法光刻是因光刻過程中需要用到超純水而得名，也就是所謂的浸潤式光刻機。
ArF浸潤式光刻機發展又經曆了怎樣的過程？
2002年，佳能、尼康被鎖死在65nm，無法突破下一代節點，所以改變光源成了當時這兩家日本大廠的最後手段。
佳能、尼康欲将193nm光源換成157nm光源，後果也顯而易見，牽一發而動全身。原本在193nm上使用的合成石英玻璃鏡片，會大量吸收157nm光線，物鏡系統、掩膜版材料都需要改朝換代，研發成本高、難度大，佳能、尼康在157nm波長苦苦求索而不得解。
2002年召開的國際光電學會技術研讨會，卻改變了這一切。
當時，佳能、尼康仍在堅持157nm光源，但是随後一個台積電工程師的發言，徹底改變了整個研讨會的方向。
工程師林本堅拿出了構思20年的思路，他認為，未來光刻工藝的發展必然不是在157nm上發力，而是通過浸潤式光刻，直接把193nm波長光線通過水的折射直接降低到134nm，一舉突破65nm制程，此言一出，滿堂震驚。
所有人全部睜大眼睛，把157nm丢到一邊，開始讨論134nm的可能性。
随後，當時台積電的副總裁蔣尚義不但沒限制林本堅，反倒是大力支持浸潤式光刻的設想，随後台積電找到了一家荷蘭小公司——ASML。
前面提到，ASML在光刻機市場獨領風騷，但是在2002年時候，ASML市場份額攏共加起來也不到20%，當時的台積電地位也遠不如現在，年營收剛剛超過50億美元，進入全球半導體排行榜的前十名，但如果還是仰賴佳能、尼康供貨，台積電永無翻身之日。
所以台積電找到ASML，是兩個極其渴望上位奪冠的人，走到了一起，随後産生的化學反應，也改變了世界光刻機的格局。
荷蘭小廠發現，林本堅屬實是個高人，外界提出的質疑他都能見招拆招，這套理論有戲，浸潤式光刻，必須幹！
台積電成為了ASML深度合作夥伴，在2003年推出了193nm浸潤式光刻機。也是因為台積電林本堅團隊的努力，确立了ASML采用高度外包的商業模式，90%的零件來自外部供應商，而自己則專注客戶需求和系統整合。
從側面也能夠看出，深受國際芯片大廠喜愛的台積電，并不是單純的代工廠，而是讓ASML走上神壇的狠角色。
所謂“28nm光刻機”是何物？
首先，需要明确一點，關于“28nm光刻機”的說法不嚴謹，雖然很多人這麼叫，其實際指的是可以被用于28nm芯片制造的光刻機，現在終于可以給出一個明确定義：
采用193nm氟化氩激光器作為光源使用掩膜版微縮投影技術結合浸潤系統實現134nm光刻。
以上，所謂“28nm光刻機”即是193nm浸潤式光刻機。
不過，這種光刻機的極限遠不止28nm工藝制程，從工程實踐應用上來看，已經可以量産7nm制程。
如果可以克服重重困難，進一步優化光刻機結構，提高孔徑數值和分辨率，以及換用更高折射率的介質，解決成本和良率問題，DUV光刻的極限則在5nm左右。
另外，光刻工藝遠不止前所述如此簡單，中間涉及到多個工藝環節，包括掩膜版的制造，多重曝光的對準技術，這些技術同樣仍有潛力可挖掘，在逐漸演進制程節點的同時，提高産量和良率，對于芯片制造來說也同樣重要。
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