7.1 物理極限的挑戰：空氣會吸收 EUV 光線！完全真空環境與多層膜反射鏡（Cymer / Zeiss）#

為什麼要 EUV？——波長不夠了#

浸潤式 193nm 把 NA 推到約 1.35，Rayleigh 公式被榨到極限：

要印 13nm 以下的圖形，唯一的方法是再度縮短波長——EUV，13.5nm。

EUV 的物理門檻#

13.5nm 的光有三個根本特性，使它完全不同於 DUV：

1. 所有物質（包括空氣！）都強烈吸收 EUV#

• 在 13.5nm 波段，光在空氣中前進幾毫米就被吸收殆盡；
• 因此整條光路（光源→mask→反射鏡組→wafer）必須完全處於高真空（約 10 Pa 以下甚至更低）——設備即一台真空儀器。

2. 沒有任何材料可以做「透鏡」#

• EUV 被所有玻璃與晶體吸收——折射式透鏡不存在；
• 唯一解法是反射鏡，但一般反射鏡在 EUV 波段的反射率只有幾個百分比；
• 技術突破：多層膜反射鏡——以 Mo（鉬）／Si（矽）交替的奈米級薄膜，約 40–50 層，依靠層間的布拉格式干涉反射，把反射率推高到約 70%；
• 精度要求：反射鏡表面誤差須小於約 0.2nm RMS——蔡司的著名比喻是：把鏡面放大到整個德國的面積，起伏要小於 1 毫米。

3. 光罩也要「反射」#

鏡頭是反射的，光罩也不能透光——必須使用特殊的「EUV 反射光罩（reflective mask）」：多層膜基板＋金屬吸收層圖形。

Cyber 分工：Cymer 是光源者#

Cymer（聖地牙哥，1986 年由 Bob Akins 與 Richard Sandstrom 創立）原是全球 DUV 準分子雷射光源的壟斷供應商，為全世界的 DUV 機台提供雷射。

2000 年代，Cymer 全力投入 EUV 光源（LPP 法，見下節）：

• 2013 年，ASML 收購 Cymer（約 26 億美元）——把光源整合為自己的核心資產；
• 此後 ASML 又控股並收購蔡司 SMT（反射鏡），成為全球唯一「光源＋鏡頭＋機台」的整合者。

真空機台的工程震撼#

一台 EUV 機台的結構比 DUV 更接近太空級設備：

• 全光路真空腔：所有反射鏡都工作於真空；
• 氫氣環境：腔內充氫，一方面抑制散射，一方面把光源產生的錫顆粒沖刷走；
• 反射效率的殘酷算術：每面反射鏡只反射約 70%，經過約 6 面鏡後，\(0.7^6 \approx 12\%\)——即 EUV 曝光的能量大部分損耗在光路上，光源功率、反射率、stage 速度每一項都意義重大。

歷史的因果#

• EUV 的「真空本質」使機台價格從千萬美元級跳到一億美元以上——「設備折舊」與「產能」成為 fab 經濟的核心變數，也讓浸潤式 DUV 在成熟製程中長期延壽；
• Cymer、蔡司與 ASML 的一體化，把光學光刻做成「真空＋光學＋雷射」的超級綜合工程——成為人類工業史上最精密的量產機器。

小結#

EUV 的「真空＋反射鏡」是對四百年光學史的逆轉：由透鏡改走反射、由大氣改走真空。下一節是這台機器的心臟——如何在每秒五萬次的節奏下，炸開一滴錫。