極紫外光（EUV）是什麼？為什麼那台機器那麼難做？

新聞常說「最先進的晶片要用 EUV」「某廠導入 EUV」。EUV 是極紫外光（extreme ultraviolet）的縮寫：一種波長大約只有 13.5 奈米的光，最先進的曝光機用它來印晶片上最細的圖案。用這種光的技術叫極紫外光微影，中國大陸多叫 EUV 光刻。它難做，是因為幾乎所有東西都會把這種光吸掉，光本身也很難產生，所以整台機器都得重新想過。

曝光機在做什麼？

曝光，就是用光把光罩上的電路圖案縮小，印到晶圓上那層怕光的光阻上。整個步驟（塗光阻、曝光、顯影，再交給蝕刻）寫在「微影（黃光）是什麼？」，這裡只講其中一件事：用的是什麼光。

為什麼波長越短，能印得越細？

光是一種波。波長，就是一個波峰到下一個波峰的距離。我們眼睛看得到的光，波長大約四百到七百奈米。

光穿過光罩上很細的縫，會稍微散開，這叫繞射。縫越細，散得越開；散得太開，印到晶圓上就糊成一片，兩條線分不出來。波長越短，散得越少，細的線才印得清楚。

可以想成用筆畫線：波長就是筆尖的粗細，筆尖越細，畫得出越細的線。鏡頭能收進多斜的光（叫數值孔徑）和各種技巧也有幫助；不過幾十年來，曝光用的光一直在往波長更短的換。

EUV 跟以前的光差多少？

光	波長
眼睛看得到的光	約 400–700 奈米
藍紫光（g-line）	436 奈米
紫外光（i-line）	365 奈米
深紫外光	248 奈米、193 奈米
極紫外光（EUV）	約 13.5 奈米

從 193 奈米到 13.5 奈米，一下子短了十幾倍（193 ÷ 13.5 ≈ 14）。極紫外光比一般說的紫外光短很多，已經快到 X 光那一段了。

在 EUV 能用之前，工程師靠 193 奈米的光撐了很久：在鏡頭和晶圓之間放一層水，讓鏡頭收得進更斜的光；最細的那幾層，拆成兩、三次分開印。印得出來，但步驟多，要對準的次數也多。換成 EUV，有些層一次就能印完。

難在哪？一：連空氣都會吸收它

極紫外光很容易被吸收，連空氣都會把它吃掉，走不了多遠就沒了。所以從光源、光罩到晶圓，整條光走的路都要抽成真空。光走過的地方，零件也都得能在真空裡工作。

難在哪？二：玻璃也會吸收，只好用鏡子

以前的曝光機，用一組玻璃做的透鏡把圖案縮小、投到晶圓上，像相機的鏡頭。極紫外光一碰到玻璃就被吸掉，透鏡不能用，只能全部改用反射鏡。

可是一般的鏡子，對極紫外光也幾乎不反射。做法是把兩種材料（鉬和矽）一層一層交替疊上去，疊幾十對，每一層只有幾奈米厚。每一個交界只反射一點點光，但層和層的距離算得剛好，反射回來的光波峰對著波峰疊在一起，就變強了。像很多人一起拍手，拍子對上了，聲音就大。鋪幾奈米厚的膜，晶片上也天天在做（見「薄膜製程是什麼？」）。

即使這樣，每一面鏡子最好也只反射大約七成，其餘的大多被吸掉、變成熱。光從光源走到晶圓要經過好幾面鏡子：假設每面留七成，六面之後只剩一成多，十面之後只剩百分之三左右。鏡面還要非常平，高低起伏要控制在零點幾奈米以內，差不多是一顆原子的大小。

光罩也一樣。〈微影〉那篇說的光罩是透光的玻璃；極紫外光用的光罩，本身就是一面同樣疊了幾十層的鏡子，上面再蓋一層會吸光的材料，畫成圖案。光斜斜地打上去，從沒蓋住的地方反射出來，帶著圖案往晶圓走。

難在哪？三：光從哪裡來？用雷射打小錫滴

一般的燈和雷射，都發不出夠強的 13.5 奈米的光。現在的做法，是讓一顆一顆比頭髮還細的小錫滴在真空裡飛過，每秒好幾萬顆。每一顆先被一道比較弱的雷射打扁，像一塊小薄餅；緊接著被很強的雷射打中，錫一下子熱到幾十萬度以上，比太陽表面熱得多。原子上的電子被扯掉，錫變成電漿，也就是一團熱到電子都離開原子的氣體。這團電漿會發出極紫外光，旁邊一面大鏡子把它收起來，送進機器裡。

這很像每秒要打中幾萬顆從眼前飛過的小水滴，而且每一發都要準。花這麼大的力氣，雷射的能量也只有百分之幾變成能用的光。錫的碎屑還會噴到收光的鏡子上，要一直想辦法清掉。

光為什麼一定要夠強？

鏡子一路把光吃掉，到晶圓的已經不多；光不夠，每一格就要照得久一點，一小時能印的晶圓就少。

還有一件事。光是一顆一顆的「光子」。極紫外光每一顆光子的能量，大約是 193 奈米的十四倍，所以照同樣多的光，光子少了十幾倍。光子太少，就有「運氣」的成分：有的地方剛好多幾顆，有的地方剛好少幾顆，細線的邊緣就不整齊，嚴重的還會斷掉或黏在一起。要讓運氣的影響小一點，就得照更多的光，光源又得更強。

這幾件事要同時做到，所以極紫外光微影從 1980 年代就開始研究，到 2010 年代末才真的用在大量生產。

有了 EUV，以前的光就不用了嗎？

還在用。一顆晶片有幾十層，不是每一層都那麼細。只有最細的那些層才用 EUV，其他層繼續用深紫外光就夠了。新聞上的「幾奈米」是什麼意思，見「新聞說的「2 奈米」」；也可以讀「摩爾定律是什麼？」。

下次看到新聞，可以這樣讀

• 「某廠導入 EUV」：這座廠最細的那些層，開始改用極紫外光的曝光機來印。其他層照舊用以前的光。
• 「最先進的製程離不開 EUV」：線要印得夠細，193 奈米的光得分好幾次印；換成 13.5 奈米，有些層一次就能印完，步驟少，出錯的機會也少。
• 「高數值孔徑 EUV（High-NA EUV）」：光一樣是 13.5 奈米，但鏡子重新設計，收得進更斜的光，可以再印細一點；代價是對得到焦的範圍更淺。

在 fab24hr 裡

在 fab24hr，按「進廠」、選「打工人的一天」，在「今天你是」卡片上點「量產廠」，左右滑到製程工程師，再在名字下面點「黃光」，就是黃光製程工程師。你整班都在曝光機前後：半夜下游的蝕刻機停了，要決定哪幾批先停在曝光前；早班一批晶圓的疊對超出規格；晚班，光罩上的一個點，印在每一格的同一個位置。同一區的黃光設備工程師（標著 Beta），半夜遇到的是曝光機找不到對準記號。

遊戲裡的曝光機沒有說它用的是哪一種光，黃光的劇情也不談幾奈米。名詞卡「曝光機」的「多知道一點」有兩句講到極紫外光，說法跟這篇一樣。遊戲裡的公司、人物、機台編號和數字都是虛構的；極紫外光為什麼難用，照公開的一般資料寫，查不到統一數字的地方只寫量級。其他行話可以到「半導體晶圓廠的行話，白話解釋」查。