一沙一世界：晶体管工艺之路

2013年，Intel会将芯片工艺从22nm推进到13nm，2015年以后还会推进到10nm、7nm甚至5nm。但当工艺尺寸进一步减小时，会遇到许多麻烦。目前的光刻设备使用波长为193nm的光进行制造。在193nm提升到下一代的157nm波长时，大部分透过设备如镜头的材质对157nm波长的光已经呈高吸收状态，使得目前的材料无法完成光刻过程。如果要彻底替换材料，不但耗资巨大，前景也并不明显。因此，Intel取消了157nm光刻的研究计划，此举也从侧面证明了光刻技术在纳米时代已经举步维艰，157nm光刻也被认为是传统光刻技术的极限。

22nm的3D晶体管给人们带来了惊喜，但在Intel的路线图里，它不过也只是一个过客……

Intel现正在研究的是193nm波长的沉浸式光刻技术，将原来光和刻录目标之间的空气换成了高折射率的液体，利用液体折射降低波长的特性来提高光刻精度。当然这还不够，在掩模设计上还需要采用一些特殊手段来确保终产品的质量并降低衍射效应。

借助这些手段，目前的设备可将光刻尺度延伸到10nm工艺。但在之后的7nm和5nm以及未来更小尺寸的生产上，目前的光刻技术已经达到了物理极限。未来的晶体管制造需要EUV技术，也就是极紫外线技术才能完成。极紫外线技术能将刻录光的波长降低到13.5nm，在这个尺度上，衍射效应变得不是很明显，晶体管产品的清晰度等会大大提升。但极紫外线必须改用反射式光学系统才能生产出更小和更精确的晶体管。因此，从目前的透射式光学系统改变到下一代的极紫外线反射式光学系统，将是一个投资巨大、困难度极高的过程。

至于现在，通过采用其他技术手段的弥补，晶体管工艺还会延续到10nm左右，在极紫外线技术投入使用后，制造工艺会进一步缩小到5nm甚至更低。在没有碰到材料物理性能的极限之前，0.2nm的硅原子还能坚持一段时间，不过这个时间不会太长。大约在20年之内，物理学和光刻技术就会发展到让人们必须找到硅原子的替代品。这些技术的前期研发已经开始，一些有望在未来使用的材料比如石墨烯等已经受到了很多关注。不过目前人们对这些新材料的性质以及生产工艺等的了解尚处于很初级的阶段，还有很长的路要走。