单次曝光极限

芯片上的每一个晶体管都要靠光画出来。决定它能画多小的那个数，叫关键尺寸：光刻机在一次曝光中能分辨的最小特征。它每减半，同样一平方毫米里就能塞进四倍的晶体管。在这个行业的大部分历史里，节奏由这一个数决定——而后有十二年，它不再移动。

那个方程

分辨率来自一个借自瑞利勋爵19世纪望远镜工作的方程：关键尺寸 = k₁ · λ / NA。三项，三条印得更小的路。λ 是光的波长。NA 是数值孔径，光学系统能收集并聚焦的光锥有多宽。k₁ 是工艺因子——晶圆厂围绕曝光所做的一切，从掩模技巧、照明角度到光刻胶化学和计算光刻修正。它从接近1.0起步，物理硬底是0.25。

光刻史上的每一次改进，无一例外都来自移动这三项之一。

怎么读这张图

深蓝线是机器的极限：一次曝光能分辨的最小特征，按每一代光源标出。它从1980年g-line下的约1,250纳米稳步下降到2007年的40纳米——那一年三项同时走完：k₁略低于0.28，氟化氩的光自世纪之交起就卡在193纳米，而最后一点可用的增益来自在镜头与晶圆之间灌一层水，把数值孔径提到1.35。2008年再走一步到38纳米，此后十一年没有再动。

锈色标签是节点名称，按字面值绘制。它们在整个平台期里继续下降，因为它们早已不再描述关键尺寸：密度是靠多次曝光和重新设计的标准单元买来的，而不是靠印得更细。从英特尔的45纳米节点到台积电的N7，密度涨了约27倍，而上面那条线几乎没动。这些名字此后改用“埃”，而实际特征仍然大一个数量级。

金色的一段是2019年，ASML把波长从193纳米降到13.5纳米——缩小十四倍，而此前任何一次换光都没带来过两倍。在那之后，这条线就是一家公司的路线图：孔径从0.33放宽到0.55时走一步，此后持平。

这张图说不了的事

可印不等于已量产。一台设备标称的分辨率，比用上它的硅片送到客户手里要早好几年，而节点名称还要更晚。图下的剑标注记着两处要紧的接缝：“45”是对着干式氟化氩约58纳米的极限报出来的；浸没式自“32”起才真正用上。

关键尺寸也不是密度的全部。自平台期开始，大部分增益来自标准单元设计、堆叠和图形化技术——所以一张只讲打印的图，会低估这个行业在它的核心数字停住不动时取得的进展。