全新國產DUV光刻機曝光：“套刻≤8nm”是個什么水平

       這兩天不少網友都在熱議工信部披露的新款國產氟化氬光刻機光刻機的消息，一時間，各種關于國產光刻機大突破言論滿天飛，甚至還有人一看到“套刻≤8nm”就認為這是8nm光刻機，也是令人啼笑皆非。

　　其實，早在6月20日，工信部就曾發布了《首臺（套）重大技術裝備推廣應用指導目錄（2024年版）》公示，集成電路生產設備一欄當中，就有公示一款氟化氪光刻機和一款氟化氬光刻機。隨后在9月9日，工信部又將該通知重發了一遍：

　　氟化氪光刻機其實就是老式的248nm光源的KrF光刻機，分辨率為≤110nm，套刻精度≤25nm；氟化氬光刻機則是193nm光源的ArF光刻機（也被成為DUV光刻機），但披露的這款依然是干式的DUV光刻機，而非更先進的浸沒式DUV光刻機（也被稱為ArFi光刻機）。

　　從官方披露的參數來看，該DUV光刻機分辨率為≤65nm，套刻精度≤8nm。雖然相比之前上微的SSA600光刻機有所提升（分辨率為90nm），但是仍并未達到可以生產28nm芯片的程度，更達不到制造什么8nm、7nm芯片的程度。很多網友直接把套刻精度跟光刻制造制程節點水平給搞混了。

　　光刻精度主要看的是光刻機的分辨率，65nm的分辨率，那么單次曝光能夠達到的工藝制程節點大概就在65nm左右。

　　套刻精度則指的是每一層光刻層之間的對準精度。眾所周知，芯片的制造過程，實際上是將很多層的光刻圖案一層一層的實現，并堆堆疊而成。一層圖案光刻完成后，需要再在上面繼續進行下一層圖案的光刻，而兩層之間需要精準對準，這個對準的精度就是套刻精度，并不是指能夠制造的芯片的工藝制程節點。

　　那么，這個65nm的光刻分辨率、套刻精度≤8nm能夠做到多少納米制程呢？又相當于目前ASML什么水平的光刻機呢？可以對比看下面的ASML光刻機的參數：

　　ASML于2015年二季度出貨的TWINSCAN XT：1460K的光刻分辨率為≤65nm，但是套刻精度更高（＜5nm）。雖然這款國產DUV光刻機的分辨率也是≤65nm，都可以做65nm制程甚至更先進一些芯片，但是由于該國產光刻機套刻精度誤差更大，這也將導致其良率水平可能相對會低一些。

　　也就是說，該國產DUV光刻機的性能甚至要低于ASML九年前就已經出貨的XT：1460K光刻機的水平。如果再往前看，其實ASML 2006年推出的干式DUV光刻機XT：1450的分辨率就已經達到了57nm，套刻精度為7nm。該國產DUV光刻機性能與ASML的技術實際差距超過18年。

　　雖說65nm的光刻分辨率采用多重曝光，有可能做到更先進的工藝節點，但是會受限于套刻精度所帶來的誤差疊加放大。

　　根據某光刻大廠的一位內部專家向芯智訊透露，65nm分辨率的ArF光刻機，配合好的OPC（光學鄰近效應校正）算法，可以推進到55nm制程。

　　“單次曝光的overlay（套刻精度）的控制窗口是1/4至1/5的線寬，所以55nm線寬的芯片需要至少11nm的overlay才能夠制造。雖然該光刻機的套刻精度為≤8nm，但這只是出廠標準，在晶圓加工過程中的各種工序本身還會帶來誤差，所在整個芯片制造上的overlay會比出廠標準更低，所以8nm的套刻精度實際落在產品上可能就差不多11-12nm了。所以單次曝光最多也就能做到55-65nm的水平。”

　　“如果采用多重曝光，比如雙重曝光，那么所需要的overlay就要砍半，所以現有的單次曝光55nm水平，如果要做雙重曝光，那么至少需要55÷5÷2=5.5nm的overlay，四重曝光overlay還要再砍一半，那就是需要2.75nm的overlay。因此，8nm的overlay是沒有辦法來做多重曝光的。”該光刻技術專家對芯智訊進一步解釋道。

　　所以，總結來說，如果要做多重曝光，那么套刻精度就需要足夠的高，換句話來說就是套刻的誤差需要足夠的小。

　　比如之前業界最早做28nm制程量產基本都是用了先進的ASML NXT：1970（浸沒式DUV）來做的，該光刻機的分辨率達到了更高的≤38nm，套刻精度也達到了＜3.5nm。

　　由于國產28nm制程量產時間相對較晚，后面都是用了更先進的ASML NXT：1980來做28nm量產，雖然其分辨率還是≤38nm，但是套刻精度進一步達到了＜2.5nm，這也使晶圓制造商得可以通過該機型進行多重曝光，可以實現7nm制程的制造。比如臺積電的第一代7nm制程，就是采用ASML NXT：1980經過多重曝光來做的。當然多重曝光會帶來成本大幅提升。

　　這也是為什么美國和荷蘭一開始把光刻機對華出口限制給卡到了NXT：1980以上，后面又把NXT：1970 和 NXT：1980這兩款采用多重曝光能夠實現先進制程能力光刻機對大陸具備先進制程能力的晶圓廠的出口給限制了。

　　總結來說，這次曝光的65nm分辨率的國產DUV光刻機，應該只是之前的90nm分辨率的國產光刻機的改良版，還只能用于55-65nm的成熟制程芯片制造需求，還遠達不到大家期望的制造28nm制程芯片的要求。當然，相比之前最先進的90nm分辨率國產光刻機來說，新的65nm分辨率的國產光刻機至少是已經有了一定的進步。但是，我們依然需要清醒的認識到我們與國外先進水平之間的差距，不可盲目樂觀。

　　對于國產光刻機廠商來說，從干式DUV轉向浸沒式DUV這一過程還是存在很多技術難題需要解決的。要知道在2010年代前后，ASML就是依靠浸沒式DUV光刻機（2006年就推出了首臺量產的浸入式DUV光刻機XT：1700i）打敗了當時的光刻機兩大巨頭佳能和尼康，確立了霸主地位。