全新國產(chǎn)DUV光刻機(jī)曝光：“套刻≤8nm”是個什么水平

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

　　其實(shí)，早在6月20日，工信部就曾發(fā)布了《首臺（套）重大技術(shù)裝備推廣應(yīng)用指導(dǎo)目錄（2024年版）》公示，集成電路生產(chǎn)設(shè)備一欄當(dāng)中，就有公示一款氟化氪光刻機(jī)和一款氟化氬光刻機(jī)。隨后在9月9日，工信部又將該通知重發(fā)了一遍：

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

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

　　光刻精度主要看的是光刻機(jī)的分辨率，65nm的分辨率，那么單次曝光能夠達(dá)到的工藝制程節(jié)點(diǎn)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(zhǔn)精度。眾所周知，芯片的制造過程，實(shí)際上是將很多層的光刻圖案一層一層的實(shí)現(xiàn)，并堆堆疊而成。一層圖案光刻完成后，需要再在上面繼續(xù)進(jìn)行下一層圖案的光刻，而兩層之間需要精準(zhǔn)對準(zhǔn)，這個對準(zhǔn)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(jié)點(diǎn)。

　　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(dāng)于目前ASML什么水平的光刻機(jī)呢？可以對比看下面的ASML光刻機(jī)的參數(shù)：

　　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(chǎn)DUV光刻機(jī)的分辨率也是≤65nm，都可以做65nm制程甚至更先進(jìn)一些芯片，但是由于該國產(chǎn)光刻機(jī)套刻精度誤差更大，這也將導(dǎo)致其良率水平可能相對會低一些。

　　也就是說，該國產(chǎn)DUV光刻機(jī)的性能甚至要低于ASML九年前就已經(jīng)出貨的XT：1460K光刻機(jī)的水平。如果再往前看，其實(shí)ASML 2006年推出的干式DUV光刻機(jī)XT：1450的分辨率就已經(jīng)達(dá)到了57nm，套刻精度為7nm。該國產(chǎn)DUV光刻機(jī)性能與ASML的技術(shù)實(shí)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(jìn)的工藝節(jié)點(diǎn)，但是會受限于套刻精度所帶來的誤差疊加放大。

　　根據(jù)某光刻大廠的一位內(nèi)部專家向芯智訊透露，65nm分辨率的ArF光刻機(jī)，配合好的OPC（光學(xué)鄰近效應(yīng)校正）算法，可以推進(jìn)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(jī)的套刻精度為≤8nm，但這只是出廠標(biāo)準(zhǔn)，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(biāo)準(zhǔn)更低，所以8nm的套刻精度實(shí)際落在產(chǎn)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(xiàn)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(shù)專家對芯智訊進(jìn)一步解釋道。

　　所以，總結(jié)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(yè)界最早做28nm制程量產(chǎn)基本都是用了先進(jìn)的ASML NXT：1970（浸沒式DUV）來做的，該光刻機(jī)的分辨率達(dá)到了更高的≤38nm，套刻精度也達(dá)到了＜3.5nm。

　　由于國產(chǎn)28nm制程量產(chǎn)時間相對較晚，后面都是用了更先進(jìn)的ASML NXT：1980來做28nm量產(chǎn)，雖然其分辨率還是≤38nm，但是套刻精度進(jìn)一步達(dá)到了＜2.5nm，這也使晶圓制造商得可以通過該機(jī)型進(jìn)行多重曝光，可以實(shí)現(xiàn)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(jīng)過多重曝光來做的。當(dāng)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(jī)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?qū)崿F(xiàn)先進(jìn)制程能力光刻機(jī)對大陸具備先進(jìn)制程能力的晶圓廠的出口給限制了。

　　總結(jié)來說，這次曝光的65nm分辨率的國產(chǎn)DUV光刻機(jī)，應(yīng)該只是之前的90nm分辨率的國產(chǎn)光刻機(jī)的改良版，還只能用于55-65nm的成熟制程芯片制造需求，還遠(yuǎn)達(dá)不到大家期望的制造28nm制程芯片的要求。當(dāng)然，相比之前最先進(jìn)的90nm分辨率國產(chǎn)光刻機(jī)來說，新的65nm分辨率的國產(chǎn)光刻機(jī)至少是已經(jīng)有了一定的進(jìn)步。但是，我們依然需要清醒的認(rèn)識到我們與國外先進(jìn)水平之間的差距，不可盲目樂觀。

　　對于國產(chǎn)光刻機(jī)廠商來說，從干式DUV轉(zhuǎn)向浸沒式DUV這一過程還是存在很多技術(shù)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(jī)（2006年就推出了首臺量產(chǎn)的浸入式DUV光刻機(jī)XT：1700i）打敗了當(dāng)時的光刻機(jī)兩大巨頭佳能和尼康，確立了霸主地位。