咱们就踏踏实实地说说咱们国家新研发的光刻机吧

不知道从什么时候开始，光刻机、台积电、5nm、euv这些词逐渐成为网上的高频热词。新闻报道、视频评论区，乃至武汉的出租车司机口中

你都能追寻到这些词汇的踪迹。

这些高频词在一定程度上反映了大家对于半导体行业的殷切期望，毕竟谁都不想被卡脖子，大家都想扬眉吐气。正因如此，去年的Mate 60系列才能一机难求。

可是理想很丰满，现实很骨感。每当大家看到漂亮国加紧光刻机制裁的新闻的时候，除了感到愤慨，更多的是无奈……什么时候我们自己的光刻机才能投入使用呢？一部分自媒体迎合大家的这种期待，开始“编造”一些光刻机的进度

比如说某时报的三年且听龙吟，知乎上的静候佳音还有B站评论区的“我哥们说已经投入使用”……这一切都像是虚无缥缈的幻境，最后的结局只是无声的幻灭。我读大学的时候，一开始说21年官宣光刻机，为百年献礼；到七月份了，他们又改口说保密项目，低调处理；然后22年10月，美国加紧制裁，一日之内半导体股票大跌；再到去年，连续几个季度，大陆营收占到ASML，LAM，application material等公司的近一半！可是国产光刻机还是没有揭开面纱……

难道国产光刻机是车库里的龙吗？只是观测不到？当然不会！

产界和学界一直在努力，不仅仅是光刻机，刻蚀机、去胶机、离子注入设备等等都在努力。前不久，关于重大技术装备的清单，来到了我们的眼前。这毫无疑问是大快人心的消息，不过大部分网友缺乏一定的专业知识，所以闹出了一些笑话。

比如说把65nm分辨率说成65nm光刻机，把套刻精度8nm说成是可以生产8nm。我觉得我有必要科普一下实际情况，不管看官觉得我故意找茬也好，还是觉得我泼冷水也罢。我只谈技术，不谈感情。那么各位看官请做好，且听我娓娓道来。

1. 为什么是氟化氩与氟化氪？

氟化氩 ArF，氟化氪KrF，两种化学物质而已。但特殊的地方在于，光刻机的光源是准分子激光器，

恰好准分子激光器内部就有上述两种物质。在准分子激光器内部，稀有气体分子（Kr、Ar）在电场和高压环境下，与卤素（F₂、Cl₂）发生反应，形成不稳定的分子。可高贵的稀有气体，又怎能轻易与别的分子牵手？在高压逼迫下的合作，迟早会迎来分道扬镳的那一天。

就这样，处于激发态的准分子裂解了，再度回到基态，变回了稀有气体分子和卤素分子。而这一跃迁过程产生的能量，以DUV光子的形式释放出来，照亮集成电路的天空。这一过程与霓虹灯的原理相类似。

KrF光刻机的波长为248nm，ArF为193nm。目前先进工艺所用到的duv光刻机为ArF，为什么不用KrF呢？核心问题在于波长。

根据瑞利判据，CD（分辨率）＝k1 λ/NA，要获得更小的线宽CD，要么降低波长λ，要么提升NA值（数值孔径）。

要想获得更先进的工艺，降低波长也就成了理所应当的选择了，从248进化到193，下一步则是euv的13.5nm，再到论证阶段的beyond euv 6.7nm……

而另一条路则是增大NA，NA与镜头直径成正相关，因此增大镜头尺寸就可以提升NA值。这里暂且按下不表。

2. CD与overlay

在截图里大家可以看到，该光刻机的分辨率为65nm，套刻精度为8nm。这两个参数是什么意思呢？是说能做8nm的CPU吗？

我有必要先科普一下现在所谓的xx nm是怎么一回事。因为总看到有人说现在的5nm其实相当于28nm这类不符合科学的言论

众所周知，先进工艺能够制作出更小的元器件（晶体管），而我们用的CPU和GPU是由上百亿个晶体管组成。

晶体管有源极（source）、栅极（fin）和漏极（drain）

对于logic来说，一般采用栅极（gate）的长度（gate length）作为技术节点的标志。对于一个7nm产品来说，鳍片（fin）的尺寸指标是很多的。厚度（fin thickness）大概是6nm，fin和fin的间距（fin pitch）是30nm左右。gate length 大约8/10nm。

fin pitch是非常重要的指标，对于n7级别的工艺来说，fin pitch大概30nm；而n5/n4，fin pitch则缩小到28nm。如果光刻机的分辨率不够，是不足以完成工艺的。

以ASML的NXT 1980Di为例，CD 38nm，虽然＞30nm，但可以通过SADP或者LELE（也就是传说中的多重曝光）实现30nm的图形。

但这次公布的国产光刻机，CD值为65nm，所以实际应用中是难以满足先进工艺的。

（目前最先进的high NA EUV已经可以做出8nm的等宽线条，比红细胞还要小）

再来说说overlay，套刻精度。众所周知，芯片是一层一层的晶体管组成的，有点类似万丈高楼平地起。刻完一层，再刻下一层。套刻精度是指上面一层晶体管与下面一层的对准精确度。

上面说到可以通过多重曝光实现更先进的工艺，但多重曝光有一个前提是套刻精度一定要高，否则误差会一直叠加。但很遗憾，8nm套刻精度并不算高，还是拿NXT1980Di举例，它的套刻精度为2.5nm，可以通过SADP实现7nm工艺。

以国产光刻机65nm 分辨率，8nm套刻精度来看，可以推进到55nm甚至更小的工艺。因为在生产中，一般来说套刻精度在图形线宽（分辨率）的1/4-1/5。

55/5=11，8＜11，所以8nm套刻精度可以满足55nm工艺。

但如果双重曝光实现28nm呢？55/5/2=5.5，8＞5.5，此时8nm套刻精度无法满足需求。

所以这台机器大概率只能用于40nm及以上的工艺了。应该还是干式光刻机，不是浸没式。关于干式和浸没式的区别，详见我此前的文章。查看链接

3. 启发

不能用于7nm，是不是说明这台机器是样子货呢？我觉得不是。