国产光刻机猜测

moletronic

1 q% X& f/ f6 P& p* O/ L
被老财迷点名了，又看到“28nm光刻机”这种让俺不爽的说法，俺就来稍微说几句。
! `# p% r7 Y) I* a! F. e  s光刻机是个很复杂的体系。大约30年前吧，俺第一次看到光刻机，那时洋名叫Aligner，后来又有Stepper，Scanner。但这些是根据样品台的运动模式命名的，俺个人以为也不算是很好的命名方式。
还是回到光刻机本身吧。顾名思义，光刻机就是在半导体生产中进行光刻的机器。现代的半导体工艺非常复杂，往往包含几十个跟光刻相关的子工序。每个子工序一般又会有以下几个步骤：
1. 表面清洗
6 M: ]" D0 K5 Q2. 预处理
$ D! d! k, o5 q, t7 N3 v3. 甩胶
6 z& G4 f4 w4 M# i, G4. 曝光
3 [2 `( z1 J' |) `- a5. develop（显影？）
9 v* g9 Q- w" b6. 刻蚀/离子注入
7. 去胶
3 v, {; y6 D5 t% @$ A( |) d光刻机就是进行第四步的。半导体工业有XXnm节点，这个XXnm，在早期基本就是光刻机的分辨率决定的。光刻机是光学系统，而Ernst Abbe在1873年就给出了公式：

/ z$ w9 c4 d( ~+ j+ J对于光刻机，公式演变为：

这里面CD是最小尺寸，lamda是光波长，NA是数值孔径，K1是整个光刻系统的系数。如果想降低d，要么减小波长，K1，要么增大数值孔径。下面是用过的波长：
1. 436 nm (水银灯"g-line")
+ }. D9 q8 s% i8 d4 i, T2. 405 nm (水银灯"h-line")
6 H$ S# ^* Y3 l3 ~5 X3. 365 nm (水银灯"i-line")
4. 248 nm (KrF激光)
8 ]/ [/ P5 x; b9 `5 Q6 \0 k5. 193 nm (ArF激光)
6. 13.5 nm (EUV激光)
; R- F( A8 r0 D: E" \8 W8 |2 T工信部说的那两台机器应该就是用的248nm和193nm。早几年浦东拿出来吹牛的“90nm光刻机”就是用的193nm，现在变成65nm，估计是K1和NA优化了。在俺看来这个“90nm光刻机”和“65nm光刻机”是一个东西，区别估计是Camry LE和SE的区别吧。193nm可以一直用到7nm节点，台积当初就做到了。三星水平差一些，有两层上了EUV。牙膏厂的10nm（对应台积7nm）就是不想用EUV所以卡了6年搞不出来。
9 x) ^" `' E. ?0 I- M2 q按照公式193nm对应的极限是90nm，但还能继续是因为有一些别的技术：
1. 林本坚提出的浸水。就是在物镜和硅片间加水。这样折射率从空气的1变成水的1.44，相当于数值孔径变大1.44倍。
2. 光学临近矫正（OPC）。早年的光刻遵循的是几何光学，不考虑衍射，掩膜上的形状和印出来的是一样的。OPC会考虑衍射效果，掩膜上形状和最终印出来的不一样，这样可以做出更小尺寸。
8 m3 L4 C' z3 ?7 J5 L  S( d3. Double-Patterning。这个翻译为双重曝光其实不好。以前有double-exposure，那个是把前面工序变成1，2，3，4，4，5，6，7. 现在这个double-patterning要更复杂，简单说是1-7，1-7要做两次。这两次之间硅片会动，要回到原位，就有误差，就是那个套刻精度。
4. FinFet/GAA，这个其实并没有实际减小尺寸，只是让有效尺寸变小了，所以节点数字变小。
/ o7 `! f( e/ b* n
$ K: ~+ |! D4 F2 H, G# q. O网上谣言说国内的浸水还在测试，希望能尽快成功吧。

orleans

下笔千言，文眼就一句：“ 在俺看来这个“90nm光刻机”和“65nm光刻机”是一个东西，区别估计是Camry LE和SE的区别吧。”90nm至少10多年前就推出了，现在你说LE变SE，进步就等于没进步嘛。

马鹿

我还以为你才30多岁。。。

moletronic

马鹿 发表于 2024-9-15 04:18
. k) K2 s3 m7 E+ `4 |我还以为你才30多岁。。。

西西河一开俺就去了，那都快20年了

陈王奋起挥黄钺

凭借目前公布的硬件参数，是可以轻松实现65nm的，20年前就已经实现的。但是加上现在软件的进步，也就是OPC，提升到45nm就没有问题。如果在加上偏轴式曝光或者移相光罩，突破到28nm问题不大。
! e7 n( d, J0 G" s. s6 e
# ?- U! o; T; Y3 o% d, y7 z' }& {国内目前的所有半导体的前沿突破，都不在公开的生产线上，因为敌人可以拆解你的光刻机，制裁你的供应商，从而摧毁你的供应链。

: k& a5 S& D- l2 A1 T凡是公开的，都是敌人无法阻挡的。

宝特勤

在国外搞过光刻机外围元件的过来支持一下。

moletronic

公布的参数只能确定的说解决了65nm的有无问题，对于代工厂来说要不要用还有几个关键参数没说。比如生产速度（wafer/hr），连续生产时长，透镜预热时长等等。

老财迷

感谢感谢
! p; K* x& m2 ^% L! z' Z% Z+ K. i
工信部公布的是：2.1.6 氟化氩光刻机  晶圆直径:300mm；照明波长:193nm；分辨率≤65nm；套刻≤8nm

按照老兄的科普，我理解，现在有一台氟化氩光刻机，使用波长为193nm的ArF激光（氟化氩激光），300mm的晶圆，加上套刻精度≤8nm，以及其它技术手段，能生产65nm的芯片了。就是俗称的65nm光刻机。
确实还属于比较“菜”的 当然，工信部把它放在《首台（套）重大技术装备推广应用指导目录》公布出来，应该是全国产了，这是我们自己的
1 ?& [8 x" S% C7 m" p& s, M. S
5 D0 N5 {$ t% f; @/ H" V延伸一下老兄的科普，“按照公式193nm对应的极限是90nm”，假设“国内的浸水还在测试”为真，则从90nm做到65nm没有通过“浸水”，而是通过别的技术，可能是【2. 光学临近矫正（OPC）、3. Double-Patterning、4. FinFet/GAA】中的一种或多种。
那如果突破了“浸水”，就可以做到65nm/1.44=45nm了。

另外，在工信部的《首台（套）重大技术装备推广应用指导目录》中，https://www.miit.gov.cn/zwgk/zcw ... 7d635932a464ee.html
8 T# W% j2 A+ o: f和芯片相关的远不只这一个光刻机，还有很多项：
2.1集成电路生产装备
# o; }7 ~* w# g" S; b3 k7 S2.1.1硅外延炉 晶圆直径：300mm；工艺节点等于或优于28nm；应用材料：硅、锗硅
2.1.2湿法清洗机 晶圆直径：300mm；工艺节点优于28nm；用于关键层清洗
1 u+ e6 W+ J: q8 R* Y2 x0 ]* [; a/ f; v0 J2.1.3氧化炉 晶圆直径：300mm；工艺节点等于或优于28nm
1 I( \1 x% t; F5 R+ j) g2.1.4涂胶显影机 晶圆直径：300mm；工艺节点等于或优于28nm；用于关键层涂胶显影
2.1.5氟化氪光刻机 晶圆直径：300mm；照明波长：248nm；分辨率≤110nm；套刻≤25nm
2 y8 R0 c, e- U$ X2.1.6氟化氩光刻机 晶圆直径：300mm；照明波长：193nm；分辨率≤65nm；套刻≤8nm
  r4 _+ `/ u) Z8 K6 o- r$ `0 L2.1.7高能离子注入机 晶圆直径：300mm；注入均匀性≤0.5%；能量范围≥1MeV；能量纯度：99.9%
# i' l: ~" A/ d( a7 G  F4 F" g" j2.1.8低能离子注入机 晶圆直径：300mm；能量范围：200eV～50KeV；注入剂量：5×10^13～5×10^16 ions/cm²；束流大小：0.5～30mA
2.1.9等离子干法刻蚀机 晶圆直径：300mm；工艺节点等于或优于28nm；用于关键层刻蚀
2.1.10特种金属膜层刻蚀机刻蚀 晶圆规格：12英寸；CD1σ均匀性（片内、片间、批间）≤3%；MTJ特征CD：25～80nm；MTJ侧壁损伤≤2nm；MTJ侧壁陡直度≥80°
$ @( x' x: P7 N4 O$ m, `2 s2.1.11化学气相沉积装备 晶圆直径：300mm；工艺节点等于或优于28nm；用于关键层沉积
* a6 U# e# x' G! p3 j5 j9 U7 w2.1.12物理气相沉积装备 晶圆直径：300mm；工艺节点等于或优于28nm；用于关键层沉积
2 \3 z# c8 t8 X& ~: L- p" u8 s4 j2.1.13化学机械抛光机
    铜抛光：晶圆直径：300mm；工艺节点等于或优于14nm；片内及片间非均匀性≤5%；抛光速率＞5000Å/min
    钨抛光：晶圆直径：300mm；工艺节点等于或优于14nm；片内及片间非均匀性≤5%；抛光速率≥2000Å/min
    铝抛光：晶圆直径：300mm；工艺节点等于或优于28nm；片内及片间非均匀性≤5%；抛光速率≥2500Å/min
    介质抛光：晶圆直径：300mm；工艺节点等于或优于28nm；片内及片间非均匀性≤5%；抛光速率≥1000Å/min
; t  ]* X. g7 C8 \9 p2.1.14激光退火装备 晶圆直径：300mm；工艺节点等于或优于28nm
/ ~/ r0 x( E9 _+ N6 J' Z) S+ Q* @5 g: Q/ B2.1.15光学线宽量测装备 动态重复性：宽度≤0.1nm，高度≤0.15nm，角度≤0.08°；准确性：线性度≥0.9，斜率：within1±0.1；表面颗粒增加≤4颗@＞30nm
" K6 {4 z# p/ p$ A! J- d
0 C9 J2 W! x3 y2 |0 q1 a很有几项明确说了“工艺节点等于或优于28nm”，甚至有“工艺节点等于或优于14nm”的。
; s/ M4 j0 u& D- B( B& x' s1 D

老财迷

moletronic 发表于 2024-9-16 09:46
5 A* |! T( K! _, d公布的参数只能确定的说解决了65nm的有无问题，对于代工厂来说要不要用还有几个关键参数没说。比如生产速度 ...

- i/ Q$ b. W1 i$ s5 u3 f$ N* o个人猜测，在这正式公布之前，国内（大陆）自己的代工厂商，肯定已经有使用的了。以目前的政治、技术氛围，各大代工厂必然要背负相关的任务，这关系到大基金的投入、将来的单子。

moletronic

既然公布了，肯定是用过的，具体效果估计比几年前的“90nm”强吧。那个有谣言说就送出一台去某武汉厂（估计是YMTC）验收完了就放一边落灰了。。。

moletronic

另外阿斯麦能做到的：NA=1.35，K1=0.25，对应线宽是36nm。台积7nm的实际线宽是22nm。

晨枫

老财迷 发表于 2024-9-15 21:19
; w! T. O$ t+ \+ Q7 q2 i! X9 K感谢感谢
3 Y, L5 [& Y+ Q' E" Z. n
工信部公布的是：2.1.6 氟化氩光刻机  晶圆直径:300mm；照明波长:193nm；分辨率≤ ...

3 B- Y/ k5 n5 W) K9 L$ g8 `" c也就是说，即使28nm现在还有光刻机瓶颈，其他也都就绪、只欠东风了。这是好事！
1 Y, l. `3 B" k4 E7 d2 H
个人感觉：相比于前一阵的绝对保密，现在放出这消息肯定是有用意的。
) z& U& z9 F2 _4 ]8 Q
1、内行人一看就知道，还在65nm
2 {3 r# B2 ]) n5 \( x: b* @2、没说的就不知道到了哪一步，而中国肯定不会满足于65nm
3、一旦这一关过去，下一关应该是28nm光刻机（咳咳，我知道这说法要被内行人狂扁，你知道我的意思，暂且手下留情吧），但说中国还有15年的落后可能误导，追赶总是更快，尤其是这在现在根本不是最领先水平
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然后就要等EUV了。

- U; B% R: q" s6 J% i$ i# h会不会中国人首先解决光源，索性一步到位EUV，但干式先行？不是说俄罗斯EU V光源给力吗？
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- C$ r* v/ X9 c! H* c在一段时间里，一旦中国28nm全国产化，芯片爆产能就有工装保障了。这就要西方好好领教什么叫产能过剩了。

moletronic

EUV没有透镜，只有反射镜，整个光学系统完全不同。目前看不会再搞浸水了。

沉宝

晨枫 发表于 2024-9-16 14:00
也就是说，即使28nm现在还有光刻机瓶颈，其他也都就绪、只欠东风了。这是好事！

个人感觉：相比于前一阵 ...

( \# \( k: Y+ S0 r& @% O不存在28nm光刻机，只有28nm工艺节点。

3 q( f3 P# k9 P+ u从光刻机所用的光源上来说，只有 193 nm (ArF激光) 和 13.5 nm (EUV激光) 的区别。只要没上EUV，那么全都是193nm，即使是台积电的7nm。在典型参数下，193nm光源能做到90nm的线宽。光刻机可以在此基础上改进，比如提高镜头的数值孔径（玩相机的晨大熟悉这个术语），在镜头与硅片之间填充高折射率浸没液体等等。所有这一切努力让单次曝光分辨率顶多能到达38nm的水平，再往下就需要靠大幅度提高工艺复杂度来实现了。主帖中提到double-patterning（更准确的应称之为multiple patterning），其中的曝光、显影、刻蚀等步骤再也不是一次过，而需要反复多遍才能获得更细的等值线宽。

以multiple patterning中的SADP/SAQP技术为例，SADP第一次产生的线条并不是最终想要的东西，它只是用作一个骨架，在上面沉积一层叫spacer的薄膜。然后骨架本身被刻蚀掉，只留下原本贴在其侧壁上的那一部分spacer。打个比方，这有一点像脱胎漆器，当然轻薄细腻了不少。如此得到的spacer再与一个相对宽松的mask合作，才得到最终的电路。

, w' m$ X$ ~) w' L' `  {; H. C
SAQP则是将SADP的技法重复两遍，以期获得精密度的倍增。
3 q) k6 F& W( G; A2 s
  {3 c/ }  x" p; s
工艺复杂的代价不仅仅是用掉更多的时间和耗材，芯片的良率也随之下降。之所以厂家多年来不断在ArF上挖潜，是因为EUV也有很多劣势。对EUV透光的材料很难找，所以没了传统的透镜组，也不可能再有浸液方案，整个光学系统要靠一系列反射镜来实现。其结果是系统的等效数值孔径远远小于ArF光源的，这就导致EUV对上一代的胜出大幅度缩水，而并不像波长缩短所意味的十多倍那样的差距。从生产出来的实际芯片也可以看出，采用EUV后芯片各方面的指标有提升，但这种提高大致是线性的（如果用以前的速度外延的话），而非峭壁式的飞跃。

晨枫

moletronic 发表于 2024-9-16 07:42
EUV没有透镜，只有反射镜，整个光学系统完全不同。目前看不会再搞浸水了。 ...

+ {9 b2 J, V' o/ X3 v+ ?也就是说，EUV用浸水没有用？

晨枫

沉宝 发表于 2024-9-16 12:46
不存在28nm光刻机，只有28nm工艺节点。
, H% L+ r( m1 \; x
从光刻机所用的光源上来说，只有 193 nm (ArF激光) 和 13.5 nm ( ...

9 Q0 P$ H3 _, S4 U; m8 D$ q不过EUV制作7nm可以轻易一次曝光，产率和良率应该提高很多？

moletronic

晨枫 发表于 2024-9-16 11:21
3 X, l  o+ r7 K! p& c也就是说，EUV用浸水没有用？

6 F, E8 C% i" L理论上有用，但目前没看到在路线图上。估计是水对EUV的吸收太大，本来EUV光源的强度就小。

晨枫

moletronic 发表于 2024-9-16 14:38
- g" N, c% w* |, l7 c理论上有用，但目前没看到在路线图上。估计是水对EUV的吸收太大，本来EUV光源的强度就小。 ...

是哦，连透镜都不能用，水可能更加不行了

moletronic

晨枫 发表于 2024-9-16 12:39
+ d1 a) C1 z4 w是哦，连透镜都不能用，水可能更加不行了

相比透镜，反射镜的光吸收太大了。整个光路系统的损耗太多，最后到达光刻胶的剂量比例很低。

ringxiao

在知乎看到一篇文章，应该是业内人士写的，他对目前的进度并不乐观。
我不懂这方面的技术，看起来说的还是有理有据，供参考。

& d8 H# D/ I6 A& t4 |1 rhttps://zhuanlan.zhihu.com/p/720445357