關于國產(chǎn)光刻機的性能分析介紹

據(jù)軍報記者成都報道，國家重大科研裝備研制項目“超分辨光刻裝備研制”29日通過驗收，這是我國成功研制出的世界首臺分辨力最高紫外超分辨光刻裝備。該光刻機由中國科學院光電技術研究所研制，光刻分辨力達到22納米，結(jié)合多重曝光技術后，可用于制造10納米級別的芯片。詳情可看半導體行業(yè)觀察昨日的報道《國產(chǎn)超分辨光刻裝備通過驗收，可加工22納米芯片》

這則消息出來了以后，不但讓整個媒體界瘋狂，類似“中國光刻機終于突破了歐美限制”、“中國集成電路最關鍵領域終于突破”之類報道也頻頻見于各個微信圈和好友的朋友圈，也有不少的行內(nèi)朋友問半導體行業(yè)觀察記者，這個產(chǎn)品是否是真的那么厲害。

在經(jīng)過和行業(yè)內(nèi)專家進行了一番交談之后，本文將對這個報道和產(chǎn)品進行一個全面的解析。在開始之前，先糾正一下文章開頭出現(xiàn)的常識性描述：

行業(yè)內(nèi)專家告訴記者，文章開頭談到的“光刻分辨力達到22納米，結(jié)合多重曝光技術后，可用于制造10納米級別的芯片”的說法是錯誤的。

他指出，如果真的能做22nm的線寬，不用多次成像了，單次曝光就可以做10nm了。因為就design rule而言，10nm的metal層最緊的也只有44nm pitch，22nm CD，一次成像就夠用了。就算是poly 66nm pitch，單次成像也足夠了。況且10nm的Fin 本來就要用SAQP也只需要單次曝光，現(xiàn)在可以回到14nm的SADP，F(xiàn)in pitch一般是36nm和33nm，所以真能做的22nm線寬，44nm pitch，做啥layer都可以只用一次就夠了。

下面我們從技術面入手，解構(gòu)這個產(chǎn)品和報道。

一、這是個什么技術？

在文章中，作者已經(jīng)提到，這個設備采用的是什么技術。他在文章中寫到：“中科院光電所此次通過驗收的表面等離子體超分辨光刻裝備，打破了傳統(tǒng)路線格局，形成了一條全新的納米光學光刻技術路線，具有完全自主知識產(chǎn)權，為超材料/超表面、第三代光學器件、廣義芯片等變革性領域的跨越式發(fā)展提供了制造工具”。

所謂表面等離子體超分辨光刻，也就是surface plasma，我們也把其稱之為表面等離子超衍射光刻，這是最近十幾年興起的新技術。據(jù)行業(yè)人士告訴半導體行業(yè)觀察記者，這種光刻的工作原理是入射光照射在透鏡表面的小探針上，從而激發(fā)產(chǎn)生plasma，產(chǎn)生波長非常短的等離子體，然后在光刻膠上刻出非常小的圖形。

SP光刻的原理圖（source：知乎作者霍華德）

傳統(tǒng)的光刻原理圖

關于這個技術，中科院王長濤、趙澤宇、高平、羅云飛和羅先剛在其寫于2016年的一篇名為《表面等離子體超衍射光學光刻》的文章中提到：由于光波衍射特性,傳統(tǒng)光學光刻面臨分辨力衍射極限限制,成為傳統(tǒng)光學光刻技術發(fā)展的原理性障礙。表面等離子體（surface plasmon,SP）是束縛在金屬介質(zhì)界面上的自由電子密度波,具有突破衍射極限傳輸、匯聚和成像的獨特性能。近年來,通過研究和利用SP超衍射光學特性,科研人員提出和建立了基于SP的納米干涉光刻、成像光刻、直寫光刻等方法,在紫外光源和單次曝光條件下,獲得了突破衍射極限的光學光刻分辨力。目前,基于SP成像結(jié)構(gòu),實驗中獲得了22 nm（-1/17波長）最高SP成像光刻線寬分辨力水平。SP將為發(fā)展高分辨、低成本、高效、大面積納米光學光刻技術提供重要方法和技術途徑。

但這真的是能應用到現(xiàn)在的產(chǎn)線上嗎？

二、真能應用到IC制造產(chǎn)線上嗎？

在某些媒體的報道中，這個裝備的出現(xiàn)，打破了國產(chǎn)光刻機的空白，可以打破XXX公司的壟斷，但很遺憾，這是一個誤解。行內(nèi)人士告訴半導體行業(yè)觀察記者，這個技術和我們熟悉的半導體集成電路完全無關，無法應用在集成電路領域。

他指出，SP光刻的主要缺點就是聚焦的面積非常小，屬于接觸式光刻，一點點的defect缺陷就會造成成像品質(zhì)的問題，因為是直寫式光刻，所以生產(chǎn)效率很低，只能作為E beam光刻的競爭對手，適用于特殊應用，類似的應用范圍是光纖領域，5G天線，或者是他們自己演示的用于科研領域的單光子探測器。這對于實驗室科研，軍工，有一定的意義，可以一定程度上替代現(xiàn)在的e beam光刻。另一方面，這個技術也具有圖形粗糙度糟糕的特點，從他們演示的圖形就可以看到LWR粗糙，歪歪斜斜，圖像保真度非常低，只能作為技術驗證，不能作為真實生產(chǎn)，更不要說量產(chǎn)可能了。

超分辨光刻設備加工的4英寸光刻樣品

在交談的過程中，他多次強調(diào)了這個技術和我們熟悉的半導體集成電路完全無關，無法應用在集成電路領域這個技術對于集成電路的光刻需求的不適用。

國外使用SP光刻技術做的效果，明顯好于中科院

再者，這一技術并非中國首創(chuàng)，國外有很多實驗室也做出了成品驗證機，效果還優(yōu)于中科院，甚至都達不到國際領先的程度。

三、媒體誤導還是有意為之？

這個新聞出來了以后，引發(fā)了媒體和群眾的廣泛討論，在水木社區(qū)我們也看到了一個轉(zhuǎn)載自知乎的、自稱光電所的人的回復，回復中說到：

我就是光電所的，我們這個設備實現(xiàn)了激光束22納米（國內(nèi)肯定是領先的，當然國際上落后），可以做簡單的線，點，光柵部件，拿來做刻芯片這種超級復雜的ic制造是完全沒有可能的，那個難度是畫簡單線的十萬倍，因為還需要高精度鏡頭和高精度對準技術，我們這個設備立項本來就不是拿來刻芯片的，有人說我們騙，我們光電所什么時候宣傳過這個設備可以刻芯片了？都是外界一些什么都不懂的外行，包括媒體，一廂情愿的以為這個就是芯片廠的光刻機，和我們沒有任何關系。飯要一口一口吃，我們已經(jīng)是國內(nèi)做得最好的了。

筆者在知乎上找不到相關回答，也沒求證過回答者的身份。但假設這個答主真的是光電所的人，這樣直接甩鍋給媒體的說法，筆者是有點不認同的。

在他們的的報道原文里，標題是《我國成功研制出世界首臺分辨力最高紫外超分辨光刻裝備》，這真的是世界上“首臺嗎”？至少我們從行內(nèi)人士嘴里聽到的答案，是否定的。當然我們也不敢保證我們是準確的，但從我的從業(yè)經(jīng)驗看來，一個經(jīng)過采訪，理應經(jīng)過市場部審核的文章，應該盡量少出現(xiàn)“首次”這種詞，畢竟在我們媒體眼里看到這個詞的時候，是另一個不同感受。

另一方面，據(jù)筆者了解，文章中的某位作者曾經(jīng)是光刻行業(yè)的從業(yè)人員，對于文章中的出現(xiàn)的“筆誤”難道沒察覺到？

不過在文章最后，我們必須聲明一下，我們是支持并贊同這種創(chuàng)新的，正如上面的自稱光刻所某人所說，在國內(nèi)來說，應該絕對是領先的。另一方面，國產(chǎn)SP光刻的進步，對于我們的研究有很重要的意義。

據(jù)行業(yè)人士告訴半導體行業(yè)觀察記者，現(xiàn)在實驗室中，經(jīng)常用到ebeam光刻來做研究，如華為的5G開發(fā)，就需要用到ebeam光刻來做天線。但在最近一年多里，因為受到禁運的影響，已經(jīng)一年多拿不到e beam光刻膠了，國內(nèi)很多研究就不能進行下去了。而SP光刻的進步，也許就能取代ebeam的作用，畢竟這個技術對光刻膠要求沒那么高。

但在筆者看來，希望以后國內(nèi)的專家在源頭報道或者講述這些技術的時候，一定要向執(zhí)筆者講述清楚這個技術的具體意義和差距，別用模棱兩可的詞語，讓媒體有機會誤解。這對我國的整個集成電路產(chǎn)業(yè)來說，也是有積極意義的。