能造 10nm 芯片？國產超分辨光刻機解讀：差距仍很大

昨天，又一篇文章刷爆瞭半導體人的朋友圈。

據軍報記者成都報道，國傢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，結合多重曝光技術後，可用於制造 10 納米級別的芯片。詳情可看半導體行業觀察昨日的報道《國產超分辨光刻裝備通過驗收，可加工 22 納米芯片》

這則消息出來瞭以後，不但讓整個媒體界瘋狂，類似 " 中國光刻機終於突破瞭歐美限制 "、" 中國集成電路最關鍵領域終於突破 " 之類報道也頻頻見於各個微信圈和好友的朋友圈，也有不少的行內朋友問半導體行業觀察記者，這個產品是否是真的那麼厲害。

在經過和行業內專傢進行瞭一番交談之後，本文將對這個報道和產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的常識性描述：

行業內專傢告訴記者，文章開頭談到的 " 光刻分辨力達到 22 納米，結合多重曝光技術後，可用於制造 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，不用多次成像瞭，單次曝光就可以做 10nm 瞭。因為就 design rule 而言，10nm 的 metal 層最緊的也隻有 44nm pitch，22nm CD，一次成像就夠用瞭。就算是 poly 66nm pitch，單次成像也足夠瞭。

況且 10nm 的 Fin 本來就要用 SAQP 也隻需要單次曝光，現在可以回到 14nm 的 SADP，Fin pitch 一般是 36nm 和 33nm，所以真能做的 22nm 線寬，44nm pitch，做啥 layer 都可以隻用一次就夠瞭。

下面我們從技術面入手，解構這個產品和報道。

一、這是個什麼技術？

在文章中，作者已經提到，這個設備采用的是什麼技術。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，打破瞭傳統路線格局，形成瞭一條全新的納米光學光刻技術路線，具有完全自主知識產權，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展提供瞭制造工具 "。

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。據行業人士告訴半導體行業觀察記者，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，從而激發產生 plasma，產生波長非常短的等離子體，然後在光刻膠上刻出非常小的圖形。

傳統的光刻原理圖

關於這個技術，中科院王長濤、趙澤宇、高平、羅雲飛和羅先剛在其寫於 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：由於光波衍射特性 , 傳統光學光刻面臨分辨力衍射極限限制 , 成為傳統光學光刻技術發展的原理性障礙。表面等離子體（surface plasmon,SP）是束縛在金屬介質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瞭基於 SP 的納米幹涉光刻、成像光刻、直寫光刻等方法 , 在紫外光源和單次曝光條件下 , 獲得瞭突破衍射極限的光學光刻分辨力。

目前 , 基於 SP 成像結構 , 實驗中獲得瞭 22 nm（-1/17 波長）最高 SP 成像光刻線寬分辨力水平。SP 將為發展高分辨、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在的產線上嗎？

二、真能應用到 IC 制造產線上嗎？

在某些媒體的報道中，這個裝備的出現，打破瞭國產光刻機的空白，可以打破 XXX 公司的壟斷，但很遺憾，這是一個誤解。行內人士告訴半導體行業觀察記者，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，屬於接觸式光刻，一點點的 defect 缺陷就會造成成像品質的問題，因為是直寫式光刻，所以生產效率很低，隻能作為 E beam 光刻的競爭對手，適用於特殊應用，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於科研領域的單光子探測器。這對於實驗室科研，軍工，有一定的意義，可以一定程度上替代現在的 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，隻能作為技術驗證，不能作為真實生產，更不要說量產可能瞭。

超分辨光刻設備加工的 4 英寸光刻樣品

在交談的過程中，他多次強調瞭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於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，明顯好於中科院

再者，這一技術並非中國首創，國外有很多實驗室也做出瞭成品驗證機，效果還優於中科院，甚至都達不到國際領先的程度。

三、媒體誤導還是有意為之？

這個新聞出來瞭以後，引發瞭媒體和群眾的廣泛討論，在水木社區我們也看到瞭一個轉載自知乎的、自稱光電所的人的回復，回復中說到：

我就是光電所的，我們這個設備實現瞭激光束 22 納米（國內肯定是領先的，當然國際上落後），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，我們光電所什麼時候宣傳過這個設備可以刻芯片瞭？都是外界一些什麼都不懂的外行，包括媒體，一廂情願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，我們已經是國內做得最好的瞭。

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裡，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 "？至少我們從行內人士嘴裡聽到的答案，是否定的。當然我們也不敢保證我們是準確的，但從我的從業經驗看來，一個經過采訪，理應經過市場部審核的文章，應該盡量少出現 " 首次 " 這種詞，畢竟在我們媒體眼裡看到這個詞的時候，是另一個不同感受。

另一方面，據筆者瞭解，文章中的某位作者曾經是光刻行業的從業人員，對於文章中的出現的 " 筆誤 " 難道沒察覺到？

不過在文章最後，我們必須聲明一下，我們是支持並贊同這種創新的，正如上面的自稱光刻所某人所說，在國內來說，應該絕對是領先的。另一方面，國產 SP 光刻的進步，對於我們的研究有很重要的意義。

據行業人士告訴半導體行業觀察記者，現在實驗室中，經常用到 ebeam 光刻來做研究，如華為的 5G 開發，就需要用到 ebeam 光刻來做天線。但在最近一年多裡，因為受到禁運的影響，已經一年多拿不到 e beam 光刻膠瞭，國內很多研究就不能進行下去瞭。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麼高。

但在筆者看來，希望以後國內的專傢在源頭報道或者講述這些技術的時候，一定要向執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業來說，也是有積極意義的。