别闹了! 8纳米

好笑的是这条中央社发的消息持续被其他媒体引用，引发后续讨论。我以为台湾是半导体之域，媒体至少有起码的半导体ABC知识。

别闹了，8nm！

这个信息内容内容有不一致的地方，氟化氩（ArF）雷射的波长是193nm，氟化氪（KrF）雷射的波长才是248nm。从另外2个数据来看，248nm几个字比较有可能是误植。

用氟化氩雷射当光源，乾式（dry）曝光机一般的分辨率（resolution）在80~90nm左右，浸润式（immersion）曝光机一般的分辨率在38~40nm左右。公布的数值在两者之间，我猜是乾式的曝光机再加上已知的可以改善光学系统的诸种手段。这里讲的分辨率，一般是指单次曝光（single exposure）所能达到的最小尺度。

数据中的另一组「套刻精度小于8nm」则是引起此次无妄之议的罪魁祸首。

两岸译名有所不同，曝光机在中国叫光刻机，而套刻精度在英文中是overlay accuracy ，指的是上下2层光罩层对准（align）可能产生的最大误差，这与能用此曝光机能做出何种技术节点的能力完全不是一回事，但是套刻精度只有8nm的曝光机，肯定做不到8nm的制程也是铁铮铮的事实。

上述的信息对我来说，只是中国的曝光机能力已进入以准分子雷射（excimer laser）为光源的第一代曝光机，如果其表现真如其规格所述，这算是改良过的第一代DUV曝光机。

再进一步发展是浸润式氟化氩曝光机（ArF immersion lithography）。虽然水的折射率1.333理论上可以提升机器设备的许多规格，但是由于运作机制存有主要变化，发展所需时间可能较长。

更进一步是极紫外光曝光机（EUV lithography），这个有些难。毕竟现在ASML的极紫外光曝光机是DARPA于90年代就开始研发的。即使以现在的技术和后发者的知识可以缩短开发时程，但是EUV的光源产生和光学系统与DUV完全不同，多费些手脚也是理所当然。

所以中微半导体董事长尹志尧说，中国的机器设备与客户群处在技术领先位置的国外厂商相比，还差了两、三代是确评。

至于晶圆制造厂的制程能力呢？分辨率只是曝光机台本身的能力，制程中还有其他众多手段可以改进在晶圆上最终图案化（patterning）的能力，其中最为人知的手段是多重曝光（multiple exposure）如曝光蚀刻曝光蚀刻（Litho-Etch Litho-Etch；LELE）、间隔物辅助双图案化（Spacer-Assisted Double Patterning；SADP）、光刻冷冻曝光蚀刻（Litho-Freeze Litho-Etch；LFLE）等方法；也有行之有年光学邻近校正（Optical Proximity Correction；OPC）等方法。例如氟化氩浸润式曝光机的单次曝光分辨率在38~40nm左右，经过上述方法的处理晶圆上的最小尺寸可以精确到10~12nm。

中国早已进口氟化氩浸润式曝光机，台积电可以用以制造7nm制程，中国当然也可以，良率高低和时间早晚而已。至于更先进的制程节点也并非全无可能，也是良率、成本和产能的问题。

所以中国半导体制程的能力问题，根植于其先进制程设备的自制率，其弱势是在曝光机、离子植入机（ion implanter）和电子束检测系统（e-beam testing system），其中曝光机的自制能力自然最受瞩目。

如何跨越外在设下的限制？除了沿外界已经发生过的EUV研发路径之外，纳米压印（nanoimprint）可能是一个途径。纳米压印已经应用于3D NAND的量产，机台的分辨率在5nm左右，只是它的晶圆产量（wafer throughput）不高。但是它的机台单价较低，目前解决方式就是以机台数量来弥补产能。

在DRAM与逻辑的应用上，纳米压印在良率还有所不足，得改善如颗粒等问题。纳米压印机中国已有了，问题也是要花多长时间才追得上世界技术前沿？