中国曝光机发展现况：DUV

在中美贸易战中，美方施力的重点在于箝制中国高科技的发展的进程，特别是半导体、人工智能和量子计算，而前二者息息相关。

在半导体方面，美国的管制近乎遍及全产业链，从设计工具（EDA）、产品、制程设备乃于材料的禁运，中国自然是以国产替代以提高自给率，这也是涵盖全产业链的回应。

中国在半导体设备领域的弱点包括电子束测试机（e-beam tester）、离子植入机（ion implanter）和曝光机（lithography equipment）。

电子束测试机是量测机臺，基本上是用来侦测除错，不是制造过程的一部分。

离子植入机—特别是高能量（~1MeV）的，对于高压碳化矽（SiC）MOSFET的制程至关重要。现在的电动汽车电压已早从600V迈向800V、1200V。没有高能量离子植入机无法制作车规高压功率元件，对于中国电子产业的零件自制率影响巨大。

最令人关注的自然是曝光机（lithography equipment）。

曝光机的能力代表先进制程的终极分辨率（resolution），又与先进技术节点（technology node）直接相关。先进制程的主要应用之一是与算力高度相关的各式XPU，特别是专注于人工智能应用的GPU；另一个应用也是在人工智能芯片架构中的高帶寬存儲器（High Bandwidth Memory；HBM）。

从2024年9月起，中国就陆陆续续的传出各式曝光机进展的相关消息，对于全世界的半导体产业，这自然是头等的新闻焦点。

首先是中国工信部指导目录中的DUV曝光机，在2024年9月公布。

本质上，这就是一臺干式的DUV曝光机，光源是氟化氩（ArF）的准分子（excimer）雷射，氟化氩雷射波长为193納米 。

此曝光机的分辨率为65納米，如果假设系统中其他性质都已达最佳化，则其物镜（objective lens；系统中用于收集光线、用以呈像的主要透镜）的数值孔径（NA，愈大分辨率愈好）推算起来大概是0.75。如果要进一步改善分辨率，还要经过另一阵子的努力以达目前产业前沿水准0.93的数值孔径。

也就是说，在光学系统的发展目前还处于较早期阶段。

至于其叠加精度（overlay accuracy；上下层图案的对齐精度）为8納米。要能产生65納米临界尺吋（Critical Dimension；CD）的制程，上下层的疉加精度要达临界尺度的20%左右，也就是13納米。如果要做双重曝光（double exposure），则叠加精度必须提高到13/2納米=6.5納米。

显然此臺曝光机目前的分辨率就是65納米，而且无法透过双重曝光的手段进一步提升制程的分辨率。

再往前的路，除了前面所述在物镜的数值孔径需持续提升之外，另外还需要往浸润式（immersion）方向移动，利用水的折射率（refractive index）1.44较真空的折射率1为大的因素，提高曝光机的整机分辨率，这样才可能达到28納米的分辨率。至于像FinFET这样的精密元件，部分制程就要动用到双重乃至于多重曝光。

浸润式曝光机使用新机制以改变波长，自然要面临新的问题，譬如水的纯净度的控制以给水温均匀恒定的维持等。这个部分自然也有机构早已从事研发，譬如中国中科院长春光学精密机械与物理研究所正在开发的数值孔径为0.8的浸润式物镜；承担浸润式曝光机的光源攻关任务的是中国中科院光电院、微电子所孵化出来的科益虹源；电源模塊则是由中国中科院安徽光机所的团队承担开发任务。多梯次技术平行开发是可以想像的技术发展方式。

自2023年以来偶有上海微电子已开始交付其28納米浸润式DUV的新闻，机型为SSA/800-10W，叠加精度为1.9納米，最近一次的传闻为2025年1月7日交付。惟上海微电子公司产品目录无此型号，没有官方发布，亦无可靠媒体报导。根据其型号中的10W字样，此机型最多为原型机，因为其光源能量不足，无法支撑量产所需之吞吐量（throughput）。

这条工信部指导目录的消息没有公司送原型机（prototype）到晶圆厂用在線制程调适机臺的后续报导，所以出货与否未可知；而且从原型机到量产机，总是要有好些时日。

至于前一代的90納米 DUV机臺已自2022年交付过几臺，初期主要的问题是系统不够稳定、down time太长、因光源功率不足（20W）致使设备吞吐量太低。

所以，这条新闻对于中国积极发展曝光机国产替代的意义要重于先进技术的实际突围。