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爱吱声»广场 › 研究生院 › 科教学圃 › 国产光刻机猜测
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[科普知识] 国产光刻机猜测

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moletronic
  • TA的每日心情
    开心
    2023-2-8 04:51

    • 签到天数: 1811 天

    [LV.Master]无

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    楼主
     楼主| 发表于 2024-9-15 15:36:07 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
    本帖最后由 moletronic 于 2024-9-14 23:39 编辑 : I+ Q! {8 _/ f' x. y0 \
    & e7 A2 H4 E/ j9 W  a# _
    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。
    # ^/ e6 W2 w0 z% ^7 }  e, H% G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。
      {( s* H& _% W/ Q$ ^7 g$ B9 K" T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：
    + ?, r. u! N  p; ?1. 表面清洗) H/ o& T2 A: @/ H
    2. 预处理
    * m* H# _+ d. {6 _7 Z$ @  u- s& [3. 甩胶2 }0 Y+ S  B& A
    4. 曝光
      y- K' M% U$ R& ~/ o5. develop（显影？）$ ^3 }/ ^3 G. Y8 @
    6. 刻蚀/离子注入. [8 N  S' u  j+ v! v* F2 m& O
    7. 去胶3 h% v8 ~9 q' P& ^
    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：0 A) N" q) M: \5 O3 X( v; A: j9 r- x

    % O7 P, {  ]% v: K" E$ w对于光刻机，公式演变为：
    * x" S. }$ T& Z6 @, i$ r3 O; K
    : V0 N6 J) k# H; n8 z+ X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：
    ; l6 j) m7 b8 d( n0 V1. 436 nm (水银灯"g-line") & u. w9 \0 [9 L% _' ]4 {& C
    2. 405 nm (水银灯"h-line") ( P) Y5 D0 I& L; ^: C8 T7 e
    3. 365 nm (水银灯"i-line")
    7 s, l! T/ ]" w# x3 x# v" C0 M! }4 z4. 248 nm (KrF激光)$ j/ U. _5 N: T" n5 u) N
    5. 193 nm (ArF激光)3 C7 r4 Z( K4 E
    6. 13.5 nm (EUV激光)
    4 L& l* Z5 ?! R- _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。! f7 ^# x$ E$ x* I& C7 k
    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：# g8 j: r' A; H
    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。
    # g8 j" e- m; v' X' R; T, E2. 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。) U( g  d, p: \5 K/ e
    3. 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。
    , m# r5 M4 ~" f- L$ N4. 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。$ n0 E" U" W8 c- g6 ~
    $ n/ Y" y- O+ X; k
    网上谣言说国内的浸水还在测试，希望能尽快成功吧。
    本主题由 老票 于 2024-9-15 16:24 添加图章 内幕

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    orleans
  • TA的每日心情
    开心
    昨天 11:15

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    [LV.8]合体
    沙发
    发表于 2024-9-15 20:14:31 | 只看该作者
    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。
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    马鹿
  • TA的每日心情
    开心
    8 小时前

    • 签到天数: 3449 天

    [LV.Master]无

    板凳
    发表于 2024-9-15 20:18:14 | 只看该作者
    我还以为你才30多岁。。。
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    moletronic
  • TA的每日心情
    开心
    2023-2-8 04:51

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    [LV.Master]无

    地板
     楼主| 发表于 2024-9-15 21:56:18 | 只看该作者
    马鹿 发表于 2024-9-15 04:18& H3 b# X$ D+ n9 K) V. R
    我还以为你才30多岁。。。
    & }  L" g( [0 q
    西西河一开俺就去了，那都快20年了
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    陈王奋起挥黄钺
  • TA的每日心情
    开心
    2020-9-28 03:33

    • 签到天数: 17 天

    [LV.4]金丹
    5#
    发表于 2024-9-16 01:17:10 | 只看该作者
    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。7 D% t/ D/ u# ~7 x4 C0 q; W* `

    " l! @7 U4 Q8 k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。
    + g/ Z" q  ^& h
    + Q3 p# \" b  A) e  p凡是公开的，都是敌人无法阻挡的。

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    太阁狗
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      发表于 2024-11-15 12:02
    五月
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      发表于 2024-9-21 17:38

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    宝特勤

    该用户从未签到
    6#
    发表于 2024-9-16 06:24:01 | 只看该作者
    在国外搞过光刻机外围元件的过来支持一下。
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    moletronic
  • TA的每日心情
    开心
    2023-2-8 04:51

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    [LV.Master]无

    7#
     楼主| 发表于 2024-9-16 09:46:29 | 只看该作者
    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。

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    老财迷
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      发表于 2024-9-16 11:21

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    老财迷
  • TA的每日心情
    慵懒
    2022-8-27 22:14

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    [LV.8]合体
    8#
    发表于 2024-9-16 11:19:37 | 只看该作者
    感谢感谢1 V' p% |: [" Z2 j3 `- U3 p- ^2 x
      U  ^  \7 j  k6 v$ q9 X5 A
    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
    5 x7 `4 d& l2 |, }. ^. I
    - J+ r# i; y4 N' F* Z6 ~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。
    % {" N2 R5 k3 {5 W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
    8 I* |0 u9 l0 N; b' o6 F" t  U8 O& B. U6 P/ Z
    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。
    9 [# J/ x. b* w& ^那如果突破了“浸水”，就可以做到65nm/1.44=45nm了。0 p- E2 k" F3 i5 r2 M

    ( u+ R& k3 z6 s0 S# S9 M& d3 R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$ c6 {( f- m: @1 G4 i2 `
    和芯片相关的远不只这一个光刻机，还有很多项：2 M/ J8 l) A- U' }/ `
    2.1集成电路生产装备' O4 l# C# ^+ J( K: K( r# j) o
    2.1.1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
    9 N, i% s7 \6 g/ n9 ~2 \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  y' ]; q% ]' }
    2.1.3氧化炉 晶圆直径：300mm；工艺节点等于或优于28nm
    ! e8 [; n( m# l( f2.1.4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
    3 c, s1 q$ {# ~7 R1 d' _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
    & ?! ^8 H4 N0 u/ N8 G2.1.6氟化氩光刻机 晶圆直径：300mm；照明波长：193nm；分辨率≤65nm；套刻≤8nm) {1 I1 l! }- M2 C4 p
    2.1.7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%
    5 h' G  \5 V: @9 N5 F9 U2.1.8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+ j) t5 R  z8 m+ w+ W4 j
    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
    ! T( Z! S& ^+ v$ }, X1 f2.1.10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°
    ) H' }+ j9 ~  V/ P! c  m4 b2.1.11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
    & J( q+ t$ g* P7 k+ X7 v- Z9 i2.1.12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. p, l+ R$ k3 b4 X
    2.1.13化学机械抛光机 1 {1 ?. G: x! q# d4 l
        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
    ( n7 o% _' W0 A4 h5 O    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$ }) ~1 f) Q+ S. n2 B+ c1 c
        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
    7 c5 Y, H' Q8 s. k1 S    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# i' W1 i* C% D9 [
    2.1.14激光退火装备 晶圆直径：300mm；工艺节点等于或优于28nm0 p9 A6 f. ~+ N* J
    2.1.15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@＞30nm9 z( ]! ^- O# R2 c

    " Q2 F4 ?9 N- H+ m; ?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。6 r- w) i  t2 c6 v4 e$ X, d( F

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    老财迷
  • TA的每日心情
    慵懒
    2022-8-27 22:14

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    [LV.8]合体
    9#
    发表于 2024-9-16 11:26:23 | 只看该作者
    moletronic 发表于 2024-9-16 09:46
    4 _4 X, u( H+ K5 u) \' b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 ...

    3 Z5 Q" ]( Z6 ]. b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。
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    moletronic
  • TA的每日心情
    开心
    2023-2-8 04:51

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    [LV.Master]无

    10#
     楼主| 发表于 2024-9-16 11:34:56 | 只看该作者
    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。。。

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    moletronic
  • TA的每日心情
    开心
    2023-2-8 04:51

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    [LV.Master]无

    11#
     楼主| 发表于 2024-9-16 13:52:53 | 只看该作者
    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。

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    老财迷
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      发表于 2024-9-17 08:01

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    晨枫

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    12#
    发表于 2024-9-16 14:00:59 | 只看该作者
    老财迷 发表于 2024-9-15 21:19
    $ F$ c9 b, p+ T4 \6 V8 ~$ e感谢感谢$ l! M# a( e& P/ U5 J
    ' Z! J' x5 G8 D7 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≤ ...

    8 c# F9 v  B  s3 @4 y* _" \. w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！
    7 ~( s8 X5 ?* N. [! z* e2 g$ i
    & {* r  g$ G! v" N3 g: Y/ i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。3 b) r, Z8 `0 k3 j' }( y
    8 X9 V' o* Z3 j6 Z
    1、内行人一看就知道，还在65nm- j$ N& b) M! D% X6 \& q4 v: g) K
    2、没说的就不知道到了哪一步，而中国肯定不会满足于65nm6 [/ a2 I, T) i
    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; J& M7 e1 n( ?! U% m
    0 P2 I9 G4 K* \; u3 V
    然后就要等EUV了。( p+ K4 z4 @* g) p+ E" ~
    6 H; t3 A& i& e* U
    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？: R/ j6 S+ m$ ]1 f- h0 \  _- ]$ r: n' i

    ' q% b4 t( r: y6 e, M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。

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    老财迷
    给力: 5
      发表于 2024-9-17 08:03

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    moletronic
  • TA的每日心情
    开心
    2023-2-8 04:51

    • 签到天数: 1811 天

    [LV.Master]无

    13#
     楼主| 发表于 2024-9-16 21:42:27 | 只看该作者
    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。

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    沉宝

    该用户从未签到
    14#
    发表于 2024-9-17 02:46:07 | 只看该作者
    晨枫 发表于 2024-9-16 14:009 C: L+ I9 Z: F# B# L
    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！9 |$ C+ Z( k5 I1 U- r
    ; Z4 e5 k4 r: r5 I+ [2 O
    个人感觉：相比于前一阵 ...

    , w" z: E& f! i, D7 P, u1 m* ^不存在28nm光刻机，只有28nm工艺节点。
    & U+ v- l" B0 Z% U7 [( \* _: l- I8 S; |& m' H& n) W  t
    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。
    * a7 F" j' Y9 x3 W  G  a4 Y  b' r) o3 O$ Z
    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。- }7 Y) c! o5 o: D, d
    $ q- \. ^6 t; u" l4 j4 f
    * \) c4 E. x4 H( r+ U7 V$ D- i
    SAQP则是将SADP的技法重复两遍，以期获得精密度的倍增。
    % T$ z" c3 d/ K, k5 d$ w) C% x: ^* v% Q0 ?' V; ]
    ( M+ j% u8 m# E; u. u5 }! c1 L' n% h
    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。

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    晨枫

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    15#
    发表于 2024-9-17 03:21:19 | 只看该作者
    moletronic 发表于 2024-9-16 07:42+ F8 G% N; O0 |3 @# h
    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。 ...

    + [! V( W; X. U也就是说，EUV用浸水没有用？
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    晨枫

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    16#
    发表于 2024-9-17 03:34:34 | 只看该作者
    沉宝 发表于 2024-9-16 12:46+ m0 I! P& ~( [( [
    不存在28nm光刻机，只有28nm工艺节点。
    ! g( z4 I2 H- g4 Q( i. Q8 w! S) ?
    从光刻机所用的光源上来说，只有 193 nm (ArF激光) 和 13.5 nm ( ...
    3 [1 [; `1 T' u0 m
    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？
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    moletronic
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     楼主| 发表于 2024-9-17 04:38:44 | 只看该作者
    晨枫 发表于 2024-9-16 11:21
    7 b: \( `8 z* p- k# i也就是说，EUV用浸水没有用？

    5 j/ `* Q2 t& g& V0 i+ w1 `/ L! y9 P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。

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    晨枫

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    18#
    发表于 2024-9-17 04:39:36 | 只看该作者
    moletronic 发表于 2024-9-16 14:38) B0 ?5 w; f; J; H3 T7 X) M9 e8 r
    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。 ...
    / b, I* e) G9 H4 m2 G+ z" r
    是哦，连透镜都不能用，水可能更加不行了
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    moletronic
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     楼主| 发表于 2024-9-17 04:43:13 | 只看该作者
    晨枫 发表于 2024-9-16 12:39# x9 [7 R1 w9 _/ v. J
    是哦，连透镜都不能用，水可能更加不行了
    : w9 y8 ~0 _! |) U
    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。

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    ringxiao

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    20#
    发表于 2024-9-17 07:45:19 | 只看该作者
    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。
    ! @3 J% ~7 e) x* q我不懂这方面的技术，看起来说的还是有理有据，供参考。
    1 g. z3 a! F3 [& L3 @- a; G! O
    : G$ H2 Z) y6 Lhttps://zhuanlan.zhihu.com/p/720445357
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