光刻机原理(为什么我国造不出光刻机)

最近，有一条“ 中国造出新型光刻机，实现22nm工艺制程，已经投入使用 ”的消息在传播。

一位叫做“ 科学知识点 ”的作者，连续发表2篇文章介绍“中科院22纳米超分辨力光刻机”，提到，这次公布的消息是“ 我国能建造的22纳米制程的工艺技术 ”，并支持“ 中国航天集团第八研究院和多所大学的研究任务 ”。

事实如何呢？

实际上，稍微了解科技新闻的网友，都很清楚，这是一则5年前的旧闻：

彼时的2018年11月，大量媒体报道中科院的“世界上首台分辨力最高的 22纳米紫外超分辨光刻设备 ”，并冠以“ 中国芯片制造迈出一大步 ”！

当然，现在我们都很清楚，这台所谓的“ 中国芯片制造的救星 ”没有出现在任何半导体晶圆厂的芯片制造生产线里！

彼时的央视报道，提到开发这套设备的项目副总设计师、中科院光电技术研究所研究员胡松的观点：

1， 分辨率的指标实际上也是属于国外禁运的一个指标 ，我们这项目出来之后对打破禁运有很大的帮助；

2，我们这个技术再走下去，在芯片未来发展、下一代光机电集成芯片或者我们说的广义芯片，有 可能弯道超车 。

今天，我们可以很容易发现，胡松研究员的观点有着逻辑性错误：

1， 美国制裁中国的根本不是所谓“分辨力” ，因为很显然，电子束光刻设备的分辨力远低于传统光学光刻分辨力；但是美国不会因为它的高分辨力而制裁；美国制裁的是具有先进芯片制造能力的“分辨力”工具！

2， “分辨力”本身不能作为具有先进芯片生产能力的指标 。

一个典型的例子，当然就是上述的电子束光刻技术。在半导体制造领域，曾经出现过类似Mapper的平行电子束光刻机，但是最后无法支撑芯片大规模制造而破产，最后被ASML收购，打造成 在线缺陷检测应用的多电子束HMI晶圆检测系统 ，成为其计量和检测装备业务的一部分。

ASML的在线缺陷检测应用的多电子束HMI晶圆检测系统

另一例子就是最近我们讨论的纳米压印。此外，即便是考虑光学光刻，目前世界上高分辨力超过DUV光刻机的设备有很多种，有一些甚至超过最先进的极紫外EUV光刻机，但是这些设备大多数读者并不了解。比如：

1，基于 同步辐射的极紫外微区曝光工具 ，世界上最领先的型号是MET-5，安装在美国劳伦斯伯克利国家实验室，目前可以实现半间距分辨率高达8纳米；

2，基于 同步辐射的相干光源的极紫外干涉光刻工具 ，也可以达到EUV光刻机的分辨率。

而“超分辨光刻机”从原理上来说，只能实现类似“ 同步辐射的相干光源的极紫外干涉光刻工具 ”基于衍射图案的规则线条或点阵结构，无法实现通用性的芯片生产。

实际上，这项技术，是2004年，当时还在日本工作的罗先刚发表的，彼时的论文题目就是“表面等离子体激元共振干涉纳米光刻”，本质上就是一种 局域化的干涉光学曝光技术 。

在罗先刚2004年的这篇美国应用物理学会的论文里，已经演示了分辨率50纳米（半间距25纳米）的干涉条纹曝光原理。而2007年之后的国家重大科研设备专项，正是以这篇论文的原理进行进一步的开发。

不过，由于大多数普通读者无法理解光刻机的本质，因此把中科院的“超分辨光刻机”误以为已经用于工业芯片制造的生产力工具。

其实，以这项技术的特点而言，和上述MET-5及极紫外干涉光刻工具一样，可是实现实验室的一些简单的研究工作，并且不具有独特的、无可取代的工作能力，当然从原理上来说，是不可能实现通用的光刻机功能的。

所以， “超分辨光刻机”对于我国的光刻机困局并没有任何实质性的帮助 。

我们从事科研的人很清楚，成千上万的实验室研究工作都可以用到曝光工具，比如我们做一些晶体管的原理性探索工作就常用到。但是实验室的简单应用与世界最先进的大批量芯片制造的生产力工具，完全是两个概念。这就是目前我们看到成千上万铺天盖地的“弯道超车”宣传的原因！

我们从中科院2017年发表的这套设备的论文资料来看，它的确实现了特定功能的光学曝光图案。如果从广义上而言，它的确可以叫做“光刻机”，但是并没有任何用于实际芯片工艺的结果。

中科院2017年论文中描述的22纳米超分辨光刻机

我在中国政府网站上也看到2018年11月29日的报道，其中的确提到“ 可加工22纳米芯片 ”的字样，但是如此报道：

“ 这种超分辨光刻装备制造的相关器件 已在中国航天科技集团公司第八研究院、电子科技大学、四川大学华西医院、中科院微系统所等多家科研院所和高校的重大研究任务中得到应用。”

很显然，是指这台设备可用于一些特定场景的“器件”制造过程，并非是这台设备已经被销售给各个 科研院所和高校！很显然， 没有任何证据证明，它实现过任何一台通用的芯片制造光刻机的工艺流程 ！

我们从商业模式上来分析，如果该技术具有颠覆传统的光学光刻制造能力，其最核心的工作只有一个：

进行芯片制造标准制程的兼容性验证工作！

当然，我们除了看到一些纳米结构制造的演示之外，并没有看到任何与芯片制造标准制程的兼容性验证的工程化演示，也没有看到任何这方面的研究布局。我甚至没有看到有关于这台设备进行专用纳米制造设备的商业化的消息！

值得一提的是，中科院的“超分辨光刻机”是 2012年中科院主持的一项国家重大科研装备项目研制任务 ，花了7年时间完成的一项技术演示；而一般这种项目的研发费用是几千万元人民币。

我们都知道，实验室的演示，距离工业化光刻机，可能相距十万八千里之遥。

我们再看看光刻机巨头ASML，其在2022年全球营收超过211亿欧元，利润高达107亿欧元；令人印象深刻的是其 研发投入高达32.54亿欧元，合240亿元人民币 。这是仅仅1个年度的研发费用。而ASML过去5年研发投入超过千亿人民币！

2018年中科院“22纳米超分辨光刻机”的新闻，一直被各种自媒体炒作成弯道超车、ASML又慌了、美国失策了等各种浮夸消息。

请问，哪里来的弯道超车？

那么，2018年，参与项目验收的专家组，到底是如何验收的呢？又是如何得出可以用于22纳米芯片制造的结论的呢？

我们下次继续聊！