你好，欢迎来到《得到精选》，我是李南南。
今天的内容来自于卓克老师的《科技参考3》。前段时间，很多人都在关心一个问题，就是，中国的7nm光刻机，到底是不是已经造出来了？
关于这个问题，网上有很多说法，也有各式各样的猜测，毕竟芯片这个事太重要了，哪有人不关心呢？那么这个事的真相到底是怎么回事呢？今天我们就有请卓克老师来跟你仔细说一说。
来，有请卓克老师。
你好，我是卓克。
最近很多人都关心，中国的7nm光刻机是不是造出来了？这期《科技参考》，我们就来说一说。
简单回答，7nm光刻机还没有造出来。目前纯国产的光刻机能生产的芯片，最高水平的工艺还是在65nm左右；如果不计成本地使用多重曝光技术，也许可以达到28nm。
这个消息最早是在工信部9月9日一个通知里出现的，就是《首台（套）重大技术装备推广应用指导目录（2024版）》。
这里有一列大表格，其中就有半导体制造相关的设备。光刻机被限制得最严重，大家也特别关心，而其中2.1.5是氟化氪光刻机、2.1.6是氟化氩光刻机。氟化氩光刻机的核心技术指标有4个——晶圆直径、照明波长、分辨率、套刻。前3个大家一看，都是300mm、193nm、65nm，这些参数没有引起大家兴奋；最后一个套刻写着——“小于等于8nm”。小于等于8nm，那很可能就是7nm啊？7nm光刻机制造出来啦！这个好消息就是这么传出来的。
首先说一下什么叫作“首台（套）重大技术装备推广应用指导目录”。
这是一个有政策导向作用的目录，目录里的装备只有名称和关键指标，没有型号和品牌。凡是达到目录里列出的关键指标的产品，都是国家重点支持和鼓励的技术方向。比如，你的公司研制出这些装备了，就能根据国家政策优先拿到补贴或者其他优惠政策。而后面有一个2024版就说明，在2024年这个节点，这些装置如果能达到这些关键指标，就是在纯国产的前提下产品化的最先进水准，而不是实验室的最先进水平。
而其中最大的误解就在于“套刻小于等于8nm”这个参数。其实，光刻机最关键的参数是分辨率。在干式光刻机的年代，如果你要生成的芯片制程是65nm，你的光刻机分辨率最大也不能超过65nm，一般还要稍微小一些才行。比如说——
ASML的XT1470光刻机，分辨率57nm，最小制程是65nm，套刻精度是4nm
ASML的XT1250光刻机，分辨率70nm，最小制程是90nm，套刻精度是6nm
它们都是深紫外光ArF（氟化氩）类型的光刻机，其中氟化氩指的是光刻时发出激光的那个激光器的种类。这些咱们不用太关心，大家可以主要看一下刚刚我说的那两台ASML的光刻机——一个XT1470，一个XT1250，一个可以生产65nm芯片，一个可以生产90nm芯片，一个套刻精度是≤4nm，一个套刻精度是≤6nm。我们能说这两台机器一台是4nm芯片的光刻机，一台是6nm芯片的光刻机吗？当然不能。
套刻精度指的是什么呢？
指的是不同层的图形在曝光时，图层与图层之间对准的精度。这个不同图层与图层，并不是说多重曝光，而是指单次曝光里不同工序下的图层。比如，我们要在一个巧克力蛋糕上雕刻出复杂的立体结构，每次的操作不一定都是削减多余的巧克力，有时候也会在削减后按某些图形样式覆盖上一层其他颜色的果酱，然后再雕刻下一层。那么，激光头先后两次落在同一个坐标位置时，这个位置点是不是固定的呢？那不一定，总会有一些误差的，这个误差就是套刻精度。其实，65nm芯片的光刻机套刻精度就已经可以做到小于4nm了，所以目录里那个≤8nm并不是芯片工艺的意思。
那么，一个分辨率是65nm的、激光波长是193nm的光刻机是一个什么水准呢？如果用ASML这个全球光刻机巨头去比的话，大约相当于他们2006年量产机器的水平。
但光刻机水平这么比有点不公平，因为光刻机在全球的发展是极为不平衡的。可以说，超过38nm制程工艺的芯片，100%都是由ASML机器刻出来的；比这个工艺更差的芯片，也差不多80%是由ASML的低端型号机器刻出来的。几乎就是他们一家吃掉了全球90%以上的光刻机市场份额。
除了ASML外，今天全球还在出售光刻机的公司只有4个——其中最强的是尼康，他们的NSR-S636E分辨率是38nm；美国的Veeco和日本的佳能生产的光刻机，分辨率都是350nm-800nm的；而上海微电子装备（SMEE）在2年前生产的光刻机可以做90nm工艺的芯片。由于美国对中国的技术禁运禁售，激发了光刻机领域的突破，于是中国的光刻机现在提升到可以量产65nm工艺的芯片了。
对于很多人说的多重曝光技术，说用这个就可以让分辨率是65nm的光刻机做出7nm的芯片来，是不是这样呢？
咱们先说说什么是“多重曝光”。
其实就是把原来单张图纸上的内容分解为多张图纸，每张子图纸上保留的图案会简单很多，与此同时，还能保证每个子图纸都在光刻机分辨率范围内，最后把多次曝光后的图形叠加在一起，就相当于单次曝光的效果。但这张叠加后的图纸，其实要求一次性曝光的话，要求的分辨率可能就非常高，甚至超过机器的分辨率了。
这个技术曾经在浸没式DUV光刻机的技术末期曾经出现过。当时的角色相当于，我们要在篮球比赛中对付奥尼尔，但实在没有那么壮实的防守悍将，怎么办呢？砍鲨战术呗。找5个平时一年都上不了几场的替补队员，轮番上阵，奥尼尔一拿球就冲他犯规，让奥尼尔罚球。偏巧奥尼尔罚球还特别差，十几分钟比赛被恶意犯规10多次，最后奥尼尔心态也崩了，于是相当于把奥尼尔给防住了。
但砍鲨战术毕竟不是什么提升内线实力的正经手段，所以只能临时用用。多重曝光就是在DUV光刻机末期，EUV光刻机说量产，但怎么就是还没发货的那一年里，被英特尔和AMD临时用了一年。一年后，终于收到ASML发货的EUV光刻机，多重曝光技术也就不再用了，时间点大约就是从2019年到2020年间。
为什么不再用了？因为多重曝光技术下芯片的良率太低。这个技术虽然可以勉强拔高分辨率，但是如何调整光刻胶的量，如何调整曝光剂量，如何利用非线性效应，如何减少衍射效应，怎么和相移掩模、光学接近校正等其他分辨率增强技术结合进一步提高成像分辨率，每个环节都会新增一些故障率，导致最终的良率可能只有不到10%。而实际上，一种工艺能量产的最低良率怎么也要超过70%。台积电在一种工艺量产后2年，基本都能让良率攀升到95%以上。
一款可以生产65nm芯片的光刻机，还是干式的193nm激光的DUV光刻机，使用多重曝光技术，在不考虑良率、不计任何代价的条件下最高能做出什么工艺水准的芯片呢？
其实答案没人知道，因为没人这么做过，但半导体业界普遍认为最多就是28nm了，这大约是ASML在2011年量产的光刻机的水平。
当然，今天世界上除了ASML外，哪怕连尼康也已经放弃了比38nm工艺更高的产品了。今天高端光刻机市场其实只有一家公司，就是ASML。
当然，高端光刻机要生产芯片，不止光刻机的技术参数要过硬，其他环节的设备也得达到顶级水准，比如制造单晶硅的外延炉、湿法清洗机、涂胶显影机、高能离子注入机、等离子干法刻蚀机、化学气相沉积设备、激光退火装置、光学线宽测量装置等等。不过，今天如果要求纯国产的话，除了光刻机外，其他设备都可以满足28nm工艺芯片的要求，所以光刻机上的突破是在最短板上更进一步。
如果要造7nm工艺的芯片，我们靠纯国产的方式还差得远吗？
业内的共识是：还差很远，勉强用多重曝光技术会卡住，而且成本极高，完全失去了实用价值，必须要进化到EUV光刻机才可以，这一点是逃不开的。
那从DUV进化到EUV，如果一定要估计一个时间，需要多久呢？十年。这已经是非常乐观的估计了。我们来看看EUV诞生的时间线：
EUV光刻机的理论可行性验证是从1993年开始的，直到1996年才在实验室找到了合适的波长。也就是，今天到处都在说的“EUV光刻机13.5nm激光波长”这个参数，是花了3年时间才找到的。当然，因为已经找到了，后来者就可以完全省略这3年。
之后的研发中，第一次实验室样品的实现是2011年，产品是从2013年量产的。第一台NXE:3300出货给了台积电，只有一台，台积电用这台也不是量产芯片的，也是做实验。ASML开始批量出货给客户的型号是NXE:3400，这时候已经2016年了。
从2016年到2020年是ASML的EUV光刻机高量产阶段，4年时间，一共制造了100台。
所以，ASML在从几十个国家集上千家供应商的基础上，把实验室的成功样品做到批量，ASML用了14年时间。在很多技术和材料被封锁和禁运的情况下，中国在可以借鉴一些前车之鉴的基础上，只凭自己的供应链，再用10年量产成熟的EUV光刻机，这个难度是极大的。
我们也要注意，凡是进入这个目录里的装备，实际上是已经迈过实验室研发样品的阶段，已经接近量产的。而今天中国自己在做的实验室内的光刻机，已经是浸没式ArF DUV光刻机了。这个如果一旦成功，最高的极限是，在分辨率28nm的情况下，可以通过高成本的多重曝光方式实现7nm工艺芯片的制造。
这就是今天的《科技参考》。我是卓克，再见。
好，内容听完了。
不瞒你说，卓克老师的《科技参考3》是我个人最依赖的，了解前沿科技的渠道。除了前沿科技，课程里面还有很多跟生活息息相关的科学真相。这门课不仅适合自己学，也非常适合跟家人一起学。
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好，以上就是今天的内容，《得到精选》，下周见。