近日工信部印发了一个重大技术装备指导目录，提到了诸多最新突破的国产技术。其中最引人注目的自然是那个“65nm”的氟化氩光刻机，这可能是之前一直盛传的国产“上海微电子SSA800”的落地版本，标志着中国大陆已经有能力开始构建自主可控的28nm产品线。
看到很多人会非常迷惑怎么一会儿“65nm”，一会儿“28nm”，一会儿“193nm”。所以这里我想再写一篇文章给大家仔细说说这里面的门路。在此之前，我强烈推荐大家阅读一下之前我写的文章聊一聊工艺和光刻那些事情：2021 LITE 版，里面说的非常透彻，而这篇文章只会说一些相关的东西。
对于这个国产光刻机不同nm的描述，可以给大家一个清晰的解释：
这台光刻机的光源分辨率是氟化氩光源的深紫外DUV光，DUV光源的波长为 193nm。
光刻机的实际分辨率由光源、口径等一系列因素构成，最终这台光刻机的单次曝光分辨率是 65nm。
在现代半导体生产中，通常会采用多重曝光/套刻的方式提升精度，而这台光刻机在2次套刻（例如SADP）技术的加持下，满足业界对于“28nm 节点工艺”的精度需求。这里的“28nm”并不对应直接的物理分辨率或者精度，而只是一个半导体行业的节点名称，为了避免混淆，之后我叫做N28节点。
随后，我按照上述1、2、3点分别给大家解释一下（复用了之前一些内容）。
光刻机光源波长 193nm的由来
光刻机是芯片制造中最重要的一个工具，芯片的晶体管都是通过光刻机“刻”上去的，光刻机决定了芯片可以精细到什么程度。根据光刻机使用的光源波长不同，光刻机自己本来就有一个物理上的分辨率。光刻机使用的光源波长越短，自然也就分辨率越高。
光刻机经过了很多代的发展，不过到目前，先进工艺里用的光刻机只有两种光源，13.5nm的EUV光刻机和193nm的ArF DUV光刻机（也就是氟化氩光源）。目前DUV光刻机大约可以满足台积电N7（“7nm”）的精度需求，再往上则要求更高精度的EUV。
相信你们应该发现，为什么波长193nm的深紫外光刻机可以去制造7nm工艺的芯片？这里我们简单概述为：
光刻机实际上也是一个复杂的光学系统，光源的分辨率和最后输出光线的分辨率并不是完全一致的。
半导体工艺的 Xnm工艺早已不表示实际尺寸了，通常只是一个“代际”的命名，用来表示一个相对的代数而已，22nm的最小特征尺寸并不是22nm。再加上各种先进的命名技术，水分也越来越大。
在光刻机以外，我们有很多可以增强、提升实际分辨率的手段。
光刻机的实际分辨率65nm的由来
对于一个光刻机，其实际的分辨率并不光源的波长，他的实际分辨率应该是按照下面那个公式得到：
其中R就是最小特征尺寸，也就是半周期Half-Pitch的尺寸，K1是一个常数，在不同的光刻方案（EUV、DUV）中不太一致，NA上方那个λ就是输入光源的波长了，而最下方的NA是光刻机光学系统的数值孔径。最终R的值才是确定我们工艺最终精度的数值。
对于常数K1，目前ASML的DUV光刻机最高K1是做到了0.25-0.28附近，而EUV大概还是在0.35附近。对于波长λ来说，现行的技术无非就DUV的193nm，以及EUV的13.5nm两个。显然，输入光源的波长越小，实际可以光刻的工艺也就越小。
对于数值孔径NA来说，对于非浸润式DUV方案这个数值的上限一般是0.95NA附近，浸润式DUV方案则是1.35附近。相比于非浸润式，浸润式光刻机在光刻时额外使用了液体来进行折射，一般所使用的都是纯水，折射率约为1.45附近，这也是为什么浸润式的NA要大一些的关系。而在EUV这块，目前量产最高也就0.33NA，而之后0.55的High-NA 光刻机倒是还没有量产，还要再等两年。
综合以上数值，一台非浸润式的DUV光刻机分辨率可以这样计算：0.28*193/0.95= 57nm。这个数值和ASML最强的非浸润式 光刻机NXT:1470对应。而工信部公开的这个光刻机，则可能在K上存在一些问题（目测应该是 偏振曝光 polarized illumination 技术导致的，1460K如果有这个也到了57nm），只能做到65nm，和ASML 2004年发布的的XT：1460K分辨率差不多。
不过不管如何，这台国产光刻机也算是做到了DUV入门水平，能够满足N28节点工艺量产的需求。
实际工艺28nm的由来
由于现代xxnm的工艺，其对应的最小特征尺寸并不是xxnm，所以这个65nm分辨率的光刻机能满足多少nm的工艺，我们需要去查每个工艺的最小特征尺寸MMP（Minimum Metal Pitch），然后取一半的数值 CD=MMP/2后看CD是否高于光刻机的分辨率。如果光刻机的分辨率高于CD，即数值小于CD那么我们认为就是可以满足这个工艺的需求。例如Intel 14nm和10nm的MMP分别是52nm和36nm，那么对应的就需要26nm的精度和18nm的精度，高于DUV的实际精度。
以这台国产光刻机65nm的分辨率来看，那么其能满足MMP >= 130nm （130nm/2=65nm）的工艺的需求。根据从WikiChip查询工艺的MMP我们可以大致可以满足45nm工艺的需求，例如Intel的45nm的MMP是160nm。而再往上到Intel的32nm，或者台积电的40nm，其需求的精度已经高于130nm了，无法再使用这台光刻机单次曝光进行生产。
显然，这个45nm工艺并不满足我们标题中关于28nm的说明。这是因为现在半导体制造还有另一个法宝，多重曝光、套刻（具体请看 聊一聊工艺和光刻那些事情：2021 LITE 版）。简单来说，就是将原本一次曝光拆分为多次曝光/套刻。
理想情况下，每增加一倍的套刻，就可以将光刻机的精度翻倍。例如65nm分辨率的光刻机，在2次曝光/套刻下可以实现33nm的精度，4次曝光/套刻下可以实现17nm，以此类推。不过实际情况下，多次曝光/套刻涉及到了对准精度和成本问题，无法一直推下去。原本一层曝光的团，需要拆分成多个步骤，那么每个步骤无可避免的引入误差。为了容忍这个误差，就无法达到理想中的分辨率提升。
我们这个国产光刻机的套刻精度为8nm，实际上比ASML的1460K的3.5-5nmnm还要差一些。考虑到这个精度，可以大致算一下用最强的SADP来做套刻，这个65nm的光刻机可以做到多少分辨率. 那么就是65/2 + 8 = 40.5 nm, 满足MMP>81nm的工艺的需求，而ASML的可以少几nm，不过在这个尺度下其实关系不是很大了。
按照上面说65nm 分辨率满足 45nm需求的方法，我们再找一下哪些工艺刚好满足这个需求。这不巧了，台积电的N28（28nm工艺）的MMP是90nm， 刚好大于这个65nm光刻机理论容许的81nm，且留有一定冗余。 所以我们说这台光刻机，在较为成熟的双重套刻上，刚好是满足28nm工艺的需求。而再往上的22nm 20nm，则MMP都低于了81nm，无法再使用这台光刻机+SADP制造。
至于SAQP，之前说了这个成本很高，并且这台光刻机的套刻精度的确不好，应该没有什么经济利益去尝试。
国产光刻机的改进方向
最后我们畅想下国产光刻机未来的改进方向。
我猜想国产光刻机的下一步肯定是要去做浸润式的DUV并提升套刻精度，这个是目前路子最方便且成本最低的提升方法。通过将干法曝光改成湿法，光刻机的分辨率直接可以提升到38nm，SADP可以做到20nm，SAQP可以做到11nm附近的极限分辨率。
这样用SADP可以做到台积电N7附近的密度，不计成本上SAQP或者SADP再叠加一些奇淫巧技的话可以做到类似麒麟9010 N+2/3附近的密度。因此只要做好了浸润式DUV，可以将工艺节点从28nm推3-4个节点到7nm-8nm附近。
不过这里可能得多说一下，台积电的N7 是只否用DUV+SADP实现的40nm MMP存疑。40nm这个数值对应DUV+SADP已经处于危险边缘了，并且Fin Pitch 只有30nm， 所以N7必然在Fin上用了高于SADP的方法，在非Fin上可能也有类似方法或者实际缩水了。
而最后，EUV真的就是一道新的砍，甚至可以说是光刻机的最后一道砍。目前工艺物理尺寸已经很难再微缩了，EUV这个光源至少目前20-30年内是够用了。
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