中國曝光機發展現況：DUV

在中美貿易戰中，美方施力的重點在於箝制中國高科技的發展的進程，特別是半導體、人工智慧和量子計算，而前二者息息相關。

在半導體方面，美國的管制近乎遍及全產業鏈，從設計工具（EDA）、產品、製程設備乃於材料的禁運，中國自然是以國產替代以提高自給率，這也是涵蓋全產業鏈的回應。

中國在半導體設備領域的弱點包括電子束測試機（e-beam tester）、離子植入機（ion implanter）和曝光機（lithography equipment）。

電子束測試機是量測機台，基本上是用來偵測除錯，不是製造過程的一部分。

離子植入機—特別是高能量（~1MeV）的，對於高壓碳化矽（SiC）MOSFET的製程至關重要。現在的電動汽車電壓已早從600V邁向800V、1200V。沒有高能量離子植入機無法製作車規高壓功率元件，對於中國電子產業的零件自製率影響巨大。

最令人關注的自然是曝光機（lithography equipment）。

曝光機的能力代表先進製程的終極解析度（resolution），又與先進技術節點（technology node）直接相關。先進製程的主要應用之一是與算力高度相關的各式XPU，特別是專注於人工智慧應用的GPU；另一個應用也是在人工智慧晶片架構中的高頻寬記憶體（High Bandwidth Memory；HBM）。

從2024年9月起，中國就陸陸續續的傳出各式曝光機進展的相關消息，對於全世界的半導體產業，這自然是頭等的新聞焦點。

首先是中國工信部指導目録中的DUV曝光機，在2024年9月公布。

本質上，這就是一台乾式的DUV曝光機，光源是氟化氬（ArF）的準分子（excimer）雷射，氟化氬雷射波長為193奈米 。

此曝光機的解析度為65奈米，如果假設系統中其他性質都已達最佳化，則其物鏡（objective lens；系統中用於收集光線、用以呈像的主要透鏡）的數值孔徑（NA，愈大解析度愈好）推算起來大概是0.75。如果要進一步改善解析度，還要經過另一陣子的努力以達目前產業前沿水準0.93的數值孔徑。

也就是說，在光學系統的發展目前還處於較早期階段。

至於其疊加精度（overlay accuracy；上下層圖案的對齊精度）為8奈米。要能產生65奈米臨界尺寸（Critical Dimension；CD）的製程，上下層的疉加精度要達臨界尺度的20%左右，也就是13奈米。如果要做雙重曝光（double exposure），則疊加精度必須提高到13/2奈米=6.5奈米。

顯然此台曝光機目前的解析度就是65奈米，而且無法透過雙重曝光的手段進一步提升製程的解析度。

再往前的路，除了前面所述在物鏡的數值孔徑需持續提升之外，另外還需要往浸潤式（immersion）方向移動，利用水的折射率（refractive index）1.44較真空的折射率1為大的因素，提高曝光機的整機解析度，這樣才可能達到28奈米的解析度。至於像FinFET這樣的精密元件，部分製程就要動用到雙重乃至於多重曝光。

浸潤式曝光機使用新機制以改變波長，自然要面臨新的問題，譬如水的純淨度的控制以給水溫均勻恆定的維持等。這個部分自然也有機構早已從事研發，譬如中國中科院長春光學精密機械與物理研究所正在開發的數值孔徑為0.8的浸潤式物鏡；承擔浸潤式曝光機的光源攻關任務的是中國中科院光電院、微電子所孵化出來的科益虹源；電源模組則是由中國中科院安徽光機所的團隊承擔開發任務。多梯次技術平行開發是可以想像的技術發展方式。

自2023年以來偶有上海微電子已開始交付其28奈米浸潤式DUV的新聞，機型為SSA/800-10W，疊加精度為1.9奈米，最近一次的傳聞為2025年1月7日交付。惟上海微電子公司產品目錄無此型號，沒有官方發布，亦無可靠媒體報導。根據其型號中的10W字樣，此機型最多為原型機，因為其光源能量不足，無法支撐量產所需之吞吐量（throughput）。

這條工信部指導目録的消息沒有公司送原型機（prototype）到晶圓廠用線上製程調適機台的後續報導，所以出貨與否未可知；而且從原型機到量產機，總是要有好些時日。

至於前一代的90奈米 DUV機台已自2022年交付過幾台，初期主要的問題是系統不夠穩定、down time太長、因光源功率不足（20W）致使設備吞吐量太低。

所以，這條新聞對於中國積極發展曝光機國產替代的意義要重於先進技術的實際突圍。