人類科技發展的頂級水平是航空發動機和光刻機。

光刻機被譽為現在光學“工業之花”，是制造半導體芯片必不可少的超高精密設備。現在世界上能制造高端光刻機的企業只有三家，日本的佳能和尼康以及荷蘭的ASML，ASML技術最為先進占據高端市場份額的80%，前段時間ASML總裁公開說把7nm光刻機賣給中芯國際，是因為制造光刻機是一項系統工程不怕中國復制。而我們真的像他說的那樣無法制造自己的光刻機嗎？

首先ASML總裁有一點沒說錯，制造光刻機是一項系統集成工程，ASML這么厲害不是荷蘭人掌握了什么秘密科技，它是西方發達國家通力合作的產物。光刻機有近萬個精密零部件，德國為它提供了頂級的機械工藝，說白了就是零部件精加工技術，說到機械加工就不得不說到超高精度數控機床這一加工神器。我們都知道德國的機床技術一直都處于世界頂尖的位置，其機床生產以高精度高效率著稱。德國一款頂級的數控機床能夠讓20多個刀頭同時工作，進行高效率高精度的零件加工，主軸每分鐘轉動4萬轉以上，配備3D激光掃描，GPS等多種先進系統，在加工各種高度復雜的零件的同時還能保持超高的精度，甚至還能自動識別要加工的零件的材質。ASML高端光刻機可以說是地球上最精密的機器之一，沒有這種超高的機械工藝支持是做不出來的。

而我國的機械工藝水平與世界一流還有很大的差距！"高端機床制造技術，我們與德國、日本的差距有15到20年。"一位業內人士不無無奈表示，國外二三十年前就開始成熟應用的五軸聯動機床我們現在才能自主生產，而且在穩定性、可靠性、效率等方面差距明顯。盡管我國現在也有很企業在研發高端機床，但很多關鍵的零部件還是依賴進口。機床作為制造業之母，機床技術水平高低直接影響制造業的水平。我國號稱全世界工業門類最齊全的國家，簡單說就是什么都能造，但制造業還是處于大而不強的水平。有一個很好的例子，由于機床技術水平不夠，我們的航空發動機幾十年來都還一直處于“研發突破”階段（當然，也有材料的原因）。

現在的芯片，指甲蓋大小卻植入了幾十億個甚至上百億個晶體管，每個晶體管還得有電路連接，其雕刻工藝的精密難度可想而知。世界上沒有一種工具能做到如此精密的雕刻工藝，但光可以。簡單來說光刻機就是利用光的波長通過多道工序（每道工序都是納米級的精度）在硅晶體上刻出凹槽。但也不是什么光都能用來雕刻芯片，因為需要納米級的精度，光的波長越小越好，更小的波長意味著光束越細越鋒利。眾所周知，從紅光到紫光，波長越來越短，現在光刻機應用的EUV（極紫外光）的波長只有13納米。但是極紫外光的實際應用卻相當困難，要把電能轉換為極紫外光 的光源轉換效率只有 0.02% 左右，這就需要極大能量的設備（激光器）來制造光源，而這套設備又需要高效的散熱系統來保持正常工作。ASML光刻機的光源來自美國一家名叫Cymer公司的光源技術提供商。Cymer公司是一家世界領先的光源技術提供商，發明了如今半導體制造中最關鍵的光蝕刻微影技術所需的深紫外光源（DUV）,其在光刻設備所占的市場份額已超過70%，Cymer的光源技術也被廣泛應用于OLED制造領域。2012年，ASML出價26億美元收購了其長期合作伙伴Cymer，目前ASML最高端的EUV工藝光刻機的光源就是出自Cymer之手。我國現在才在研發波長為193nm的深紫外光源（DUV），DUV的技術節點是45－22nm，而ASML基于EUV的成熟應用其研發已經在向3nm甚至2nm挺進了。

有了EUV光源也無法直接應用，因為幾乎所有的光學材料甚至空氣對13.5nm波長的極紫外光都有很強的吸收作用。之前人們使用193納米的氫氟激光時候，是用透鏡來集中光束的，但EVU不能使用透鏡集束了，因此除了要有真空條件外，EUV還要使用反光鏡集束方案。所以制造光刻機又要涉及到另外一個領域——光學領域。

在光學領域有一家德國公司叫Carl Zeiss（卡爾蔡司）。相信很多人跟我一樣，第一次知道卡爾蔡司是從諾基亞手機開始的。卡爾蔡司是一家至今已有150多年歷史的公司，其強大的研發實力對現代光學工業的發展有著卓越的貢獻。1962年，卡爾蔡司為美國水星計劃-大力神8號設計光學鏡頭。任務中首次攜帶了一臺帶有蔡司鏡頭的相機進入太空。蔡司一直為美國早期的月球探測計劃和阿波羅計劃提供光學元件，包括為月球環繞任務設計的大光圈鏡頭，和登月時使用的鏡頭。一共有12顆阿波羅計劃使用的蔡司鏡頭被留在月球上。阿姆斯特朗拍攝的照片也是使用的蔡司鏡頭。卡爾蔡司的光學技術廣泛應用于汽車，機械，航空航天，醫療設備等領域，在光學領域的專利申請更是占據了頭把交椅，可以說只要有涉及到光學領域的設備或多或少，直接間接都有卡爾蔡司技術支持，ASML也不例外。

一直以來卡爾蔡司與ASML都有緊密的合作，ASML更是在 2016年以 11億美元收購卡爾蔡司的 24.9%股份，聯手開發極紫外光（EUV）反射鏡頭。EUV從光源出發，到曝光掩膜的時候，期間要經過多次反射，每被反射一次，能量就會損失30%。ASML的EUV光刻機采用的就是卡爾蔡司 SMT 全反射4倍光學變焦鏡頭組件。可以說沒有卡爾蔡司的光學技術支持，ASML的EUV光刻機研發不會這么順利。我國在光學領域的高端技術應用還大都集中在國家工程當中，比如航空航天軍事領域，在民用方面能拿得出手的幾乎沒有。

EUV光刻機80%的部件都不是自己生產，除了上述幾個核心技術通過收購占股來建立合作優勢外，ASML光刻機的電子零部件，EAD軟件等大量的部件來自歐美日韓臺灣等各個國家和地區。幾乎每個主要的部件都涉及一條產業鏈。ASML采用模塊化外包方式，每個技術環節都有來自全球各個領域最頂尖的技術支持，自己則集中力量投入研發和做系統集成方案。

中國能制造高端光刻機嗎？雖然上海微電子（SMEE）自主生產的光刻機最高才支持90nm工藝，但這可以說明光刻機的制造原理對我們并沒有難度，要不是西方對中國實施技術禁運，中國生產高端光刻機還真不是什么時候難事。難的是制造光刻機交叉多個學科涉及多個領域，要保證各個領域的技術水平必須達到或者超過世界先進水平，任何一環落下都會影響產品的性能。但是再難也要研發，還能帶動上下游產業鏈一起進步，我們所需要的是時間。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的光刻机技术的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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