图文|青梅侃史

编辑|青梅侃史

众所周知，中国是世界第二大经济体，在很多高端技术领域都走在了世界的前列，例如航空发动机，光伏技术等。但有一件东西，我们却一直没能生产出来，那就是高端光刻机。

要知道，世界上只有荷兰与日本两个国家掌握着高端光刻机的技术。那么，高端光刻机技术为何这么难？

光刻机的研制之路漫长艰难，每一次迭代更新都需要全球范围内的资源整合与高度协作。比如荷兰的ASML公司，研发首台EUV光刻机用了20年时间，比好莱坞成功系列化大片的拍摄周期还要长。

而光刻机超高的制造门槛主要体现在三个方面：极致的加工精度、复杂庞大的系统架构以及全球范围内的供应链依赖。

EUV光刻机能够加工出只有人类发丝直径五千分之一的线条，这种纳米级精度的实现既依赖于数十年的技术积累，也倚重于全行业范围内的共同努力。

首先是光源问题，EUV光刻机使用的是13.5纳米的极紫外线，远短于之前193纳米的紫外线。为获取如此之短的波长，需要用二氧化碳激光持续轰击金属锡液体，使其电离为等离子体状态。

这一过程对激光精确度和控制软件的要求极高，目前全球只有荷兰ASML公司掌握成熟技术。

EUV光源的制造过程极其复杂，需要严格控制二氧化碳激光的功率、脉冲频率、聚焦精度等参数，同时还需要一个专门的光谱分析系统来监测等离子体的发射谱线，实时反馈与要求的13.5纳米波长的偏差。这对光源系统的设计和制造提出了极高的挑战。

还有是反射镜系统，要实现EUV光的高效反射，需要采用多层膜反射镜。这种复杂结构的镜片，全球只有德国蔡司一家有能力制造。

EUV多层镜的结构可以看成是两种不同材料的薄膜，若干层叠加而成，每一层厚度精确控制在几个纳米。这种超精密的薄膜制造技术，正是蔡司镜片独特的优势，镜片的精细度直接关乎光刻机的成败。

最为关键的是工作台系统，光刻机工作时需要极高精度的重复定位，与最初曝光时完全重合。

这依赖于激光干涉仪实现的高精度测量和控制，EUV光刻机的工作台系统集成了线性电机、空气轴承、平面镜等多种高端技术，实现了定位精度达到约1纳米的惊人指标。

除此之外，光刻机还面临着其他诸多技术挑战。例如EUV光会对镜片和其他部件产生损耗性的物理和化学侵蚀作用，这需要采用新型抗蚀材料来解决，光刻过程中会产生各种有机物污染，必须建立无尘的超净环境，光反应会产生臭氧等有害气体，必须设计专用的气体处理系统。

同时，一台光刻机拥有十几万个部件，重达180吨，其中一些关键部件的制造周期长达10年。更为关键的是，ASML作为光刻机的龙头企业，其实际掌握的核心技术并不足10%，主要依赖美国、瑞典、德国等国提供的光源、精密机床、光学镜头等关键配件。

可以说，当代最尖端的光刻机技术是全球高新技术合作的结晶，没有足够时间的沉淀和行业范围内的紧密协作是难以实现的。

不仅如此，光刻机之所以难以研制，还在于其极高的投入成本。ASML每年用于光刻机研发的投入高达10亿欧元，这还只是冰山一角。

如果想要启动光刻机的研发，还需要解决人才问题。ASML目前雇佣了约3万名工程师和研究人员，覆盖了欧美日韩台湾等地区的顶尖人才。这些人才的培养与吸引都需要长期积淀，所以任何想要追赶的公司必须解决好人才方面的问题。

可以看出，光刻机技术高度依赖全球化分工与合作，没有持之以恒的共同投入与共享机制，几乎不可能实现自主可控。

事实上，光刻机是芯片制造中最关键的设备。它利用激光原理，将组成芯片的复杂电路图形高精度地“烙印”在晶圆上。正因光刻机的加工精度直接决定了芯片的性能与质量，它被誉为“芯片制造的大脑”。

在芯片制造的长河中，荷兰ASML公司於2015年研发出波长仅为13.5纳米的EUV光刻机，是使光刻技术迈入新纪元的重要标志。

这种新型光刻机采用的激光波长比过去的DUV光刻机还要短了近一个数量级，使其可以制造出更复杂、集成度更高的芯片，实现13纳米以下的超高精度加工，制造出的芯片性能可谓是大幅提升。

然而，EUV光刻机之所以能产生革命性影响，得益於多年来相关技术的不断积累。要生产出如此精密的设备，光学系统、精密定位与控制系统等环节的每一个细节都至关重要。

举例来说，光刻机中负责产生激光的光源系统需要提供极为稳定、重复性极强的激光输出，这是商用激光产品难以达到的要求，用于聚焦及成像的高端光学系统也需要精密度达到亚微米甚至纳米量级，还需要极精密的传感器来检测位置误差并进行闭环控制。

可以说，EUV光刻机的诞生有赖于多年来全球科技力量在半导体制造领域的不懈努力与技术沉淀。

由此可见，光刻机集多个领域核心技术于一体，被称为“工业之花”，其加工精度的进步，直接推动着全球半导体技术的发展，其独特魅力也令人难以抗拒。

不管怎么说，光刻机集成了光学、精密机械、测控、材料、气体处理等多领域的顶尖技术，是人类制造业一个巅峰代表，同时也是发达国家弹无虚发的战略制高点。

我国迫切需要突破该领域技术壁垒，以确保芯片产业链的安全稳定。国内已经启动光刻机和关键器件的自主研发，但距离国际先进水平还有不小的差距。需要进一步加大投入力度，汇聚各方面人才和资源，突破数个关键核心技术，才能最终实现装备国产化替代。

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