突破光刻机技术需要解决哪些难题

【专题 | 「光刻机」光刻技术_ASML光刻机_国产光刻机_EUV光刻机】

近年来，我国的科学技术在不断迎来突破。在发展的同时，在一些技术的发展方面仍然处于劣势，这些技术都需要进行更多的研发投入，进而促进行业的良性发展。

指甲盖大小的芯片，密布千万电线，纹丝不乱，需要极端精准的照相机——光刻机。光刻机精度，决定了芯片的上限。高精度光刻机产自ASML、尼康和佳能三家;顶级光刻机由ASML垄断。

光刻机需要解决精密度问题

光刻机的研制技术难点主要是解决精密度问题，光刻的原理就像在米粒大小的面积上，雕刻纳米级大小的文字，其难度可想而知，所以这需要持续的研发和技术攻关。此外，我国光刻机的研发还面临资金和人才的调整。研发光刻机这种高精尖设备投入大、投资回报时间长，民营企业出于发展目的，很少会主动投入光刻机的研发，所以这需要国家进行投资和组织，从国外发展来看，英特尔、台积电、三星为推进光刻机的研发，都是持续投入巨资，比如三星以38亿欧元购买ASML23%的股份支持其EUV光刻机的研发，可以说是不计成本，也由此奠定了他们在光刻机领域的地位。

光刻机跟照相机差不多，它的底片，是涂满光敏胶的硅片。电路图案经光刻机，缩微投射到底片，蚀刻掉一部分胶，露出硅面做化学处理。制造芯片，要重复几十遍这个过程。位于光刻机中心的镜头，由20多块锅底大的镜片串联组成。镜片得高纯度透光材料+高质量抛光。SMEE光刻机使用的镜片，得数万美元一块。ASML的镜片是蔡司技术打底。镜片材质做到均匀，需几十年到上百年技术积淀。

“同样一个镜片，不同工人去磨，光洁度相差十倍。”SMEE总经理贺荣明说，他在德国看到，抛光镜片的工人，祖孙三代在同一家公司的同一个职位。另外，光刻机需要体积小，但功率高而稳定的光源。ASML的顶尖光刻机，使用波长短的极紫外光，光学系统极复杂。

3万个机械件都要可靠

ASML作为世界工业体系的积累结晶，每一个零件每一项技术都是最顶尖的，他的镜片来自德国蔡司，每一块都不能有丝毫偏差，这是数十年的技术积淀，其光源来自美国极紫外光龙头cymer公司(已被ASML收购)，这家公司是euv领域的领头羊，在机器组装方面选择了三星和台湾代工，所有方面ASML都在选用最好的东西，这是国内无法比拟的。

有顶级的镜头和光源，没极致的机械精度，也是白搭。光刻机里有两个同步运动的工件台，一个载底片，一个载胶片。两者需始终同步，误差在2纳米以下。两个工作台由静到动，加速度跟导弹发射差不多。贺荣明说：“相当于两架大飞机从起飞到降落，始终齐头并进。一架飞机上伸出一把刀，在另一架飞机的米粒上刻字，不能刻坏了。”

而且，温湿度和空气压力变化会影响对焦。“机器内部温度的变化要控制在千分之五度，得有合适的冷却方法，精准的测温传感器。”相关业内人员表示。SMEE最好的光刻机，包含13个分系统，3万个机械件，200多个传感器，每一个都要稳定。像欧洲冠军杯决赛，任何一个人发挥失常就要输球。

图纸不是关键，光刻机需要高端人才

2002年SMEE成立，是中国政府为了填补光刻机空白而立项。贺荣明去德国考察时，有工程师告诉他：“给你们全套图纸，也做不出来。”贺荣明几年后理解了这句话。并不是说图纸不重要，贺荣明说，如何将系统的误差分配到子系统，设计有高下之分。但顶级光刻机也需要细节上的技术洁癖。“一根光纤，一行软件编码，一个小动作，如果不兢兢业业做好，整个系统就不优秀。”业内人员表示。

“发展光刻机，需要高素质的人群。所以我们做来做去，做最多的是培养人，改变人。”贺荣明说，这需要他们用五十年一百年的长远眼光去做事情，而不是期望几个月解决问题。光刻领域本来就属于极其小众的高端技术领域，因为长期缺乏光刻设备，这样的人才和专业也就更加稀缺，即使有朝一日买来了先进的光刻机，有多少人能熟练掌握也是一大难题。

资金方面也是目前制约我国光刻机发展的主要原因，近两年虽然国家清楚的认识到了半导体对一个行业对一个国家的重要性，并且大力投入资金，扶持了一大批企业，这些资金也只能解一时之急，光刻机龙头企业ASML每年在光刻机上面的投入是以百亿人民币为单位，这是目前我国半导体企业达不到的。

资金方面的投入是限制光刻机发展的重要原因。现在的半导体行业已经在进行大力投资和企业扶持。但是和国外的光刻机研发投入相比，我国的半导体投入仍然不足。

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