利用相移光刻掩膜版監測光刻機臺焦距。

今年3月，有日本媒體報道稱，日本二手半導體設備特別是光刻機設備正大量流入中國，且價格大幅上漲，漲幅可達300%以上。就在月初，中芯國際宣布與荷蘭光刻機巨頭阿斯麥（ASML）采購協議，曾沖上微博熱搜。中芯國際在公告中披露了此前的購買金額，在2020年3月16日到2021年3月2日期間，中芯國際共使用12億美元購買光刻機。

光刻機究竟是什么？為什么中芯國際要花12億美元購買光刻機？中國何時能擁有自己的光刻機呢？

一、光刻機是什么？

光刻機是半導體生產制造的主要生產設備之一，也是決定整個半導體生產工藝水平高低的核心技術機臺。半導體技術發展都是以光刻機的光刻線寬為代表。光刻機通常采用步進式（Stepper）或掃描式（Scanner）等，通過近紫外光、中紫外光、深紫外光、真空紫外光、極短紫外光、X-光（X-Ray）等光源對光刻膠進行曝光，使得晶圓內產生電路圖案。

從原理上講，光刻機的核心就是制造一個放大的透光的模子，把想要的電路印在模子上面，光通過模子照射在硅片上面，就能將電路復制到硅片上。

ASML公司制造的極紫外光刻機

光刻機的作用是制造精密的芯片。根據摩爾定律，集成電路上可以容納的晶體管數目在大約每經過18個月便會增加一倍。如今，相鄰的兩個晶體管之間的距離僅有幾個納米。在如此小的尺寸下進行精密的操作是非常困難的，所以技術人員們使用放大的方法，在更大的尺寸上進行操作。而放大的方法就是利用光。光刻機的作用，就是利用光刻機發出的光通過具有圖形的光罩對涂有光刻膠的薄片曝光，光刻膠見光后會發生性質變化，從而使光罩上的圖形復印到薄片上，使薄片具有電子線路圖的作用。

通俗的說，光刻機工作其實類似于照相機照相，只不過照相機拍攝的照片是印在底片上，而光刻刻的不是照片，而是電路圖和其他電子元件。

光刻機的原理/搜狐 

光刻機的發展十分迅速。光刻技術于上世紀60年代開始起步，在五十年的時間里，光刻機從一項各大芯片公司可以自主制造的機器，變成了只有少數公司能掌握的尖端科技，就是因為在技術發展的瓶頸期，只有少數的公司在技術上完成了突破。這些公司完成技術上的突破后便能進一步提升了光刻機的性能，而其他公司生產的光刻機就逐漸被淘汰。

光刻機的發展主要集中在兩個技術方面。

首先是掩膜與晶圓的接觸方式在不斷改變。最初的掩膜是1：1尺寸緊貼在晶圓片上，這種光刻機也被稱為接觸式光刻機。之后，光刻機經歷了從接觸式光刻機、接近式光刻機、全硅片掃描投影式光刻機、分布重復投影式光刻機到目前普遍采用的步進式掃描投影式光刻機的發展歷程，光刻機的結構逐漸復雜，制造的精度也逐漸提高。

其次，光源采用的波長也在逐漸減少。根據瑞利判據，一個光學系統能夠分辨的尺寸正比于光的波長。所以想要分辨更小的尺寸，就需要光源發出波長更短的光。隨著光的波長不斷縮短，光刻機制造的芯片也更加精密。

ASML光刻機的發展 / 資料來源：ASML

光刻機目前技術的難點就在于如何產生短波長的光。193nm的深紫外光的技術目前已經很成熟，甚至已經運用于醫療方面。但人們在縮短這種光時遇到了困難，如何繼續升級困擾了整個業界。直到EUV技術的出現，它運用193nm的光的脈沖去擊打金屬錫，便激發出了13.5nm的光波。同時為了保證產生的光的強度足夠大，每個金屬錫會被脈沖擊打兩次，第一次把錫的液滴打平，擴大打擊的面積；第二次再把光激發出來。這樣產生的光波長短，強度也足夠。目前，這一技術被荷蘭的阿斯麥（ASML）公司掌握，他們也憑借這一技術制造出了最先進的極紫外光刻機。

二、中國有光刻機嗎？

中國的光刻機研制在70年代后期起步，初期型號為接觸式或接近式光刻機。在1985年，中國機電部完成第一臺分步光刻機，采用436nm的光源，技術與美國1978年的光刻機相近。此后，光刻機的技術一直在推進，各個時間點均有代表性成果，如1990年中科院研制出工作分辨率為1.25微米的直接分步重復投影光刻機。在2000年左右，國家啟動了193nm ArF光刻機項目。2002年，上海微電子裝備有限公司承擔了“十五”光刻機攻關項目。截至2016年，上海微電子已經量產90納米、110納米和280納米三種光刻機。中國的光刻機技術一直在發展，并未出現完全停滯的情況。

1977年中國制造的接觸式光刻機 / 知乎 

然而，中國的光刻機技術與世界頂尖水平有很大的差距。中國研究光刻機過程中有以下困難。首先是技術落后。中國雖然很早就擁有了光刻機，但技術水平與西方相差許多。1978年，西方已經研制出成熟的分步投影光刻機，而我們才剛剛研制成功半自動的接觸光刻機。而技術落后這一問題一直持續到今天。今天我國雖然擁有光刻機，但因為技術落后，我們仍需要從國外進口。其次是政治方面，美國等西方國家利用政治手段阻止中國光刻機的發展。比如美國就頒布禁令，禁止將高端設備賣給中國，而阿斯麥公司的極紫外光刻機就處于管制范圍內。

三、未來，中國的光刻機之路該怎么走？

雖然中國在研究光刻機的過程中遇到了許多困難，但中國并沒有停止對光刻機的研究。目前，中國在進口外國先進光刻機的同時，也一直在進行自主研發。

中國研究光刻機的路途雖然充滿困難，但也充滿可能。首先，中國不應該“閉關鎖國”。光刻機作為一項頂尖技術，已經不是一個國家或幾個企業能完成的工程，必須與全球頂級的光源、光學、材料關鍵部件的廠商進行合作。雖然美國對中國的進口施加了重重禁令，但中國擁有龐大的市場，巨額的需求量，這些條件對各大公司都有極強的吸引力，所以這些公司與廠商愿意與中國合作。我們應該努力與國外的這些企業建立合作關系。其次，中國在光刻機這一技術上投入更多的資金，并加強對于人才的培養，在進口的同時進行自主研發，使中國在光刻機方面能研發出自己的核心技術。最后，光刻機的研發不是一個短期的過程，研究過程中切勿急功近利，不能因為失敗或遇到瓶頸就放棄。如能保持以上幾點，中國光刻機的技術能達到世界的頂尖水平。

總結：

光刻機是一種集合了數學、光學、流體力學、高分子物理與化學、表面物理與化學、精密儀器、機械、自動化、軟件、圖像識別領域頂尖技術的產物，目前只有ASML一家公司掌握它的核心技術，它占據了全球光刻機市場的85%，利潤的107%。中國雖然一直在發展光刻機，但目前我國的技術明顯落后，而且發展的過程中還有許多阻礙。但中國研究光刻機的路途也充滿希望，若中國能nengnennen保持與國外公司的合作，加強人力、財力的投入，保持耐心，中國也能擁有屬于自己的光刻機。

來源: 了不起的中國制造