【專題 | 「光刻機(jī)」光刻技術(shù)_ASML光刻機(jī)_國(guó)產(chǎn)光刻機(jī)_EUV光刻機(jī)】

近年來(lái)，我國(guó)的科學(xué)技術(shù)在不斷迎來(lái)突破。在發(fā)展的同時(shí)，在一些技術(shù)的發(fā)展方面仍然處于劣勢(shì)，這些技術(shù)都需要進(jìn)行更多的研發(fā)投入，進(jìn)而促進(jìn)行業(yè)的良性發(fā)展。

指甲蓋大小的芯片，密布千萬(wàn)電線，紋絲不亂，需要極端精準(zhǔn)的照相機(jī)——光刻機(jī)。光刻機(jī)精度，決定了芯片的上限。高精度光刻機(jī)產(chǎn)自ASML、尼康和佳能三家;頂級(jí)光刻機(jī)由ASML壟斷。

光刻機(jī)需要解決精密度問(wèn)題

光刻機(jī)的研制技術(shù)難點(diǎn)主要是解決精密度問(wèn)題，光刻的原理就像在米粒大小的面積上，雕刻納米級(jí)大小的文字，其難度可想而知，所以這需要持續(xù)的研發(fā)和技術(shù)攻關(guān)。此外，我國(guó)光刻機(jī)的研發(fā)還面臨資金和人才的調(diào)整。研發(fā)光刻機(jī)這種高精尖設(shè)備投入大、投資回報(bào)時(shí)間長(zhǎng)，民營(yíng)企業(yè)出于發(fā)展目的，很少會(huì)主動(dòng)投入光刻機(jī)的研發(fā)，所以這需要國(guó)家進(jìn)行投資和組織，從國(guó)外發(fā)展來(lái)看，英特爾、臺(tái)積電、三星為推進(jìn)光刻機(jī)的研發(fā)，都是持續(xù)投入巨資，比如三星以38億歐元購(gòu)買(mǎi)ASML23%的股份支持其EUV光刻機(jī)的研發(fā)，可以說(shuō)是不計(jì)成本，也由此奠定了他們?cè)诠饪虣C(jī)領(lǐng)域的地位。

光刻機(jī)跟照相機(jī)差不多，它的底片，是涂滿光敏膠的硅片。電路圖案經(jīng)光刻機(jī)，縮微投射到底片，蝕刻掉一部分膠，露出硅面做化學(xué)處理。制造芯片，要重復(fù)幾十遍這個(gè)過(guò)程。位于光刻機(jī)中心的鏡頭，由20多塊鍋底大的鏡片串聯(lián)組成。鏡片得高純度透光材料+高質(zhì)量拋光。SMEE光刻機(jī)使用的鏡片，得數(shù)萬(wàn)美元一塊。ASML的鏡片是蔡司技術(shù)打底。鏡片材質(zhì)做到均勻，需幾十年到上百年技術(shù)積淀。

“同樣一個(gè)鏡片，不同工人去磨，光潔度相差十倍。”SMEE總經(jīng)理賀榮明說(shuō)，他在德國(guó)看到，拋光鏡片的工人，祖孫三代在同一家公司的同一個(gè)職位。另外，光刻機(jī)需要體積小，但功率高而穩(wěn)定的光源。ASML的頂尖光刻機(jī)，使用波長(zhǎng)短的極紫外光，光學(xué)系統(tǒng)極復(fù)雜。

3萬(wàn)個(gè)機(jī)械件都要可靠

ASML作為世界工業(yè)體系的積累結(jié)晶，每一個(gè)零件每一項(xiàng)技術(shù)都是最頂尖的，他的鏡片來(lái)自德國(guó)蔡司，每一塊都不能有絲毫偏差，這是數(shù)十年的技術(shù)積淀，其光源來(lái)自美國(guó)極紫外光龍頭cymer公司(已被ASML收購(gòu))，這家公司是euv領(lǐng)域的領(lǐng)頭羊，在機(jī)器組裝方面選擇了三星和臺(tái)灣代工，所有方面ASML都在選用最好的東西，這是國(guó)內(nèi)無(wú)法比擬的。

有頂級(jí)的鏡頭和光源，沒(méi)極致的機(jī)械精度，也是白搭。光刻機(jī)里有兩個(gè)同步運(yùn)動(dòng)的工件臺(tái)，一個(gè)載底片，一個(gè)載膠片。兩者需始終同步，誤差在2納米以下。兩個(gè)工作臺(tái)由靜到動(dòng)，加速度跟導(dǎo)彈發(fā)射差不多。賀榮明說(shuō)：“相當(dāng)于兩架大飛機(jī)從起飛到降落，始終齊頭并進(jìn)。一架飛機(jī)上伸出一把刀，在另一架飛機(jī)的米粒上刻字，不能刻壞了。”

而且，溫濕度和空氣壓力變化會(huì)影響對(duì)焦。“機(jī)器內(nèi)部溫度的變化要控制在千分之五度，得有合適的冷卻方法，精準(zhǔn)的測(cè)溫傳感器。”相關(guān)業(yè)內(nèi)人員表示。SMEE最好的光刻機(jī)，包含13個(gè)分系統(tǒng)，3萬(wàn)個(gè)機(jī)械件，200多個(gè)傳感器，每一個(gè)都要穩(wěn)定。像歐洲冠軍杯決賽，任何一個(gè)人發(fā)揮失常就要輸球。

圖紙不是關(guān)鍵，光刻機(jī)需要高端人才

2002年SMEE成立，是中國(guó)政府為了填補(bǔ)光刻機(jī)空白而立項(xiàng)。賀榮明去德國(guó)考察時(shí)，有工程師告訴他：“給你們?nèi)讏D紙，也做不出來(lái)。”賀榮明幾年后理解了這句話。并不是說(shuō)圖紙不重要，賀榮明說(shuō)，如何將系統(tǒng)的誤差分配到子系統(tǒng)，設(shè)計(jì)有高下之分。但頂級(jí)光刻機(jī)也需要細(xì)節(jié)上的技術(shù)潔癖。“一根光纖，一行軟件編碼，一個(gè)小動(dòng)作，如果不兢兢業(yè)業(yè)做好，整個(gè)系統(tǒng)就不優(yōu)秀。”業(yè)內(nèi)人員表示。

“發(fā)展光刻機(jī)，需要高素質(zhì)的人群。所以我們做來(lái)做去，做最多的是培養(yǎng)人，改變?nèi)恕！辟R榮明說(shuō)，這需要他們用五十年一百年的長(zhǎng)遠(yuǎn)眼光去做事情，而不是期望幾個(gè)月解決問(wèn)題。光刻領(lǐng)域本來(lái)就屬于極其小眾的高端技術(shù)領(lǐng)域，因?yàn)殚L(zhǎng)期缺乏光刻設(shè)備，這樣的人才和專業(yè)也就更加稀缺，即使有朝一日買(mǎi)來(lái)了先進(jìn)的光刻機(jī)，有多少人能熟練掌握也是一大難題。

資金方面也是目前制約我國(guó)光刻機(jī)發(fā)展的主要原因，近兩年雖然國(guó)家清楚的認(rèn)識(shí)到了半導(dǎo)體對(duì)一個(gè)行業(yè)對(duì)一個(gè)國(guó)家的重要性，并且大力投入資金，扶持了一大批企業(yè)，這些資金也只能解一時(shí)之急，光刻機(jī)龍頭企業(yè)ASML每年在光刻機(jī)上面的投入是以百億人民幣為單位，這是目前我國(guó)半導(dǎo)體企業(yè)達(dá)不到的。

資金方面的投入是限制光刻機(jī)發(fā)展的重要原因。現(xiàn)在的半導(dǎo)體行業(yè)已經(jīng)在進(jìn)行大力投資和企業(yè)扶持。但是和國(guó)外的光刻機(jī)研發(fā)投入相比，我國(guó)的半導(dǎo)體投入仍然不足。

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