为什么中国人自己不会做光刻机,它的核心技术是什么
杨善洲观后感-
为什么中国人自己不会做光刻机，它的核心技术是什么？
现在网络媒体往往是用芯片代替半导体、集成电路、晶
圆等词汇，严格来说，这些词汇之间还是有所差异的。芯片
在这里的用
法也跟网络媒体的一致。
厂商在制造芯片的过程，其实是个相
当复杂的过程，芯片是
多个学科共同作用的结晶。厂商在制造芯片的过程中，从前
端工序、到晶圆制造工序，之后再到封装和测试工序，主要
用到的设备
依次包括，单晶炉、气相外延炉、氧化炉、低压
化学气相沉积系统、磁控溅射台、光刻机
、刻蚀机、离子注
入机、晶片减薄机、晶圆划片机、键合封装设备、测试机、
分选机和探针台等。其中，厂商必须要利用光刻机，才能把
掩模版上的图形
（电路结构）临时“复印”到硅片等半导体基
材（表面已均匀涂有光刻胶）上，以便开展
下一步工序。可
以这样说，光刻机在芯片制造工序中是最核心的设备。台积
电、三星电子、英特尔等晶圆制造厂商要投产越先进的制程
工艺，就必须采用
更加精密且复杂的光刻机，对光刻机的要
求包括高频率的激光光源、光掩模的对位精度、
设备的稳定
性等。越是先进的光刻机，便是集合了多领域中的尖端技术
< br>于一体。
▲晶圆制造中的七个主生产区。
▲中国上海微电子的光刻机。
其实这
些年来，国内早就有设备厂商，以及研究机构在对光
刻机进行研发。如上海微电子、中电
科四十五所、中电科四
十八所等。所以并不是中国人自己不研制光刻机，尤其是研
制前道光刻机，而是因为在研制出达到国际一流的光刻机中，
所面临的
困难既太多，又太难。至于光刻机的核心技术都有
什么？这其实由专家们合作写出一本厚
厚的书最好，我这里
用几百上千的文字充其量就只能说到些皮毛。
总部位于荷兰的
ASML
脱胎于飞
利浦，于
1984
年成立，至
今所经营
的产品主要还是光刻机。
ASML
凭借自己多年在行
业中所积累的技术和经验，在
2017
年取得的收
入又创出新
高，净利润也同步大增。
ASML
< br>的收入大致分为两个部分，
一个是通过向客户供应极紫外
EUV
、深紫外
DUV
光刻机等
设备获得的收入
（在
ASML
当年的营收中占比达七成左右）
，
另一个就是为客户提
供设备安装、系统升级等服务获得的收
入（在
ASML
当年的营收中占比约三成）
。
目前，在行业中知名度较高的厂商，除了
ASML
外，
另两家
是日本的尼康和佳能。德国
SUSS
、美国
MYCRO
、以及在
中国的
某些设备厂商，能够向客户提供低端的接触式和接近
式光刻机。而前面已经列举到的上海
微电子，则研发出了中
端的投影式光刻机。
< br>在业界中，
ASML
主要推行的是部件外包、合作研发技
术的
策略，并专注于对核心技术的研发，力求为客户提供好的技
术与服务方案。自
2000
年
ASML
向市场推出双工作台的设
备后，便在市场中逐步居于主导的地位
，设备的精密度与工
作效率均在行业中领先。尼康和佳能则偏重于自研技术的策
略，事后表明，这确实反倒限制了尼康和佳能的产品。如今
尼康和佳能在
新一代的光刻机市场上基本是彻底败给了
ASML
。尼康和佳能
的光刻机，现主要集中在
KrF
或者
A
rF
光刻机，
面向对精度要求不高的工艺制程，
如用于
LED
与面
板制造行业
的投影光刻机、芯片封装环节中的后道光刻机等。
况且，尼康和佳能也已进一步缩减对光
刻机的研发费用。
最早的光刻机采用的是接触式曝光，即人们把掩模直接贴在
晶圆上片进行曝光
，不过这很容易污染制程和缩短掩模的寿
命。后来有了接近式光刻机，即人们利用气垫在
掩模与硅片
之间制造微小空隙，然而，这对成像精度造成了影响。后再
< br>到上个世纪的
80
年代，人们利用光学镜头来调整距离与
改
善成像质量，才达到了微米以下的精度。
< br>1986
年，
ASML
向市场推
出步进式光刻机，
提高了掩模的使
用效率和光刻精度，让芯片的
制造工艺在过去的基础上直接
上了一个新台阶。
2001
年，
ASML
向市场推出双工作台的设
备（过去均为一个工作台）
，使得光刻机能在一个工作台进
行曝光晶圆片，在另一个工作台进行预对准工作，并在第一
时间得到结果反
馈，
生产效率比过去提高
35%
，
精度比过去
提高
10%
。
ASML
开发出双工作台的系统，
在技术上的难度
并不小，对工作台的转移速度和精度有极高的要求。
< br>ASML
独创的磁悬浮工作台系统，使得系统能够克服摩擦系数和阻
尼系数，使得系统的加工速度和精度超过了机械式和气悬式
工作台。
2007
年，
ASML
向市场推出浸没式系统，
在原有的
光源基础上缩短了光波的波长
，从此在行业中确立了领头羊
的地位。浸没式光刻是指在镜头和硅片之间增加一层专用水
或液体，光线浸没在液体中曝光在硅晶片圆上。由于液体的
折射
率比空气的折射率高，因此成像精度更高。从而获得更
好分辨率与更小曝光尺寸。浸没式
光刻与二次曝光，同样为
后面极紫外光刻机的问世奠定了基础。
光源无疑是光刻机的核心技术之一。这样的光源，必须要满
足一
定的条件：有适当的波长，波长越短，曝光的特征尺寸
越小；有足够的能量，且均匀地分
布在曝光区域。厂商推进
光刻进步最直接的方法之一，是降低所用光源的波长，早期
的紫外光源是高压汞灯，经过滤光后采用其中的
436nm
g
线或者
365nm i
线。
之后采用的是波长更短的深紫外光光源，
这是一种准分子激光，是利用电
子束激发惰性气体和卤素气
体结合形成的气体分子，向基态跃迁时所产生的激光。这种<
/p>
激光的特点是方向性强、
波长的纯度高、
输出功率大，
如
KrF