利用相移光刻掩膜版监测光刻机台焦距。

今年3月，有日本媒体报道称，日本二手半导体设备特别是光刻机设备正大量流入中国，且价格大幅上涨，涨幅可达300%以上。就在月初，中芯国际宣布与荷兰光刻机巨头阿斯麦（ASML）采购协议，曾冲上微博热搜。中芯国际在公告中披露了此前的购买金额，在2020年3月16日到2021年3月2日期间，中芯国际共使用12亿美元购买光刻机。

光刻机究竟是什么？为什么中芯国际要花12亿美元购买光刻机？中国何时能拥有自己的光刻机呢？

一、光刻机是什么？

光刻机是半导体生产制造的主要生产设备之一，也是决定整个半导体生产工艺水平高低的核心技术机台。半导体技术发展都是以光刻机的光刻线宽为代表。光刻机通常采用步进式（Stepper）或扫描式（Scanner）等，通过近紫外光、中紫外光、深紫外光、真空紫外光、极短紫外光、X-光（X-Ray）等光源对光刻胶进行曝光，使得晶圆内产生电路图案。

从原理上讲，光刻机的核心就是制造一个放大的透光的模子，把想要的电路印在模子上面，光通过模子照射在硅片上面，就能将电路复制到硅片上。

ASML公司制造的极紫外光刻机

光刻机的作用是制造精密的芯片。根据摩尔定律，集成电路上可以容纳的晶体管数目在大约每经过18个月便会增加一倍。如今，相邻的两个晶体管之间的距离仅有几个纳米。在如此小的尺寸下进行精密的操作是非常困难的，所以技术人员们使用放大的方法，在更大的尺寸上进行操作。而放大的方法就是利用光。光刻机的作用，就是利用光刻机发出的光通过具有图形的光罩对涂有光刻胶的薄片曝光，光刻胶见光后会发生性质变化，从而使光罩上的图形复印到薄片上，使薄片具有电子线路图的作用。

通俗的说，光刻机工作其实类似于照相机照相，只不过照相机拍摄的照片是印在底片上，而光刻刻的不是照片，而是电路图和其他电子元件。

光刻机的原理/搜狐 

光刻机的发展十分迅速。光刻技术于上世纪60年代开始起步，在五十年的时间里，光刻机从一项各大芯片公司可以自主制造的机器，变成了只有少数公司能掌握的尖端科技，就是因为在技术发展的瓶颈期，只有少数的公司在技术上完成了突破。这些公司完成技术上的突破后便能进一步提升了光刻机的性能，而其他公司生产的光刻机就逐渐被淘汰。

光刻机的发展主要集中在两个技术方面。

首先是掩膜与晶圆的接触方式在不断改变。最初的掩膜是1：1尺寸紧贴在晶圆片上，这种光刻机也被称为接触式光刻机。之后，光刻机经历了从接触式光刻机、接近式光刻机、全硅片扫描投影式光刻机、分布重复投影式光刻机到目前普遍采用的步进式扫描投影式光刻机的发展历程，光刻机的结构逐渐复杂，制造的精度也逐渐提高。

其次，光源采用的波长也在逐渐减少。根据瑞利判据，一个光学系统能够分辨的尺寸正比于光的波长。所以想要分辨更小的尺寸，就需要光源发出波长更短的光。随着光的波长不断缩短，光刻机制造的芯片也更加精密。

ASML光刻机的发展 / 资料来源：ASML

光刻机目前技术的难点就在于如何产生短波长的光。193nm的深紫外光的技术目前已经很成熟，甚至已经运用于医疗方面。但人们在缩短这种光时遇到了困难，如何继续升级困扰了整个业界。直到EUV技术的出现，它运用193nm的光的脉冲去击打金属锡，便激发出了13.5nm的光波。同时为了保证产生的光的强度足够大，每个金属锡会被脉冲击打两次，第一次把锡的液滴打平，扩大打击的面积；第二次再把光激发出来。这样产生的光波长短，强度也足够。目前，这一技术被荷兰的阿斯麦（ASML）公司掌握，他们也凭借这一技术制造出了最先进的极紫外光刻机。

二、中国有光刻机吗？

中国的光刻机研制在70年代后期起步，初期型号为接触式或接近式光刻机。在1985年，中国机电部完成第一台分步光刻机，采用436nm的光源，技术与美国1978年的光刻机相近。此后，光刻机的技术一直在推进，各个时间点均有代表性成果，如1990年中科院研制出工作分辨率为1.25微米的直接分步重复投影光刻机。在2000年左右，国家启动了193nm ArF光刻机项目。2002年，上海微电子装备有限公司承担了“十五”光刻机攻关项目。截至2016年，上海微电子已经量产90纳米、110纳米和280纳米三种光刻机。中国的光刻机技术一直在发展，并未出现完全停滞的情况。

1977年中国制造的接触式光刻机 / 知乎 

然而，中国的光刻机技术与世界顶尖水平有很大的差距。中国研究光刻机过程中有以下困难。首先是技术落后。中国虽然很早就拥有了光刻机，但技术水平与西方相差许多。1978年，西方已经研制出成熟的分步投影光刻机，而我们才刚刚研制成功半自动的接触光刻机。而技术落后这一问题一直持续到今天。今天我国虽然拥有光刻机，但因为技术落后，我们仍需要从国外进口。其次是政治方面，美国等西方国家利用政治手段阻止中国光刻机的发展。比如美国就颁布禁令，禁止将高端设备卖给中国，而阿斯麦公司的极紫外光刻机就处于管制范围内。

三、未来，中国的光刻机之路该怎么走？

虽然中国在研究光刻机的过程中遇到了许多困难，但中国并没有停止对光刻机的研究。目前，中国在进口外国先进光刻机的同时，也一直在进行自主研发。

中国研究光刻机的路途虽然充满困难，但也充满可能。首先，中国不应该“闭关锁国”。光刻机作为一项顶尖技术，已经不是一个国家或几个企业能完成的工程，必须与全球顶级的光源、光学、材料关键部件的厂商进行合作。虽然美国对中国的进口施加了重重禁令，但中国拥有庞大的市场，巨额的需求量，这些条件对各大公司都有极强的吸引力，所以这些公司与厂商愿意与中国合作。我们应该努力与国外的这些企业建立合作关系。其次，中国在光刻机这一技术上投入更多的资金，并加强对于人才的培养，在进口的同时进行自主研发，使中国在光刻机方面能研发出自己的核心技术。最后，光刻机的研发不是一个短期的过程，研究过程中切勿急功近利，不能因为失败或遇到瓶颈就放弃。如能保持以上几点，中国光刻机的技术能达到世界的顶尖水平。

总结：

光刻机是一种集合了数学、光学、流体力学、高分子物理与化学、表面物理与化学、精密仪器、机械、自动化、软件、图像识别领域顶尖技术的产物，目前只有ASML一家公司掌握它的核心技术，它占据了全球光刻机市场的85%，利润的107%。中国虽然一直在发展光刻机，但目前我国的技术明显落后，而且发展的过程中还有许多阻碍。但中国研究光刻机的路途也充满希望，若中国能nengnennen保持与国外公司的合作，加强人力、财力的投入，保持耐心，中国也能拥有属于自己的光刻机。

来源: 了不起的中国制造