你愿意成為世界頂級光刻機(jī)的制造者嗎？

○華慶富

還記得小時候我們曾經(jīng)愛不釋手的激光筆玩具嗎？那時候?yàn)榱艘恢膬x已久的激光筆，放學(xué)時要瞞著爸爸媽媽，偷偷摸摸地在學(xué)校附近的文具店里挑來挑去，買好了就藏在書包里層的口袋里，晚上趁爸爸媽媽睡著的時候，悄悄地掏出來對著關(guān)了燈的小臥室的墻壁，展示著一個個炫目的圖案！

我們可以從簡單的激光筆玩具開始，認(rèn)識一下時下風(fēng)頭正勁的光刻機(jī)。光刻機(jī)發(fā)出的光通過具有圖形的光罩后，不是像我們的激光筆玩具那樣照射到地面或者墻壁上顯示出各種圖案，而是對涂有一種對光線高度敏感的光刻膠的薄片曝光，光刻膠見光后會發(fā)生性質(zhì)變化，將光罩上的圖形復(fù)印到薄片上。看起來光刻機(jī)的作用，類似照相機(jī)照相。照相機(jī)拍攝的照片是印在底片上，而光刻機(jī)刻的不是照片，是大規(guī)模集成電路的電路圖。

光刻機(jī)的原理看似簡單，但實(shí)現(xiàn)起來非常困難。

就拿光刻機(jī)的反射鏡來說，它的制造工藝就是一個難以攀登的高峰。它的誤差大小僅能以皮米（納米的千分之一）計，也就是說，如果反射鏡面積有安徽和湖南這兩省這么大，其表面光滑度要求最高的突起處不能高于1 厘米！另外，光刻機(jī)里有兩個同步運(yùn)動的工作臺，一個載底片，一個載膠片，兩者需始終同步，誤差不能超過2納米。兩個工作臺由靜到動，加速度跟導(dǎo)彈發(fā)射差不多。打個比方說，就相當(dāng)于兩架大飛機(jī)從起飛到降落，始終齊頭并進(jìn)，而且過程中如果從一架飛機(jī)上伸出一把刀，在另一架飛機(jī)的米粒上刻字，而且不能刻壞了！

光刻機(jī)的激光光源又是一道難關(guān)，光刻用準(zhǔn)分子激光器光源需要窄線寬、大能量和高脈沖頻率，這些參數(shù)互相矛盾，研制難度極大。目前經(jīng)兼并組合后，全世界只有一家日本公司獨(dú)立生產(chǎn)光源，其余皆被荷蘭的ASML公司收購。

但別以為做出了光刻機(jī)就萬事大吉了，制約生產(chǎn)芯片的因素還很多，比如光刻膠。光刻膠是芯片制造中必不可少的材料，2019年1月，臺積電就因?yàn)槭褂昧瞬缓细竦墓饪棠z而報廢了上萬片晶圓，影響到高通、華為、蘋果等客戶的芯片制造，自身損失也超5億美元。

正是因?yàn)橹圃旌途S護(hù)都需要高精度的光學(xué)和電子工業(yè)基礎(chǔ)，所以世界上只有少數(shù)廠家掌握相關(guān)技術(shù)。這也直接導(dǎo)致了光刻機(jī)價格昂貴，每臺單價通常在3000萬～5 億美元。

光刻機(jī)市場，目前世界上只有荷蘭ASML一家獨(dú)大，因?yàn)楣饪虣C(jī)的研制投入巨大并且需要長年的技術(shù)積累，荷蘭ASML公司僅員工就有23000名。由于差距巨大，很多公司也不愿意從頭去研制光刻機(jī)。

我國正在加緊研制光刻機(jī)。早在1971年，清華大學(xué)精儀系就成功研制出了“激光干涉定位自動分步重復(fù)照相機(jī)”。那時，現(xiàn)在的光刻機(jī)巨頭ASML還未創(chuàng)立，我國光刻技術(shù)跟歐美可謂處于同一水平。進(jìn)入20世紀(jì)80年代后，國家減小了對半導(dǎo)體工業(yè)支持的力度，面對飛速發(fā)展的國際半導(dǎo)體行業(yè)，我國被遠(yuǎn)遠(yuǎn)甩在了后面。

2018 年底，國家重大科研“超分辨光刻裝備研制”項(xiàng)目通過驗(yàn)收，該光刻機(jī)由中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所研制，光刻分辨力達(dá)到22納米，結(jié)合雙重曝光技術(shù)后，未來還可用于制造10納米級別的芯片。

現(xiàn)在世界上最先進(jìn)的芯片已經(jīng)達(dá)到7 納米，想生產(chǎn)7 納米芯片就需要高端的光刻機(jī)和蝕刻機(jī)，而高端光刻機(jī)被荷蘭的ASML 公司壟斷，但在蝕刻機(jī)方面我國已經(jīng)攻克5納米技術(shù)。光刻機(jī)和蝕刻機(jī)是芯片制造的關(guān)鍵設(shè)備，光刻機(jī)是把芯片的設(shè)計圖案印上去，然后再通過刻蝕機(jī)進(jìn)行刻蝕，光刻機(jī)的研制難度比刻蝕機(jī)大得多。目前我國光刻機(jī)和蝕刻機(jī)發(fā)展嚴(yán)重偏科，7納米蝕刻機(jī)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，但是在光刻機(jī)離7 納米技術(shù)還相差甚遠(yuǎn)。

據(jù)統(tǒng)計，我國連續(xù)多年從西方進(jìn)口芯片，支出已經(jīng)超過1萬億元人民幣，且花費(fèi)還在不斷上漲，然而，專家指出，隨著國家對芯片領(lǐng)域持續(xù)大幅度投入，中國的相關(guān)技術(shù)發(fā)展將不可阻擋，相信中國的光刻機(jī)發(fā)展將最終突破桎梏，其前程似錦，光明萬丈！

當(dāng)代工業(yè)領(lǐng)域，有兩顆光彩熠熠的明珠——航空發(fā)動機(jī)和光刻機(jī)。它們復(fù)雜的制造工藝和集不同方向最新科技成果于一身的“派頭”，分別代表了人類當(dāng)代科技發(fā)展的頂級水平。

那么，你愿意成為攀登世界頂級光刻機(jī)高峰隊(duì)伍中有力的一員嗎？