導讀

上海微電子裝備公司總經理賀榮明去德國考察時，有工程師告訴他：“給你們(men) 全套圖紙，也做不出來。”賀榮明幾年後理解了這句話。

光刻機，被稱為(wei) 現代光學工業(ye) 之花，製造難度非常大，全世界隻有少數幾家公司能夠製造。其售價(jia) 高達7000萬(wan) 美金。用於(yu) 生產(chan) 芯片的光刻機是中國在半導體(ti) 設備製造上最大的短板，國內(nei) 晶圓廠所需的高端光刻機完全依賴進口。

在能夠製造機器的這幾家公司中，尤其以荷蘭(lan) （ASML）技術最為(wei) 先進。價(jia) 格也最為(wei) 高昂。光刻機的技術門檻極高，堪稱人類智慧集大成的產(chan) 物。

“十二五”科技成就展覽上，上海微電子裝備公司（SMEE）生產(chan) 的中國最好的光刻機，與(yu) 中國的大飛機、登月車並列。它的加工精度是90納米，相當於(yu) 2004年上市的奔騰四CPU的水準。國外已經做到了十幾納米。

ASML光刻機的簡易工作原理圖

簡單介紹一下圖中各設備的作用：

測量台、曝光台：承載矽片的工作台，也就是雙工作台。一般的光刻機需要先測量，再曝光，隻需一個(ge) 工作台，而ASML有個(ge) 專(zhuan) 利，有兩(liang) 個(ge) 工作台，實現測量與(yu) 曝光同時進行。而本次“光刻機雙工件台係統樣機研發”項目則是在技術上突破ASML對雙工件台係統的技術壟斷。

激光器：也就是光源，光刻機核心設備之一。

光束矯正器：矯正光束入射方向，讓激光束盡量平行。

能量控製器：控製最終照射到矽片上的能量，曝光不足或過足都會(hui) 嚴(yan) 重影響成像質量。

光束形狀設置：設置光束為(wei) 圓型、環型等不同形狀，不同的光束狀態有不同的光學特性。

遮光器：在不需要曝光的時候，阻止光束照射到矽片。

能量探測器：檢測光束最終入射能量是否符合曝光要求，並反饋給能量控製器進行調整。

掩模版：一塊在內(nei) 部刻著線路設計圖的玻璃板，貴的要數十萬(wan) 美元。

掩膜台：承載掩模版運動的設備，運動控製精度是nm級的。

物鏡：物鏡由20多塊鏡片組成，主要作用是把掩膜版上的電路圖按比例縮小，再被激光映射的矽片上，並且物鏡還要補償(chang) 各種光學誤差。技術難度就在於(yu) 物鏡的設計難度大，精度的要求高。

矽片：用矽晶製成的圓片。矽片有多種尺寸，尺寸越大，產(chan) 率越高。題外話，由於(yu) 矽片是圓的，所以需要在矽片上剪一個(ge) 缺口來確認矽片的坐標係，根據缺口的形狀不同分為(wei) 兩(liang) 種，分別叫flat、notch。

內(nei) 部封閉框架、減振器：將工作台與(yu) 外部環境隔離，保持水平，減少外界振動幹擾，並維持穩定的溫度、壓力。

光刻機製造難度有多大？

光刻機跟照相機差不多，它的底片，是塗滿光敏膠的矽片。電路圖案經光刻機，縮微投射到底片，蝕刻掉一部分膠，露出矽麵做化學處理。製造芯片，要重複幾十遍這個(ge) 過程。

位於(yu) 光刻機中心的鏡頭，由20多塊鍋底大的鏡片串聯組成。鏡片得高純度透光材料+高質量拋光。SMEE光刻機使用的鏡片，得數萬(wan) 美元一塊。

ASML的鏡片是蔡司技術打底。鏡片材質做到均勻，需幾十年到上百年技術積澱。

“同樣一個(ge) 鏡片，不同工人去磨，光潔度相差十倍。”SMEE總經理賀榮明說，他在德國看到，拋光鏡片的工人，祖孫三代在同一家公司的同一個(ge) 職位。

另外，光刻機需要體(ti) 積小，但功率高而穩定的光源。ASML的頂尖光刻機，使用波長短的極紫外光，光學係統極複雜。有頂級的鏡頭和光源，沒極致的機械精度，也是白搭。光刻機裏有兩(liang) 個(ge) 同步運動的工件台，一個(ge) 載底片，一個(ge) 載膠片。兩(liang) 者需始終同步，誤差在2納米以下。兩(liang) 個(ge) 工作台由靜到動，加速度跟導彈發射差不多。賀榮明說：“相當於(yu) 兩(liang) 架大飛機從(cong) 起飛到降落，始終齊頭並進。一架飛機上伸出一把刀，在另一架飛機的米粒上刻字，不能刻壞了。”而且，溫濕度和空氣壓力變化會(hui) 影響對焦。“機器內(nei) 部溫度的變化要控製在千分之五度，得有合適的冷卻方法，精準的測溫傳(chuan) 感器。”賀榮明說。SMEE最好的光刻機，包含13個(ge) 分係統，3萬(wan) 個(ge) 機械件，200多個(ge) 傳(chuan) 感器，每一個(ge) 都要穩定。像歐洲冠軍(jun) 杯決(jue) 賽，任何一個(ge) 人發揮失常就要輸球。

ASML光刻機設備圖

世界上最貴精密儀(yi) 器出廠地

目前全球隻有一家企業(ye) 在光刻機市場上占據了80%的份額，就是處於(yu) 荷蘭(lan) 的ASML，旗下所研發的EUV光刻機曾售價(jia) 高達1億(yi) 美元一台，而且還不一定有貨。皆因每台光刻機的裝配大約需要50000個(ge) 零件左右。國際上著名的芯片製造商如Intel、台積電、三星都是它名下的股東(dong) 。

阿斯麥公司ASML Holding NV創立於(yu) 1984年，是從(cong) 飛利浦獨立出來的一個(ge) 半導體(ti) 設備製造商。前稱ASM Lithography Holding N.V.，於(yu) 2001年改為(wei) 現用名，總部位於(yu) 荷蘭(lan) 費爾德霍芬，全職雇員12,168人，是一家半導體(ti) 設備設計、製造及銷售公司。