光刻機難在哪？｜五分鐘光學_風聞

“用口罩換光刻機。”

光學人一定聽過這句玩笑話，然而，並不覺得好笑。

“ASML（荷蘭公司阿斯麥）的光刻機和氫彈哪一個更難搞？”

知乎網友的這個提問獲得了高達606個回答。

編輯 | 張新蕾

來源：中國激光

目前，荷蘭光刻機技術在全球具有壟斷地位，而中國的光刻機技術還有很長的路要走。

那麼，備受關注的匯聚了眾多領域頂尖技術的光刻機到底有多難？（前往返樸觀看）

本期嘉賓：上海光學精密機械研究所王向朝研究員

專家簡介：王向朝，中國科學院上海光學精密機械研究所研究員，國家科技重大專項“極大規模集成電路製造裝備及成套工藝”（02專項）總體專家組專家。

視頻內容詳細整理：

光刻機難在哪兒？

最近一段時間，集成電路與光刻機成為了社會熱點話題。經常有朋友問起“光刻機有哪些功能？在集成電路製造中起什麼作用？”，“光刻機研發難度高，高在哪兒？”等問題。借這個機會，我來嘗試回答一下朋友們的問題。

可能大家都會感到集成電路幾乎無處不在。小到身份證、手機、可穿戴設備，大到高鐵、飛機、高端醫療裝備等等，都離不開集成電路。近些年，5G、物聯網、人工智能、雲計算、大數據等新一代信息技術快速發展，而集成電路正是這些技術的核心基礎。

集成電路自誕生至今，一直按照摩爾定律向微細化方向發展，集成度越來越高。單個芯片上的晶體管數量已經由最初的幾十個發展到現在的幾十億個。

光刻機是集成電路製造的核心裝備。集成電路的集成度持續提高，要求光刻機技術水平不斷提升。

首先，光刻機的投影物鏡被譽為成像光學的最高境界，其波像差需要控制到亞納米量級，接近零像差。這個“零像差”是大視場、高數值孔徑、短波長條件下的“零像差”，是在曝光過程中投影物鏡持續受熱狀態下的“零像差”。實現這個“零像差”對投影物鏡的鏡片級檢測、加工、鍍膜，系統級的檢測、裝校，以及投影物鏡像差的在線檢測與控制都提出了極為嚴苛的要求。

光刻機工作時，需要工件台和掩模台在高速運動過程中始終保持幾納米的同步精度。比如浸液式光刻機，工件台的運動速度可達1m/s，兩個台子的同步運動誤差的平均值需要控制到1nm，相當於人類頭髮絲直徑的幾萬分之一。這相當於兩架時速1000km的飛機同步飛行，兩架飛機相對位置偏差的平均值要控制到0.3μm以內。這個難度，應該是遠高於兩架超音速飛機同步飛行的時候，從一架飛機中伸出的縫衣服用的線能夠準確穿進另一架飛機上的針孔的難度。如此高的難度使得光刻機的工件台/掩模台系統被譽為超精密機械技術的最高峯。

光刻機整機與分系統匯聚了光學、精密機械、控制、材料等眾多領域大量的頂尖技術。很多技術需要做到工程極限。另外，光刻機各個分系統、各個子系統要在整機的控制下協同工作，達到最優的工作狀態，才能滿足光刻機嚴苛的技術要求。

因此，可以説光刻機是大系統、高精尖技術與工程極限高度融合的結晶，是迄今為止人類所能製造的最精密裝備，被譽為集成電路產業鏈“皇冠上的明珠”。

上面簡單介紹了研製光刻機的難度，希望能對朋友們瞭解光刻機有一些幫助。

謝謝大家。

本文經授權轉載自微信公眾號“中國激光”。