芯片制造成为焦点，EUV光刻机离我们还有多远？

光刻机（Mask Aligner）也叫掩模对准器，是制造微机电、光电、二极体大规模集成电路的关键设备，主要是利用紫外线波长的准分子激光，通过模版去除晶圆表面的保护膜。也就是说，基本上想要制造芯片的话，它是最核心的设备。

由于芯片是用光刻机在晶圆上蚀刻出来的，所以芯片制造工厂通常也可称之为晶圆工厂。制造芯片是一种微加工过程，光刻机的作用在于选择性地去除薄膜的一部分以便在基板上创建或设计图案。

为了产生这种图案，首先需要在基板上涂上对紫外线敏感的光敏化学品，这种光致抗蚀剂涂后形成的薄膜简称光掩膜。然后将样品放在光掩膜下方，并将基板引入光刻机（掩模对准器）中。样品被高强度紫外线照射时，就是所谓的样品被“曝光”。

此时，位于透明面罩下面的光致抗蚀剂就会被暴露，并变得可以被显影剂溶解。而位于铬下的光刻胶则不会受到任何紫外线照射，并且在显影后仍将保持完整。因此，图案能以光敏抗蚀剂的形式从光掩模转印至样品。在这个过程中，硅晶片是常见的基板，常用的抗蚀剂是PMMA。

为了大家能更好理解，很多文章都会把这个过程比作照片冲印技术。通俗地说，就是把掩膜版上的精细图形通过光线的曝光印制到硅片上。类比到打印机，就可以明白，越是技术高超的机器，做出来的东西就越精细。

而每一片晶圆实际上是很大的，可以制作几十个集成电路。也因此，光刻机的技术决定了每一块基板上可以真正容纳的技术。

同样的，跟打印机有多种技术一样，光刻机的技术也分为不同的种类。先按无掩膜和有掩膜分，随后再各自细分。

无掩膜光刻机是利用直接将信息转移到衬底上的方法，无需中间的静态掩模，即直接复制。它分为激光直写（Laser Direct Imaging）和电子束直写（electron-beams）。

至于有掩膜光刻机，即是用文章开头提到的技术原理。有掩膜光刻机也分两种，一种是模板跟图样一样大，两者靠得越近，晶圆制造就越仔细，这种叫contact aligner；另一种类似扫描或者投影技术，模版尺寸仍旧固定，但图样小很多，叫步进式光刻机（stepper）或扫描式光刻机（scanner）。

其中有掩膜光刻机是目前的主流技术。这种技术中模版会随着光刻机移动，与光刻机的中心位置相对不变，由于其始终对焦，故而可以得到更高的精度。

光刻机是生产大规模集成电路的核心设备，其制造和维护均需要极其先进和强大的光学及电子工业基础，世界上只有少数厂家掌握这种技术。因此光刻机价格非常昂贵，通常在 3 千万美元至 5 亿美元之间。

这些少数厂家分别是ASML、尼康、佳能、SUSS、ABM, Inc和上海电气旗下的上海微电子装备（SEMM）等。

高端的光刻机分辨率通常在七纳米至几微米之间，号称世界上最精密的仪器。世界上已有的1.2亿美元一台的光刻机，就出自这个行业的顶级厂商——荷兰ASML。

ASML的极紫外光刻机（EUV机）是技术奇迹。发生器每秒喷出50,000滴熔融的锡小滴。高功率激光对每个液滴喷射两次。第一个形状是锡，因此第二个形状可以将其汽化成等离子体。

等离子体发出极紫外（EUV）辐射，聚焦到光束中，并通过一系列反射镜反射。之后，EUV光束撞击硅晶片完成它的工作。其精确度等同于从地球上射出一支箭来撞击放在月球上的苹果。

这样一来，EUV机就可以将晶体管拉入晶圆，晶圆的特征只有5纳米，大约是人的指甲在五秒钟内可以长出的长度。

EUV机器由100,000多个零件组成，成本约为1.2亿美元，并需要以40个货运集装箱装运。目前世界上只有几十台，还有排期长达两年的未交货订单。对于ASML的产能来说，一年拼死也就能生产个三十台。

EUV光刻技术自上世纪八十年代以来一直在发展，但最近两年才开始批量生产。并且能这么做的，仅有来自荷兰的ASML公司。他们专门生产用于芯片制造的光刻机，目前市值超过1500亿美元，远高于IBM，仅略略低于特斯拉。

其他公司则因为技术限制，只能生产效益相对较低的老一代光刻机，无法使用EUV，而是以DUV或者UV为主。例如尼康、佳能，德国SUSS和位于我国上海的SMEE等，研制的光刻机都属于是投影式中端产品，分辨率通常在数微米以上。

幸而SMEE具有近二十年的丰富经验，还有过硬的专业知识以及对技术的极端渴求，令我们可以信心满满。果然，好消息不断传来。根据近期各方报道的消息，目前SMEE最先进的光刻机制程已达到90nm。这条有着明确目标的技术之路，我们总能真正走到想要去的地方。