光刻机为什么那么难？

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近年来，中国科技正带着澎湃动力向前奔跑，并逐渐进入到跟跑、并跑、领跑“三跑并存”的阶段。但我们在充满信心的同时，还应更加清醒和理性。与发达国家相比，我国不少领域关键核心技术受制于人，亟待集中力量奋力攻关。

真正的核心技术靠化缘是要不来的。我们还有多少亟待攻克的关键核心技术，差距在哪，需要从哪些方面突破？本报从今天起，开辟“亟待攻克的核心技术”专栏，就此进行梳理、解读和评析。

指甲盖大小的芯片，密布千万电线，纹丝不乱，需要极端精准的照相机——光刻机。光刻机精度，决定了芯片的上限。高精度光刻机产自ASML、尼康和佳能三家；顶级光刻机由ASML垄断。

“十二五”科技成就展览上，上海微电子装备公司（SMEE）生产的中国最好的光刻机，与中国的大飞机、登月车并列。它的加工精度是90纳米，相当于2004年上市的奔腾四CPU的水准。国外已经做到了十几纳米。

祖传的磨镜手艺

光刻机跟照相机差不多，它的底片，是涂满光敏胶的硅片。电路图案经光刻机，缩微投射到底片，蚀刻掉一部分胶，露出硅面做化学处理。制造芯片，要重复几十遍这个过程。

位于光刻机中心的镜头，由20多块锅底大的镜片串联组成。镜片得高纯度透光材料+高质量抛光。SMEE光刻机使用的镜片，得数万美元一块。

ASML的镜片是蔡司技术打底。镜片材质做到均匀，需几十年到上百年技术积淀。

“同样一个镜片，不同工人去磨，光洁度相差十倍。”SMEE总经理贺荣明说，他在德国看到，抛光镜片的工人，祖孙三代在同一家公司的同一个职位。

另外，光刻机需要体积小，但功率高而稳定的光源。ASML的顶尖光刻机，使用波长短的极紫外光，光学系统极复杂。

3万个机械件都要可靠

有顶级的镜头和光源，没极致的机械精度，也是白搭。光刻机里有两个同步运动的工件台，一个载底片，一个载胶片。两者需始终同步，误差在2纳米以下。两个工作台由静到动，加速度跟导弹发射差不多。

贺荣明说：“相当于两架大飞机从起飞到降落，始终齐头并进。一架飞机上伸出一把刀，在另一架飞机的米粒上刻字，不能刻坏了。”

而且，温湿度和空气压力变化会影响对焦。“机器内部温度的变化要控制在千分之五度，得有合适的冷却方法，精准的测温传感器。”贺荣明说。

SMEE最好的光刻机，包含13个分系统，3万个机械件，200多个传感器，每一个都要稳定。像欧洲冠军杯决赛，任何一个人发挥失常就要输球。

图纸不是关键

2002年SMEE成立，是中国政府为了填补光刻机空白而立项。贺荣明去德国考察时，有工程师告诉他：“给你们全套图纸，也做不出来。”贺荣明几年后理解了这句话。

并不是说图纸不重要，贺荣明说，如何将系统的误差分配到子系统，设计有高下之分。但顶级光刻机也需要细节上的技术洁癖。“一根光纤，一行软件编码，一个小动作，如果不兢兢业业做好，整个系统就不优秀。”贺荣明说。

“发展光刻机，需要高素质的人群。所以我们做来做去，做最多的是培养人，改变人。”贺荣明说，这需要他们用五十年一百年的长远眼光去做事情，而不是期望几个月解决问题。

如今SMEE每年增加数百项专利，活得很好，以中低端市场支持高端研发。而国际巨头仍在前进，发展浸没式光刻机（光在水中波长更短）、磁悬浮驱动（减少工作面震动）、反射镜代替透镜技术、真空腔体的极紫外光学系统……

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