半導(dǎo)體制造工藝復(fù)雜，制造一顆芯片要經(jīng)過(guò)很多的工序,，每一個(gè)工序都有核心的技術(shù)，光刻也是其中之一，光刻機(jī)是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中重要的設(shè)備。芯片制造可以用點(diǎn)石成金來(lái)形容,，從最初的硅晶片到芯片價(jià)值可以翻12倍。當(dāng)原材料加工成晶圓后,，將感光材料覆蓋在晶圓上,，利用光刻機(jī)光線的反射將復(fù)雜的電路圖復(fù)制到感光材料上，再用刻蝕機(jī)將暴露出來(lái)多余的硅片刻蝕掉,。經(jīng)過(guò)離子注入其它復(fù)雜的工藝便有了半導(dǎo)體的特性,，最后進(jìn)行測(cè)試，分割,，封裝完成成品芯片,。這些流程中，光刻機(jī)起到了很重要的作用,。
以便大家更直觀地了解光刻,，我們?cè)僖匀粘Ｉ钪械某Ｒ?jiàn)事物為例：LED燈是節(jié)能環(huán)保的綠色能源，它正是利用光刻機(jī)加工出的微納結(jié)構(gòu)（P,、N結(jié)）實(shí)現(xiàn)發(fā)光,；電視,、手機(jī),、電腦之所以能夠顯示各種圖像,，是源于光刻機(jī)在面板內(nèi)部加工出每個(gè)像素對(duì)應(yīng)的多種微納結(jié)構(gòu)；計(jì)算機(jī)更是光刻技術(shù)的集中體現(xiàn),，CPU,、內(nèi)存、主板,、顯卡等都是光刻加工的產(chǎn)物,，正是得益于光刻機(jī)技術(shù)的進(jìn)步（最小加工尺寸減小）,，使得我們的CPU越來(lái)越快,、內(nèi)存越來(lái)越大；汽車之所以知道空調(diào)溫度,、安全帶是否系緊,、車門是否關(guān)好、當(dāng)前車速,、油量等等信息,，正是源于利用光刻技術(shù)所加工的各種微型傳感器；機(jī)器人之所以能夠完成各種復(fù)雜動(dòng)作,，也是利用光刻機(jī)所加工的各種控制芯片,、傳感器，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制,；利用光刻機(jī)加工的納米微針,，能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)痛注射，減輕病人痛苦……光刻機(jī)的應(yīng)用在現(xiàn)代生活中不勝枚舉,。
作為制造芯片的核心裝備,，光刻機(jī)一直是中國(guó)的技術(shù)弱項(xiàng),其技術(shù)水平嚴(yán)重制約著中國(guó)芯片技術(shù)的發(fā)展。荷蘭ASML公司的光刻機(jī)設(shè)備處于世界先進(jìn)水平,，日本光刻設(shè)備大廠（如佳能和尼康）都逐漸被邊緣化,，國(guó)內(nèi)更是還有很大的差距，目前光刻機(jī)設(shè)備82%的市場(chǎng)都被荷蘭ASML公司壟斷,，最先進(jìn)7nm,、5nm工藝的光刻機(jī)設(shè)備也只有ASML公司制造，我國(guó)也有在研發(fā)生產(chǎn)光刻機(jī),，但技術(shù)水平還比較落后,，無(wú)法滿足現(xiàn)代芯片工藝要求。
光刻機(jī)的中外發(fā)展史對(duì)比
中國(guó)的光刻機(jī)研制在70年代后期起步,，初期型號(hào)為接觸式或接近式光刻機(jī),，85年完成第一臺(tái)分步光刻機(jī),，此后技術(shù)一直在推進(jìn)。
1977年,，我國(guó)最早的光刻機(jī)GK-3型半自動(dòng)光刻機(jī)誕生,，JKG-3型光刻機(jī)是當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)較先進(jìn)的制造中大規(guī)模集成電路的光刻設(shè)備，這是一臺(tái)接觸式光刻機(jī),。（吳先升.φ75毫米圓片半自動(dòng)光刻機(jī)[J].半導(dǎo)體設(shè)備,1979(04):24-28.）
1978年,，1445所在GK-3的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了GK-4，把加工圓片直徑從50毫米提高到75毫米,，自動(dòng)化程度有所提高,，但同樣是接觸式光刻機(jī)。
同期,，中科院半導(dǎo)體所開(kāi)始研制JK-1型半自動(dòng)接近式光刻機(jī),，于1981年研制成功兩臺(tái)樣機(jī)。
而美國(guó)在20世紀(jì)50年代就已經(jīng)擁有了接觸式光刻機(jī),，期間相差了二十幾年,。此時(shí)的光刻機(jī)巨頭ASML還沒(méi)有出現(xiàn)（1984年，ASML才誕生）,，日本的尼康和佳能已于60年代末開(kāi)始進(jìn)入這個(gè)領(lǐng)域,。
1979年，機(jī)電部45所開(kāi)展了分步光刻機(jī)的研制,，對(duì)標(biāo)的是美國(guó)的4800DSW,。1985年，研制出了樣機(jī),，通過(guò)電子部技術(shù)鑒定,，認(rèn)為達(dá)到4800DSW的水平。如果資料沒(méi)有錯(cuò)誤,，這應(yīng)當(dāng)是中國(guó)第一臺(tái)分步投影式光刻機(jī),，采用的是436納米G線光源（周得時(shí).為研制我國(guó)自己的分步光刻機(jī)(DSW)而拼搏[J].電子工業(yè)專用設(shè)備,1991(03):30-38.）。按照這個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)算,，中國(guó)在分步光刻機(jī)上與國(guó)外的差距不超過(guò)7年（美國(guó)是1978年）,。
1990年3月，中科院光電所研制的IOE1010G直接分步重復(fù)投影光刻機(jī)樣機(jī)通過(guò)評(píng)議,，工作分辨率1.25微米,，主要技術(shù)指標(biāo)接受美國(guó)GCA8000型的水平，相當(dāng)于國(guó)外80年代中期水平,。
國(guó)家在2000年前后啟動(dòng)了193納米ArF光刻機(jī)項(xiàng)目,。而ASML已經(jīng)開(kāi)始EUV光刻機(jī)的研發(fā)工作，并于2010年研發(fā)出第一臺(tái)EUV原型機(jī)，由三星,、臺(tái)積電,、英特爾共同入股推動(dòng)研發(fā)。這足足落后ASML 20多年,。
中國(guó)目前能生產(chǎn)光刻機(jī)的廠家及技術(shù)現(xiàn)狀
1,、上海微電子裝備有限公司
上海微電成立于2002年3月，鄰近國(guó)家集成電路產(chǎn)業(yè)基地,、國(guó)家半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)基地和國(guó)家863信息安全成果產(chǎn)業(yè)化（東部）基地等多個(gè)國(guó)家級(jí)基地,。該公司自主研發(fā)的600系列光刻機(jī),，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)90nm的量產(chǎn),，目前正在研究65nm的工藝。
上海微電子的封裝光刻機(jī)在市場(chǎng)上的占有率就相當(dāng)?shù)母吡?，尤其在?guó)內(nèi)的市場(chǎng)上,。其后道封裝光刻機(jī)已經(jīng)可以滿足各類先進(jìn)的封裝工藝，且具備向客戶批量供貨的能力,，還出口到了國(guó)外,。上海微電子的芯片后道封裝光刻機(jī)在國(guó)內(nèi)的市占率有80%，在全球的市占率達(dá)40%,。另外,，該公司研制并用于LED制造的投影光刻機(jī)，在市場(chǎng)上的占有率為20%,。
2,、中子科技集團(tuán)公司第四十五研究所國(guó)電
中子科技集團(tuán)公司第四十五研究所國(guó)電，隸屬于中國(guó)電子科技集團(tuán)有限公司,，其在CMP設(shè)備,、濕化學(xué)處理設(shè)備、光刻設(shè)備,、電子圖形印刷設(shè)備,、材料加工設(shè)備和先進(jìn)封裝設(shè)備等領(lǐng)域具有較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。目前,，其光刻設(shè)備已經(jīng)實(shí)現(xiàn)1500nm的量產(chǎn),。
3、合肥芯碩半導(dǎo)體有限公司
合肥芯碩半導(dǎo)體有限公司成立與2006年4月,，是國(guó)內(nèi)首家半導(dǎo)體直寫光刻設(shè)備制造商,。該公司自主研發(fā)的ATD4000，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)最高200nm的量產(chǎn),。
4,、先騰光電科技有限公司
先騰光電成立于2013年4月，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)最高200nm的量產(chǎn),，在2014國(guó)際半導(dǎo)體設(shè)備及材料展覽會(huì)上,，先騰光電亮出了完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的LED光刻機(jī)生產(chǎn)技術(shù),，震驚四座。
5,、無(wú)錫影速半導(dǎo)體科技有限公司
無(wú)錫影速成立與2015年1月,，影速公司是由中科院微電子研究所聯(lián)合業(yè)內(nèi)資深技術(shù)團(tuán)隊(duì)、產(chǎn)業(yè)基金共同發(fā)起成立的專業(yè)微電子裝備高科技企業(yè),。影速公司已成功研制用于半導(dǎo)體領(lǐng)域的激光直寫/制版光刻設(shè)備,、國(guó)際首臺(tái)雙臺(tái)面高速激光直接成像連線設(shè)備（LDI），已經(jīng)實(shí)現(xiàn)最高200nm的量產(chǎn),。
目前我國(guó)能生產(chǎn)光刻機(jī)的企業(yè)有上述5家,，其中最先進(jìn)的是上海微電子裝備有限公司，光刻機(jī)量產(chǎn)的芯片工藝是90納米,。據(jù)業(yè)界傳言,，上海微電子也已經(jīng)在對(duì)65nm制程的前道光刻設(shè)備進(jìn)行研制（目前正在進(jìn)行整機(jī)考核）。光刻機(jī)技術(shù)到了90nm是一個(gè)很關(guān)鍵的臺(tái)階,，設(shè)備制造商一旦邁過(guò)90nm的臺(tái)階,，后面就很容易研制出65nm的光刻設(shè)備，之后再對(duì)65nm的設(shè)備進(jìn)行升級(jí),，就可以研制出45nm的光刻機(jī),。有業(yè)者預(yù)估，上海微電子的光刻機(jī)設(shè)備有望在未來(lái)幾年內(nèi)達(dá)到45nm的水平,。
一臺(tái)“分辨力最高”真能打破國(guó)際壟斷局面,？
在去年年底，11月29日,，由中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所承擔(dān)的超分辨光刻裝備項(xiàng)目在成都通過(guò)驗(yàn)收,，作為項(xiàng)目重要成果之一，中國(guó)科學(xué)家研制成功世界上首臺(tái)分辨力最高的紫外超分辨光刻裝備,，并形成一條全新的納米光學(xué)光刻工藝路線,，具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。據(jù)介紹,，該項(xiàng)目組經(jīng)過(guò)近7年攻關(guān),，突破多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，完成國(guó)際上首臺(tái)分辨力最高的紫外超分辨光刻裝備研制,，單次曝光最高線寬分辨力達(dá)到22納米,。22納米的光刻機(jī)可以刻出來(lái)10納米的芯片。因?yàn)樽贤夤庾钚∈{米,，所以說(shuō)十納米以下都得用多重曝光,。——“結(jié)合雙重曝光技術(shù)后，未來(lái)還可用于制造10納米級(jí)別的芯片”,。
當(dāng)時(shí)央視對(duì)此臺(tái)光刻機(jī)如此報(bào)道：
超分辨光刻裝備項(xiàng)目的順利實(shí)施,，打破了國(guó)外在高端光刻裝備領(lǐng)域的壟斷，為納米光學(xué)加工提供了全新的解決途徑,，也為新一代信息技術(shù),、新材料、生物醫(yī)療等先進(jìn)戰(zhàn)略技術(shù)領(lǐng)域,，基礎(chǔ)前沿和國(guó)防安全提供了核心技術(shù)保障,。
項(xiàng)目副總設(shè)計(jì)師、中科院光電技術(shù)研究所研究員胡松介紹：“第一個(gè)首先表現(xiàn)于我們現(xiàn)在的水平和國(guó)際上已經(jīng)可以達(dá)到持一致的水平,。分辨率的指標(biāo)實(shí)際上也是屬于國(guó)外禁運(yùn)的一個(gè)指標(biāo),，我們這項(xiàng)目出來(lái)之后對(duì)打破禁運(yùn)有很大的幫助?！?/p>
“第二個(gè)如果國(guó)外禁運(yùn)我們也不用怕,，因?yàn)槲覀冞@個(gè)技術(shù)再走下去，我們認(rèn)為可以有保證,。在芯片未來(lái)發(fā)展、下一代光機(jī)電集成芯片或者我們說(shuō)的廣義芯片（研制領(lǐng)域）,，有可能彎道超車走在更前面,。”
然而,，事實(shí)上真的如此嗎,？連日本設(shè)備大廠都逐漸被邊緣化的光刻機(jī)技術(shù)，真的被“7 年”磨一劍的中科院光電追趕上了嗎,？答案：肯定不是真的,。
國(guó)際上首臺(tái)分辨力最高的紫外超分辨光刻裝備的出現(xiàn)，并不意味著中國(guó)的芯片制造立刻就能突飛猛進(jìn),。中科院光電所的這臺(tái)光刻機(jī)還有一定的局限,，據(jù)介紹，目前這個(gè)裝備已制備出一系列納米功能器件,，包括大口徑薄膜鏡,、超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)器、切倫科夫輻射器件,、生化傳感芯片,、超表面成像器件等，驗(yàn)證了該裝備納米功能器件加工能力,，已達(dá)到實(shí)用化水平,。
也就是說(shuō)，目前該裝備主要適合生產(chǎn)制造一些光學(xué)等領(lǐng)域的器件。其工業(yè)之路仍有較長(zhǎng)一段路要走,。這臺(tái)“超分辨光刻”裝備只可應(yīng)用在小批量,、小視場(chǎng)（幾平方毫米）、工藝層少且套刻精度低,、低成品率,、小基片尺寸（4英寸以下）且產(chǎn)率低（每小時(shí)幾片）的一些特殊納米器件加工。但是在看到其線寬分辨率優(yōu)勢(shì)的同時(shí),，同樣需要看到與主流商用的ArF浸沒(méi)式投影光刻機(jī)相比,，其在視場(chǎng)、成品率,、套刻精度及產(chǎn)率上的不同,。所以其工業(yè)之路還比較坎坷。
有網(wǎng)友表示,，以目前的技術(shù)能力,，這臺(tái)設(shè)備只能做周期的線條和點(diǎn)陣，是無(wú)法制作復(fù)雜的IC需要的圖形的,。所以,，無(wú)法撼動(dòng)ASML在IC制造領(lǐng)域分毫的地位。