法妞问答2024年10月13日发布:瞰天下｜光刻机：中国曾经站在世界“第一方阵”，有望再登高峰

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据新华社报道，7月1日，针对近日荷兰宣布将部分光刻机等半导体相关产品纳入出口管制，中国商务部新闻发言人回应称，近几个月以来，中荷双方就半导体出口管制问题开展了多层级、多频次的沟通磋商。但荷方最终仍将相关半导体设备列管，中方对此表示不满。

作为一种用于制造集成电路芯片的设备，光刻机对我国的重要作用是不言而喻的：

• 光刻机决定了芯片的集成度、性能和功耗，是芯片制造的关键步骤，也是芯片制造成本的主要组成部分。

• 光刻机可以用于设计平面和复杂的3D结构，实现计算机成像、3D切割加工、3D扫描、建模和测试等多种应用，提高加工效率和质量。

• 光刻机可以推动半导体、微电子、光电子、纳米技术等相关领域的发展，促进科技创新和产业升级。

光刻机的工作原理是利用光线将掩模上的图案转移到硅片上，并通过化学反应形成微小的结构，主要包括以下几个步骤：

• 准备工作：将硅片放置在平台上，并通过自动对位系统对硅片进行定位和对位。

• 涂覆光刻胶：将光刻胶涂覆在硅片表面，以形成一个光敏感的薄层。

• 对位：通过自动对位系统将掩模和硅片对准，以确保图形的正确投影。

• 曝光：通过光学系统将掩模上的图形投影到硅片上，并使用紫外线或其他波长的光线照射硅片表面，使光刻胶发生化学变化。

• 显影：通过化学反应将硅片表面的光刻胶进行溶解或交联，从而形成微小的结构。

• 清洗：将硅片表面的显影剂和光刻胶残留物清洗干净，以准备下一次曝光或刻蚀。

上述步骤说起来轻松，但真正实施起来背后需要极其复杂精妙的科学技术和相关产品作支撑。据报道，一台光刻机包含了光学系统、微电子系统、计算机系统、精密机械系统和控制系统等构件，这些构件都使用了当今科技发展的尖端技术。其主要技术难题包括：光源、物镜、对准、光刻胶等。

目前世界上没有任何一个国家能够独立制造出光刻机。光刻机的各个部件和技术涉及多个国家和地区，例如光源技术是美国的、光学设备是日本的、轴承是瑞典的、阀件是法国的、机械工艺和蔡司镜头是德国的、制造技术则是来自台积电和三星等。这些技术都被相关国家牢牢掌握在手中，绝不肯轻易示人，甚至你重金购买其专利产品都有严格限制条款，比如，不得出口至某些国家等。

众所周知，目前光刻机制造技术最发达的国家是荷兰和美国。荷兰的ASML公司是全球最大的光刻机制造商，占据了全球80%的市场份额，尤其是在EUV（极紫外）光刻机方面，几乎处于垄断地位。美国的Cymer公司是全球唯一能够提供EUV光源的公司，也是ASML的重要合作伙伴。除了荷兰和美国之外，日本和德国也有一定的光刻机技术，但不如前两者先进。

值得一提的是，中国在光刻机技术方面曾经站在世界“第一方阵”。

1965年，中国科学院研制出了65型接触式光刻机。接触式光刻机是最早的一种光刻方式，它是将掩模和晶圆紧密接触，然后用可见光或紫外光进行曝光。其优点是简单、便宜，缺点是分辨率低、易损坏掩模和晶圆。

1970年代，中国科学院开始研制计算机辅助光刻掩模工艺。1980年，清华大学研制第四代分步式投影光刻机获得成功，光刻精度达到3微米，接近国际主流水平。1981年，中国科学院半导体所研制成功JK-1型半自动接近式光刻机。1982年，科学院109厂制造出当时世界上较为先进的KHA-75-1光刻机。1985年，机电部45所研制出了分步光刻机样机，这是中国第一台分步投影式光刻机，中国在分步光刻机上与国外的差距不超过7年。

但是此后，我国开始从国外购买光刻机产品，且性价比远高于自我研发。由此，我国光刻技术的自主研发和产业化开始停滞不前。到上世纪九十年代，我国光刻机光源已被卡在193纳米无法进步长达20年，而荷兰的ASML和中国台湾的台积电则迅速崛起，傲视群雄。

实事求是地说，眼下我国的光刻机技术与最先进的光刻机技术相比，还有很大的差距。我国目前能够自主研发的光刻机只能达到90nm的工艺水平，而最先进的EUV光刻机已经可以实现7nm甚至5nm的工艺水平。我国在光刻机方面面临着多方面的挑战，包括零部件、材料、软件、调试、冷却等方面。我国急需加强科技创新和产业升级，突破关键技术和瓶颈，才能实现光刻机领域的弯道超车。

我们相信，只要各方共同努力，中国光刻机再次登上科技巅峰的时刻会再次到来。

（据新华网、央视、知乎等整理报道）

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