上世纪中国第一颗原子弹爆炸成功后，世界为之震惊，中国人为之自豪。如今，在岁月洪流的推动下，出现了比原子弹更稀有的东西，那就是光刻机，其制造难度是“地狱级”。
为什么光刻机如此难造？到目前为止，世界上只有两个国家掌握了制造光刻机的主流技术。
那么，到底什么是光刻机？哪两个国家掌握了这项技术？为什么光刻机的制造如此困难？接下来，我们来看看被誉为新时代“神器”的光刻机有什么特别之处。
光刻机的总体结构示意图掩模光刻机的发展历程
随着互联网的普及，人类进入了真正的信息时代，信息时代的关键产业是IT，那么IT的核心是什么呢？
自然是半导体集成电路芯片制造技术，又称微电子技术。
人类高科技的产物——芯片在这项技术中，最重要的是“光刻技术”，因为它的进步可以让摩尔定律不断延伸，可以出现更多的“高端芯片”。
相信大家都有一个感觉，现在的芯片相比以前的芯片，不仅性能有了很大的提升，连“头”都在做减法，秘诀就在于“光刻机”。
光刻机种类示意图与可制造材料有着丰富的兼容性，可以支持纳米尺度的任何几何构型的器件，使得小芯片中的晶体管数量越来越多。
资料显示，自1968年半导体IC从实验室走向工业生产以来，集成度提高了约100亿倍，最小特征尺寸图形的加工线宽度缩小到原来的1/10000左右。
一张小小的芯片就含有几十亿个晶体管当然，作为可以和原子弹制造相提并论的高科技，光刻机的发展也是有长期积累的。因此，根据所用光源的改进和工业创新，光刻机经历了大约“五代产品”。
第一代是接触式掩膜版光刻机，掩膜会和光刻胶直接接触，这样掩膜和衬底都容易损坏。第二代是邻近掩模对准器。虽然掩模和基板之间的缝隙使得这一代的寿命更长，但是成像质量也受到影响，分辨率明显降低。
到了第三代，有了明显的进步，属于扫描投影光刻机。在这种技术下，光学曝光分辨率的提高得到了突破，将光刻技术推向了深亚微米和百纳米水平。
投影式光刻机与照相机的对比示意图至于第四次行走扫描投影光刻机，实现了光刻过程中掩模和硅片的同步移动，再次提升了芯片的“最小工艺”节点。
第五代EUV光刻机是现在各国都在追求的尖端光刻机。因为这个掩模对准器，最小工艺节点已经被推到“极限”。
资料显示，EUV光刻机使用波长为13.5nm的激光等离子体光源作为光刻曝光光源。其波长达到193nm的1/14，几乎逼近物理、材料科学和精密制造的极限，并将最小工艺节点推至7nm。
全球首台EUV光刻机原型说到这，可以看出，光刻机的一路发展，其实就是在挑战“极限”，不断向最小的技术节点靠近。那么，你认为哪两个国家能够拥有如此高超的RD能力，掌握如此核心的技术呢？
很多人第一时间可能会想到美国。毕竟美国一直掌握着很多领域的核心技术。但实际上掌握主流光刻技术的两个国家是荷兰和日本，甚至美国的光刻机也只能依赖进口。
全球光刻机市场格局示意图其中，荷兰阿斯马尔主导高端市场，日本尼康和佳能占据中低端市场的很大份额。那么，打造只允许“两家独大”的光刻机有多难呢？
为什么掩模对准器如此难以制造？
实际上，我们可以用第五代EUV光刻机作为例子来找出为什么光刻机如此难以制造。
首先，EUV光刻机总重180吨，需要几十个集装箱运输。就算运到地方，准备安装调试也要一年时间。可见，光刻机绝对不是大家想象中的“小玩意”。它非常庞大和复杂。
每一个零部件的调试都至关重要目前高端光刻机的制造主要面临几个技术难题。首先是解决“光源”问题。
为了实现更精细的工艺节点，光刻机必须画出直径极小的线，这个初始光源尤为重要。
EUV光刻机使用13.5纳米的远紫外线(EUV)，这是通过短波紫外线的多次反射获得的。而获得这种光的方式，不亚于用乒乓球打苍蝇，每秒要打五万次，而且每次都要打中。
光刻机的工作过程示意图二是工作台的高精度运动，因为要匹配芯片加工的情况，工作台工作时必须保持同步和精确，否则即使光刻技术再精细，也会因为微小的偏差而功亏一篑。此外还有功耗、镜子等高科技问题。这是顺利制造掩模对准器的关键。
当然，技术问题只能算是“小奇才”之一，因为各国在光刻机方面的制造都非常关注，所以随着技术的研发，很多技术问题都会迎刃而解。所以最大的问题在于，就像我们上面说的，光刻机本身就非常庞大复杂，内部零件来自不同的国家和公司，可以算是真正的大杂烩。
光刻机的内部结构精密复杂就荷兰Asmeier公司生产的EUV光刻机来说，这台光刻机有10多万个零件，其中90%的关键设备来自其他国家。公司只负责整机设计和模块集成。
可见，只有核心技术还不足以制造光刻机，因为很多零部件还得进口。在这种情况下，自主制造肯定是极其困难的。
ASML的EUV光刻机简单来说，光刻机是全世界人才努力的产物，原材料来自五湖四海。虽然荷兰、日本在这一领域已经领先，但还不能实现“整机国产化”生产，仍然需要全球上下游产业链的供应和支持。
此外，掩模对准器的高研发费用也是一个关键问题。尤其是在RD和量产初期，上亿美元砸进去就像石头掉进海里，有时候连一声“响”都听不到。
光刻机的研发难度难以想象所以很多国家在权衡利弊后，都选择了直接进口。毕竟自己研发生产太辛苦了。也许当光刻机制造难度降低后，没有掌握核心技术的国家会选择继续研究。
值得一提的是，因为国家间的“政治博弈”，中国的芯片制造领域一直面临很大困难。
虽然近年来国家在光刻机方面非常重视制造，甚至投入了大量资金进行研究，但光刻机在中国真正“落地”还有很长的路要走。
正在研发国产光刻机RD在掩模对准器中的挑战
首先，中国还缺乏高性能的光刻机制造技术。从光刻机的发展可以看出，它对工艺节点的要求越来越高。
高性能光刻机结合了德国蔡司镜头技术，美国控制软件和光源，日本特殊复合材料等等。这些都是我们的缺点。
组件众多的光刻机内部其次，高端光刻胶主要依赖进口。比如12寸硅片的ArF光刻胶完全是进口的。从目前情况来看，日本高端光刻胶份额最大，其中有日立化学公司、东京华英公司、富士胶片公司等。
另外，用于制备光刻机的其他原料也经常短缺，尤其是在政治博弈的背景下，我们国家在这方面总会卡死。
最后，人才短缺的问题。从目前的情况来看，国内的高科技人才比较缺乏，很多人不会选择这个行业，因为半导体企业规模小，待遇低。人才流失极其严重。
国产光刻机的研发之路任重而道远可见，现在造出这种比原子弹还稀有的东西并不容易，尤其是想“自主制造”，肯定需要积累大量的资金，不妨耐心等待。
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