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文、編輯/許晨淵的書房
在如今科技時代，科學技術是第一生産力，各個國家之間的競争早就不是單純的經濟實力比拼，而更多是高端技術領域的較量，俗話說擁有技術就擁有了人類發展的未來。
在第二次世界大戰中，美國率先研制出的原子彈不僅縮短了整個戰争的時間，更是深刻地改變了人類命運的走向，而在此之後，蘇聯、中國等其他國家也紛紛加入到了原子核能的探索行列。
而今天我們要介紹的這項技術，它甚至被評為比制造原子彈難度還要大，而在全球範圍内也僅僅隻有兩個國家真正掌握了其核心技術，它就是晶片制造業中的高端光刻機。
一、光刻機
什麼是光刻機，初聽這個名字，會很容易聯想到光碟播放器這類的電子産品，但是光刻機其實是半導體晶片制造中的一項技術。
半導體晶片的研制過程可以概括為設計、制造和封測三個環節，晶片的設計要遵循應用目的和邏輯進行制定，同時制造的過程要層層篩選和檢測，以便符合最後封測的标準，環節之間形成了緊密的閉環。
而光刻是制造環節中的一個步驟，幫助将設計好的晶片電路圖實作從掩模上到矽片上的轉移，也是最為複雜精密的核心步驟，因為要将目标電路圖精确無誤地複刻到矽片上不僅需要科研人員的參與，更需要機器嚴絲合縫地配合。
整個晶片制造環節都離不開光刻技術，可以說其作用就好像工廠中的房間中的車床，整個過程耗時長，通常一次晶片生産需要進行大約三十次的光刻，占了總時長的一半以上，而與之相應的成本也很高，占了總成本的百分之三十五以上。
而光刻技術簡單來說，就是要将晶片的線路和各個功能進行分割區分，光刻機發出的光，通過不同形狀的光照，對已經塗上光刻膠的薄片進行曝光處理，曝光後的光刻膠會是以發生質的變化，使得光罩的圖形轉印到薄片上，這就讓薄片成為了新的電子線路圖。
整個原理就相當于照相機，隻是照片是在底片上成像，而光刻機刻的不是拍的照片，而是設計好的各種電子元件的電路圖。
如今的光刻技術從廣義上也分為兩種工藝，第一種是傳統的光影印工藝，也就是利用曝光系統将已經在掩模上制作好的電路圖轉移到晶體表面上面。
另一種被稱為刻蝕工藝，主要是利用化學和實體方式，把曝光所形成的抗蝕劑圖案從晶體表面和媒體層上轉移到下層的器件層上，這也被稱為腐蝕工藝，就是将沒有被抗蝕劑遮蔽的部分去除掉。
我們剛才提到整個世界範圍内，真正掌握光刻技術的國家也隻有兩個，那就是日本和荷蘭，下面就來介紹一下光刻機技術的發展曆史。
二、光刻機的發展曆程
光刻技術的起源大概是從上世紀五十年代末開始，最初是用于內建電路模版制造，但随着半導體工業的迅猛發展，光刻技術就遠遠超出了最初的功能，成為了晶片制造的最重要環節。
進入六十年代後，人類進入了內建電路時代，那個時候的半導體的設計工作沒有如今的計算機軟體可以依靠，隻能人工繪圖，工程師們首先用筆繪制好電路圖然後用專用的刀片在母版上一點點雕刻出來，最後還要用相機進行縮小，整個過程十分繁複。
由于這種接觸式的光刻機成本極高和而成功率很低，是以早期的晶片價格也十分高昂，同時為了提高生産效率和對成本的考慮，工程師們也對這項技術不斷進行改造，先後發明了漸進式光刻機，但由于光的衍射效應，光刻的精确度也受到了影響。
到了1970年左右，日本的光刻機登場了，佳能公司釋出了日本第一台光刻機，這對于整個半導體領域來說都是一個新的開始，從此之後，光刻機也從接觸漸進式進入了投影式時代。
整個八十年代，光刻機市場上都是日本和美國的競争，而如今全球最大的光刻機廠商寶座早就被荷蘭ASML公司穩坐，其生産的晶片和其他電子元件被譽為“半導體工業的明珠”，占據了整個半導體行業百分之九十以上的份額，可謂是一家獨大。
提到ASML，就不得不說其研發的EUV光刻機，這是曆經二十年的探索，研發的世界上第一台極紫外光光刻機，顧名思義，就是利用波長為10—14納米的極紫外光作為光源進行光刻的技術。
在這之前，光刻機采用的光源是波長193納米的深紫外光，也被稱為DUV，相較之下EUV就大大縮短了光源，波長短得多，更加難以捕捉。
同時也需要相應更精密的雷射技術進行激發，具體來說們就是需要用高功率的二氧化碳雷射對一個體積極其微小的金屬小球進行沖擊，如果要穩定的産生出極深紫外光，就需要每秒鐘轟擊小球5萬次，難度可相知。
而除此之外，光刻機的在制造生産中面對的挑戰絕不隻有這一點，除此之外還有兩大技術難題，那就是如何收集極深紫外光呢？那就要提到反射系統和蝕刻工作台系統了。
關于反射系統，就意味着需要能夠實作高效反射的鏡片，在全球範圍，隻有德國的蔡司公司能夠生産出這套系統，相信對攝影有一定了解的讀者肯定聽過蔡司的大名，其制作的相機鏡頭被譽為最好的鏡頭之一，但生産EUV的鏡頭和生産相機鏡頭又大不相同。
反射系統主要依靠多層膜反射鏡，還要進行高精度的非球面加工，然後進行離子束抛光等，最終才能得到一塊絕對平滑的反射鏡片，蔡司公司對于精确度和平整度的比喻就是，這枚鏡片如果放大到整個德國的面積，其起伏程度也不會超過0.1毫米，完全是極限中的極限。
有了反射系統之後，就要在指甲大小的矽片上進行線路圖繪制，雕刻出成千上億的半導體了，這就要求一個極其精密的工作台系統，
整個工作台由五萬五千多個極高精密的零件組成，這些零件并不是由一家公司提供，而是來自于美國、德國、日本、中國、南韓等各個國家的專利，但凡少了一個都無法順利進行制作。
這就是目前世界上最頂尖的光刻機的制作生産難度，其實在1997年，英特爾公司和美國的能源部就已經通過合作投資，開始進行EUV的研制了，在長達六年的研制中，已經掌握了這項技術的核心内容，但是雙方在當時考慮到收益不可觀，并沒有自己研制光刻機的戰略打算，于是就把專利授權給了外國公司。
三、擁有高端光刻機核心技術的ASML公司
而拿到核心技術授權的公司就是荷蘭的ASML公司，它在2010年生産出了原型後，又經過多年的調整測試，在2019年正式研制出一台可以投入批量生産的EUV光刻機，走到這一步總共用了二十二年。
光刻技術的難度之大也展現在，需要的人力物力消耗之大，要想進行研發，需要大概三萬名相關研究人員通力合作，這些人才還必須是已經長期在半導體領域進行研究的人才，這對于國家的人才培養和引進來說，是一個非常大挑戰。
對于中國來說，目前想要突破在光刻技術上的壁壘，就需要考慮到上述提到的種種問題，在技術層面上來說，目前的全球化程序也是一個很好的機遇，可以通過合作實作科技成果和人才的共享，畢竟想要實作自主研發出頂尖的光刻機的可能性是非常低的。
而中國作為世界的生産大國，在半導體工業上也扮演了重要的角色，根據相關資料顯示，中國大陸地區已經從荷蘭ASML公司購入了上千台光刻機，中國也是其公司的第三大海外市場，并且随着中國制造業的發展，對于光刻機需求也隻會不斷增加。
是以，面對不斷增加的需求，大陸也需要從保證國家經濟安全和技術自主的層面進行考慮，加快對于高端半導體生産技術的探索。
因為半導體技術如今已經滲透到了生産、生活的方方面面，小到人們使用的智能手機和筆記本電腦，都離不開晶片的支撐。
而在網際網路時代，這些科技産品又和防安全緊緊聯系在一起，是以盡快地掌握光刻技術從這層面來說也是至關重要的。
科學技術的制造是一個漫長的探索過程，我們國家雖然目前在光刻機的制造上還沒有突破最關鍵的技術壁壘，但是通過全球合作和自主研發協同并進，相信要實作追趕并不是遙不可及的事情。
況且，掌握這項技術不僅僅隻是一種國際上的技術展示和炫耀，更是中國作為一個世界大國對人類智慧和未來的一種責任和擔當，我們期待有更多的科學家和科研人員加入大陸半導體研究行業，推動國家科學事業邁向更美好的前景。