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光刻机|光刻机界的“独孤求败”是怎样炼成的？( 二 )


4 光刻机精度要达到飞机之间穿针引线
中国科学院上海光学精密机械研究所王向朝研究员 ， 曾经指出光刻机是大系统、高精尖技术与工程极限高度融合的结晶 ， 并且有一个生动的比喻：
“光刻机工作时 ， 需要工件台和掩模台在高速运动过程中始终保持几纳米的同步精度 。 比如浸液式光刻机 ， 工件台的运动速度可达1m/s ， 两个台子的同步运动误差的平均值需要控制到1纳米 ， 相当于人类头发丝直径的几万分之一 ， 这相当于两架时速1000千米的飞机同步飞行 ， 两架飞机相对位置偏差的平均值要控制到0.3微米以内 。 这个难度 ， 应该是远高于两架超音速飞机同步飞行的时候 ， 从一架飞机中伸出的缝衣服用的线能够准确穿进另一架飞机上的针孔的难度 ， 如此高的难度使得光刻机的工件台/掩模台系统被誉为超精密机械技术的最高峰” 。
光刻机|光刻机界的“独孤求败”是怎样炼成的？
光刻机是超复杂超精密的系统
光刻机其他部件和分系统 ， 比如投影物镜、控制系统、材料洁净度、设备真空度、数据处理等也都需要做到工程极限 ， 可想而知 ， 研制的难度有多大 。
5 光刻机赛道是一场接力赛
光刻机赛道其实是一场比赛 ， 很像奥运会的长跑接力 。 美国、日本、德国等国家工业实力和综合国力虽然地表最强 ， 但也不可能包揽全部比赛的金牌 。 而且 ， 即使单个队员实力超群 ， 也不意味着在接力赛中能够跑出来最终胜出 ， 因为比的是团队（系统）的战绩 ， 这就是前面说的“大系统”的概念 。
光刻机技术不断发展向前 ， 某个国家只要中间有一棒没跑好 ， 后面就很可能掉队而跟不上了 。 比如 ， 2000年之后 ， 世界上的高端光刻机公司 ， 就只有日本的尼康、佳能以及荷兰的阿斯麦 ， 当技术发展到双工件台的时候 ， 由于技术跟不上 ， 佳能就退出了 ， 到了EUV浸液式光刻机的时候 ， 尼康也慢慢跟不上了 ， 于是世界上就只剩下唯一的阿斯麦 ， 成为光刻机界的“独孤求败” 。
光刻机|光刻机界的“独孤求败”是怎样炼成的？
日本尼康的光刻机
由于阿斯麦公司的技术和市场不断取得突破 ， 因此 ， 在荷兰和美国纳斯达克上市的阿斯麦 ， 其股价也是一路上扬 ， 过去10年涨幅大约为13倍 ， 近几年毛利率超过40% ， 目前市值约1627亿美元 。
光刻机|光刻机界的“独孤求败”是怎样炼成的？
阿斯麦公司的股票走势
6 研制顶尖光刻机就像挑战运动极限
【光刻机|光刻机界的“独孤求败”是怎样炼成的？】研制高端光刻机 ， 如同人类去挑战某项运动的极限 。 如果只靠一家公司、一个国家的力量 ， 那么它所能达到的高度 ， 是比较有限的 ， 而不同国家顶尖技术的集合 ， 能够实现的高度 ， 才是人类一段时期内的真正极限 。
阿斯麦公司的英文全称是“先进的半导体材料光刻” ， 它就像携带全人类的大量顶尖技术去挑战极限一样 ， 它只做高端光刻机整机设计和整机集成 ， 各单项的技术 ， 则分别交给美国的、日本的、德国的等其他国家最顶级的供应商来做 ， 比如光学系统 ， 是德国蔡司帮助他们挑战极限 ， 阿斯麦则聚焦在聚合优化这些顶尖技术 ， 使得造出来的光刻机不仅是部件最优 ， 也是全局最优 ， 达到机器的性能极限 。
光刻机|光刻机界的“独孤求败”是怎样炼成的？
阿斯麦的Logo是个对准标记 ， 含义简明又意味深长
7 中外光刻机的差距就像吃馒头
中外光刻机的差距 ， 就像前一段时间悟理哥所说中外工业气体纯度的差距一样 ， 国外电子气体的纯度可以达到6个9到9个9 ， 而国内普遍还在5个9的水平 。 也就是 ， 道理都懂 ， 技术也有 ， 但就是没做到那个人家那个程度 ， 好比磨玻璃或者磨刀 ， 你就是磨得没人家平整、光滑、锋利 ， 因此我们能生产的 ， 只是相对低端的东西 。 其实 ， 不光工业气体和光刻机领域 ， 很多产业都是如此 。
总之 ， 光刻机是个复杂的系统工程 ， 既涉及到高精尖技术 ， 还把高精尖技术做到工程极限 ， 必须要一点一滴细磨慢抠工艺 ， 而很多技术经验的积累往往需要一个过程 ， 所要经历的发展阶段可以被压缩 ， 但难以被逾越 。
就好像吃馒头 ， 荷兰已经吃到第三个 ， 而我们 ， 毕竟不能直接去吃那第三个 。
参考文献
王向朝 ， 戴凤钊 ， 集成电路与光刻机 ， 科学出版社 ， 2020年8月
www.opticsjournal.net/Post/Details/PT200805000187mSpVr
本文经授权转载自微信公众号“科技金眼” 。


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