什么是光刻机？光刻机对于我国半导体产业有什么影响？
光刻机一直都是工业半导体产业之上的明珠，很多人成为现代工业的王冠。未来我们该怎样寻求突破？光刻机到底是什么你知道吗？
最顶级的光刻机技术一直都把持在荷兰的ASML公司手中，他们与西方各国长期把持这项技术，限制着世界各国发展半导体，因为光刻机技术被称为半导体产业上的工业皇冠，把控这项技术，就意味着可以长期被不断的去掌控非核心合作国家的半导体命脉，为他们创造巨大利益的同时，也限制这些国家的技术壁垒突破的难度，很不幸我们国家就是长期被禁止购买最先进的国家之一，甚至美国用这个手段在今天也开始卡华为的脖子。
那么什么是光刻机呢？
光刻机（Mask Aligner) 又名：掩模对准曝光机，曝光系统，光刻系统等，是制造芯片的核心装备。它采用类似照片冲印的技术，把掩膜版上的精细图形通过光线的曝光印制到硅片上。
光刻机一般根据操作的简便性分为三种，手动、半自动、全自动
A 手动：指的是对准的调节方式，是通过手调旋钮改变它的X轴，Y轴和thita角度来完成对准，对准精度可想而知不高了；
B 半自动：指的是对准可以通过电动轴根据CCD的进行定位调谐；
C 自动： 指的是 从基板的上载下载，曝光时长和循环都是通过程序控制，自动光刻机主要是满足工厂对于处理量的需要。
紫外光源是什么？
曝光系统最核心的部件之一是紫外光源。
常见光源分为:
可见光：g线：436nm
紫外光（UV），i线：365nm
深紫外光（DUV）,KrF 准分子激光：248 nm, ArF 准分子激光：193 nm
极紫外光（EUV），10 ~ 15 nm
对光源系统的要求
a.有适当的波长。波长越短，可曝光的特征尺寸就越小；[波长越短，就表示光刻的刀锋越锋利，刻蚀对于精度控制要求越高。]
b.有足够的能量。能量越大，曝光时间就越短；
c.曝光能量必须均匀地分布在曝光区。[一般采用光的均匀度 或者叫 不均匀度 光的平行度等概念来衡量光是否均匀分布]
常用的紫外光光源是高压弧光灯（高压汞灯），高压汞灯有许多尖锐的光谱线，经过滤光后使用其中的g 线（436 nm）或i 线（365 nm）。
对于波长更短的深紫外光光源，可以使用准分子激光。例如KrF 准分子激光（248 nm）、ArF 准分子激光（193 nm）和F2准分子激光（157 nm）等。
曝光系统的功能主要有：平滑衍射效应、实现均匀照明、滤光和冷光处理、实现强光照明和光强调节等。
对准系统又是什么？
制造高精度的对准系统需要具有近乎完美的精密机械工艺，这也是国产光刻机望尘莫及的技术难点之一，许多美国德国品牌光刻机具有特殊专利的机械工艺设计。例如Mycro N&Q光刻机采用的全气动轴承设计专利技术，有效避免轴承机械摩擦所带来的工艺误差。
对准系统另外一个技术难题就是对准显微镜。为了增强显微镜的视场，许多高端的光刻机，采用了LED照明。
对准系统共有两套，具备调焦功能。主要就是由双目双视场对准显微镜主体、目镜和物镜各1对（光刻机通常会提供不同放大倍率的目镜和物镜供用户组合使用）。
CCD对准系统作用是将掩模和样片的对准标记放大并成像于监视器上。
工件台顾名思义就是放工件的平台，光刻工艺最主要的工件就是掩模和基片。
工件台为光刻机的一个关键，由掩模样片整体运动台（XY）、掩模样片相对运动台（XY）、转动台、样片调平机构、样片调焦机构、承片台、掩模夹、抽拉掩模台组成。
其中，样片调平机构包括球座和半球。调平过程中首先对球座和半球通上压力空气，再通过调焦手轮，使球座、半球、样片向上运动，使样片与掩模相靠而找平样片，然后对二位三通电磁阀将球座和半球切换为真空进行锁紧而保持调平状态。
样片调焦机构由调焦手轮、杠杆机构和上升直线导轨等组成，调平上升过程初步调焦，调平完成锁紧球气浮后，样片和掩模之间会产生一定的间隙，因此必须进行微调焦。另一方面，调平完成进行对准，必须分离一定的对准间隙，也需要进行微调焦。
抽拉掩模台主要用于快速上下片，由燕尾导轨、定位挡块和锁紧手轮组成。
承片台和掩模夹是根据不同的样片和掩模尺寸而进行设计的。
有什么性能指标？
光刻机的主要性能指标有：支持基片的尺寸范围，分辨率、对准精度、曝光方式、光源波长、光强均匀性、生产效率等。
分辨率是对光刻工艺加工可以达到的最细线条精度的一种描述方式。光刻的分辨率受受光源衍射的限制,所以与光源、光刻系统、光刻胶和工艺等各方面的限制。
对准精度是在多层曝光时层间图案的定位精度。
曝光方式分为接触接近式、投影式和直写式。
曝光光源波长分为紫外、深紫外和极紫外区域，光源有汞灯，准分子激光器等。
ABM光刻机分析图
那么光刻机到底有多少种呢？
a.接触式曝光（Contact Printing）：掩膜板直接与光刻胶层接触。曝光出来的图形与掩膜板上的图形分辨率相当，设备简单。接触式，根据施加力量的方式不同又分为：软接触，硬接触和真空接触。
1.软接触 就是把基片通过托盘吸附住（类似于匀胶机的基片放置方式），掩膜盖在基片上面；
2.硬接触 是将基片通过一个气压（氮气），往上顶，使之与掩膜接触；
3.真空接触 是在掩膜和基片中间抽气，使之更加好的贴合（想一想把被子抽真空放置的方式）
软<硬<真空 接触的越紧密，分辨率越高，当然接触的越紧密，掩膜和材料的损伤就越大。
缺点：光刻胶污染掩膜板；掩膜板的磨损，容易损坏,寿命很低（只能使用5～25次）；容易累积缺陷；上个世纪七十年代的工业水准，已经逐渐被接近式曝光方式所淘汰了，国产光刻机均为接触式曝光，国产光刻机的开发机构无法提供工艺要求更高的非接触式曝光的产品化。
b.接近式曝光（Proximity Printing）:掩膜板与光刻胶基底层保留一个微小的缝隙（Gap），Gap大约为0～200μm。可以有效避免与光刻胶直接接触而引起的掩膜板损伤，使掩膜和光刻胶基底能耐久使用；掩模寿命长（可提高10 倍以上），图形缺陷少。接近式在现代光刻工艺中应用最为广泛。
c.投影式曝光（Projection Printing）:在掩膜板与光刻胶之间使用光学系统聚集光实现曝光。一般掩膜板的尺寸会以需要转移图形的4倍制作。优点：提高了分辨率；掩膜板的制作更加容易；掩膜板上的缺陷影响减小。
投影式曝光分类：
扫描投影曝光（Scanning Project Printing）。70年代末～80年代初，〉1μm工艺；掩膜板1：1，全尺寸；
步进重复投影曝光（Stepping-repeating Project Printing或称作Stepper）。80年代末～90年代，0.35μm（I line）～0.25μm（DUV）。掩膜板缩小比例（4：1），曝光区域（Exposure Field）22×22mm（一次曝光所能覆盖的区域）。增加了棱镜系统的制作难度。
扫描步进投影曝光（Scanning-Stepping Project Printing）。90年代末～至今，用于≤0.18μm工艺。采用6英寸的掩膜板按照4：1的比例曝光，曝光区域（Exposure Field）26×33mm。优点：增大了每次曝光的视场；提供硅片表面不平整的补偿；提高整个硅片的尺寸均匀性。但是，同时因为需要反向运动，增加了机械系统的精度要求。
d. 高精度双面：主要用于中小规模集成电路、半导体元器件、光电子器件、声表面波器件、薄膜电路、电力电子器件的研制和生产。
高精度特制的翻版机构、双视场CCD显微显示系统、多点光源曝光头、真空管路系统、气路系统、直联式无油真空泵、防震工作台等组成。
适用于φ100mm以下，厚度5mm以下的各种基片的对准曝光。
e.高精度单面：针对各大专院校、企业及科研单位，对光刻机使用特性研发的一种高精度光刻机,中小规模集成电路、半导体元器件、光电子器件、声表面波器件的研制和生产。
高精度对准工作台、双目分离视场CCD显微显示系统、曝光头、气动系统、真空管路系统、直联式无油真空泵、防震工作台和附件箱等组成。
解决非圆形基片、碎片和底面不平的基片造成的版片分离不开所引起的版片无法对准的问题。
ASML Twinscan简易工作原理图
那么我们国家现在处于什么水平？
2018年11月29日，国家重大科研装备研制项目“超分辨光刻装备研制”通过验收。该光刻机由中国科学院光电技术研究所研制，光刻分辨力达到22纳米，结合双重曝光技术后，未来还可用于制造10纳米级别的芯片。
近期华为也开启了光刻工艺的人才招聘，这是从侧面说明，我们在光刻机领域急需解决眼前的问题就是最先进的工艺，很多人说我们不可能突破，光刻机是很多国家共同研发出来的结果，单单靠我们中国自己是无法突破的，其实未必，我们有长春光机所先进的EUV紫外技术，我们有很多零部件技术，甚至根据相关领域的朋友透露消息是我们现在差不多掌控了先进光刻机60%-70%以上的技术，我们寻求突破关键技术也只是时间问题，如果不出意外的话短期内10nm技术应该快突破了，那么7-5nm我们也并非不能突破。
华为在未来很可能会被逼迫成全产业性的科技企业，就像三星一样，我相信在艰难中前行的华为，绝对可以突破封锁，用任老的话说：有了方向的华为不惧怕任何困难。
光刻机是科技半导体工业上的王冠，如果我们不寻求突破，就会被一直卡脖子，这不是我们需要的，我们必须要努力克服，让我们的科技半导体产业能顺利发展。如果我们没有自己的光刻机，那么我们整个工业都将发展停滞，光刻机的难题不解决，我们就无法正常复兴。
最后我只想说，没有什么不可能，也没有什么不能做到，相信中国科技界。
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