光刻机到底是什么东西，美国人为什么要限制我们购买？

当今社会中，几乎所有的电子设备，像电脑、手机、汽车、飞机都需要芯片的加持。

芯片是什么，它是怎么制造出来的？

一枚芯片，只不过指甲盖那么大，却能在几十平方毫米的空间里，运行几十亿个晶体管。

想要制造芯片，光刻机是无法绕开的核心设备。利用紫外线除去晶圆表面的保护膜，这个机器就是光刻机。它就是一个成像设备，能把光源照射到设置好的图像，通过成像系统把电路图形精确复制到晶圆上，从而制造出芯片所需的图形和功能区。

原理很简单，关键是需要纳米级别的精确度。就像原子弹爆炸的原理，早就不是什么国家机密，但真正制造出一枚核弹，却不是那么容易的事情。

制造光刻机有哪些困难？

首先是光源问题。

光刻机是用紫外光刻画在晶圆上，这就对光源有了极高的要求。

目前，世界上最先进的光刻机已经做到3纳米。这里的3纳米是指节点技术的关键尺寸，指的是栅极长度（gate length），也就是单个晶体管的长度。这个长度越小，意味着在同样面积的晶圆上可以布置的晶体管越多。栅极的缩小是提升器件开断频率的重要方法之一。频率高了，就意味着芯片跑得更快。据说这样的光刻机可以加工13 纳米线条。我们的头发丝直径大约是 50~70微米，换言之，这种光刻机可以刻画出只有头发丝直径1/5000的线条。

目前世界上最先进的光刻机是荷兰ASML公司生产的极紫外光刻机（EUV）。比起DUV光刻机，它把193nm的短波紫外线替换成了13.5nm的极紫外线，能够把光刻技术扩展到32nm以下的特征尺寸。

而EUV光刻机的光源来自于美国的Cymer，这个13.5nm的极紫外线是从193nm的短波紫外线多次反射之后得到的。道理是这么说的，可做起来太困难了。美国的这家生产EUV光刻机光源的公司是世界上唯一的一家公司，也就是说除了他家，别人都无法生产。

没有光源，光刻机就无法工作。这就是垄断。

其次是反射镜。

反射镜的作用是把模板上的电路图等比例缩小，在硅片上以电路图的形式呈现出来，这是制造芯片的关键元件。

ASML公司EUV光刻机的反射镜来自德国的蔡司。

EUV多层膜反射镜作为光学系统的重要元件，成为了EUV光源的一项关键技术，需实现EUV波段的高反射率。

第三就是工作台的精度。

光刻机的工作台控制了芯片在制造生产中的纹路刻蚀，工作台的移动精度越高，所加工的芯片精度就越高。

ASML公司的EUV光刻机工作台采用的是一种高精度的激光干涉仪，以此进行微动台的位移测量，构建出一个闭环的控制系统，进而实现纳米级的超精密同步运动。

在芯片制造过程中，并不是一次曝光就可以完成的，在制造过程中要经历多次曝光，这也就意味着，在芯片制作过程中要进行多次对准操作。芯片的每个元件之间都只有几纳米的间隔，在这种情况下，掩膜与硅晶圆之间的对准误差都必须控制在几纳米范围内。

ASML公司研发出了双工作台，在一个工作台完成扫描曝光的同时，另一个工作台也可以同时进行对准、调焦、下片等操作。

最后就是耗电问题。

EUV光刻机耗电非常高，它需要把整个工作环境都抽成真空以避免灰尘。EUV光刻机运行中每小时耗电至少150度。这比挖比特币还要费电！

我们自己的光刻机做到了什么水平呢？

ASML的EUV光刻机已能用13.5nm极紫外光制程7nm、甚至3nm的芯片。我国主要还是采用深紫外光的193nm制程工艺，能做26nm的芯片。据报道，上海微电子公司已经攻克了14nm光刻机，尽快还达不到国际最先进的光刻机水平，但是在手机、汽车等民用领域，以及武器装备用的芯片上，我们已经可以自给自足。

与ASML的EUV光刻机相比，我们就像是拿着一把盒尺，想要测量国际米原器的精度一样。不打破技术壁垒，难度之大，可想而知。

美国人为了遏制我们在半导体领域的发展，不但限制ASML出口给中国EUV光刻机，就连采用深紫外光的DUV光刻机都限制对我国出口。ASML公司在EUV光刻机光源的供货上受制于美国，只好停止为我国供货，但它的销售额锐减，损失很大。这次虽然喊出来为我们供货，却只是恢复DUV光刻机的出口，最好再硬气一点，直接加上EUV光刻机，看看美国人还怎么指手画脚？