光刻机制造需要哪些材料（光刻机制造需要什么）
光刻机制造需要哪些材料（光刻机制造需要什么）
我国能生产光刻机。只是在技术水平上与国外最先进的有差距。
不过我们一直没放弃努力，现在已经有望缩小差距了。再坚持一下，黎明前的黑暗就会过去。
光刻机是芯片生产的关键设备之一。
芯片生产，需要用到几个最关键的设备：分别是光刻机、刻蚀机、清洗机、等离子注入机。我们都能生产。刻蚀机已经达到世界最顶尖水平。清洗设备和等离子注入也堪用。现在差的就是高精度的光刻机。
光刻机有什么用呢？下面通俗说一下光刻机在芯片生产中的作用。
下面把芯片生产比喻成木匠雕花，可以方便普通人理解。（二者主要是精度差别，材质差别。木匠雕花精度到毫米即可，芯片要到纳米。木匠用木头雕刻，芯片用硅的晶圆雕刻）

芯片生产：
第一步：设计。芯片设计公司进行设计，最后出图。这就像木匠雕花，先由设计师画图。
第二步：备料。芯片的主料是圆晶，就是硅，当然还要用些辅助材料。木匠买来木料等。
第三步：放样。这时要用到光刻机了。要用光刻机把设计好的图纸画到圆晶上。这里要求精度必须和设计精度匹配。如果这一步做不了，后面就只能干瞪眼了。木匠也要放样，根据图纸，在木料上把要雕刻的图样描画好。。
第四步：施工。这时刻蚀机上场。有等离子刻蚀或者化学刻蚀可选。刻蚀时按图施工。这就好比木匠师傅按画好的图案雕刻，使用凿子，刻刀是一样的。施工中要注意保持环境卫生。
第五步：清洗。其实是和施工混合在一起的，边施工边清洗。这就好比木匠雕刻时用毛刷，或者用嘴巴吹木屑。只是芯片要求的清洗超级严格。
第四、第五步要重复多次，具体情况视加工芯片的复杂情况而定。
第六步：封装。施工完毕后要保持住施工成果，隔绝一切可能的伤害，芯片封装要求也很高，要用到离子注入等设备。木匠这环节简单。施工完毕后，现场都清理干净了，弄点清漆把作品保护好。
如果不能用高精度的光刻机放样，是生产不出来高水平的芯片的。光刻机在制造流程中要使用多次，包括最后的封装环节也要用。
下面说说光刻机的市场状况：
现在高等级的光刻机世界上有美国、荷兰、日本三个国家5个公司能生产。分别是荷兰的ASML、日本的Nikon、日本的cannon、美国的ultratech以及我国的上海℡☎联系：电子（SMEE）。
这五家里面，荷兰的ASML一家独大，完全垄断了高精度光刻机。
目前还在追赶的，只有中国，其他几家都放弃了。因为难度太大。
目前ASML的技术是10nm，马上是7nm。
上海℡☎联系：电子的技术是90nm。
我们能买到的最新设备的技术是中芯国际即将投产的生产线1

好消息是2017年，长春光机所承担的国家科技重大专项项目“极紫外光刻关键技术研究”顺利通过验收，这标志着国产22-32 nm设备就要出来了。我们离ASML又近了一步。
近几年来，中国科技行业遭到国外的严重打压，尤其是电子芯片成为我国半导体领域最突出的短板，生产芯片最重要的设备是光刻机，世界上先进的光刻机主要由荷兰一家名为阿斯麦（ASML）的公司制造，市场占有率超过80%，而其中最先进的极紫外光刻机（EUV光刻），全世界只有ASML一家公司能制造。
ASML
ASML虽然是一家荷兰的公司，但是出口光刻机受到西方国家的严格控制，ASML的大股东包括美国因特尔、台湾积体电路制造（台积电）、韩国的三星、荷兰皇家飞利浦电子公司等等，其中因特尔占有股份大约为15%，台积电大约5%。
ASML的股份结构相当复杂，国际上众多大公司参股，使得ASML形成一个庞大的利益共同体，但是ASML受到《瓦森纳协定》的约束，中国也是被该协定限制的国家之一，一些敏感的设备和技术无法出口到中国。
光刻机是当今世界科技领域的集大成者，是人类当前科技的巅峰产物，ASML之所以能制造最先进的光刻机，也是因为特殊的股权结构，使得ASML能汇集当前各项前沿科技，整合各种零部件。
一台光刻机重达几十吨，包含十多万个零部件，每台机器从下单到交付要21个月，单价格超过1亿美元，即便这样买家还是排着长队，数据显示，ASML在2017年交付了12台光刻机，2018年18台，2019年26台，预计2020年达到35台。
电子芯片
第一台电子计算机诞生于1946年，位于美国的宾夕法尼亚大学，当时研究人员使用了18000个电子管，1万多个电阻和电容，6000多个开关，总重量30多吨，启动时功率高达150千瓦，运算能力为每秒5000次。
每秒5000次的计算能力，还远远比不上现在几块钱的掌上计算器，人类科技之所以有这么大的进步，就是因为有了芯片的发明，而芯片的发明者是美国人杰克·基尔比，他在2000年因此获得诺贝尔奖。
杰克·基尔比1947年毕业于美国伊利诺斯大学，然后就职于德州仪器，担任研发工程师，期间产生了一个天才的想法——把所有的元器件弄到一块材料上，并相互连接成电路。
杰克·基尔比很快付诸实践，并开始构思这个电路，然后以硅作为材料，制造出了人类第一个芯片，他把自己的想法告诉公司后，受到了公司的高度重视，次年，杰克·基尔就申请了专利。
利用杰克·基尔比发明的芯片，我们就可以把一台几十吨的计算机“装进”一个指甲盖大小的体积内，而且运算速度大幅提高，功耗大幅降低。
光刻机原理
光刻机的基本原理并不是机密，但其中的零部件不是谁都能制造的，以至于外国人对我们说“即便把光刻机的所有图纸给你们，你们也造不出来光刻机。”
制造芯片首先需要用到的材料就是高纯度硅，然后把硅切片得到晶圆，接下来就是高精度的晶圆加工，也是光刻机中的核心技术。
我们首先在晶圆上涂一层特殊的材料，该材料在光线的照射下会融化蒸发，于是我们使用绘制好图案的透光模板，经过特殊激光照射后，就能在晶圆表层的材料上刻出图案，然后用蚀刻机刻蚀晶圆，分化学刻蚀和电解刻蚀（比如用等离子体冲刷等等），而没有涂感光材料的部分将保留下来。
经过刻蚀后，晶圆表面就留下了很多凹槽，我们向其中选择性地掺入磷等元素，就能形成N型半导体；掺入硼等元素，就能形成P型半导体；掺入铜等元素，就相当于导线；三者按照一定的空间结构结合，就形成了PN结（PN结可以理解为一个开关），大量PN结按照一定方式进行组合，就能完成相应的数学运算。
实际当中，一块芯片的结构是三维的，在一层光刻和蚀刻完成后，需要清洗干净，然后再光刻和刻蚀下一层，这样一直叠加十几二十层，形成了立体的芯片，也就是这么一张小小的芯片，里面包含了数十亿、甚至上百亿个晶体管（晶体管包括二极管、三极管等等），比如华为麒麟990的晶体管数达到了103亿。
ASML生产的EUV光刻机，每小时能雕刻100多块晶圆，每块晶圆又能分割成许多个块芯片。
光刻机的关键技术
物镜制造技术
光刻机的原理并不难，但是要生产其中的零件并不容易，其中最昂贵且最复杂的零件就是投影物镜，由于芯片光刻的尺寸只有几纳米，所以对投影物镜的误差要求极高，一张直径30厘米的物镜，要求起伏误差不超过0.3纳米，相当于地球这么大的球体，要求表面凹凸不能超过10cm。
这样的精度要求，全世界只有德国的蔡司公司能制造，连日本尼康、佳能这样的透镜大厂也做不出来，更不用说中国的公司了。
光源技术
另外，光刻机中的光源也是一项难以攻克的技术难关，对于深紫外光（DUV）刻，使用的光源波长是193nm，这是光刻机中的一个技术分水岭，芯片发展曾经在193纳米光源停滞了十多年的时间，后来浸没技术缩短波长（原理是在表面镀上一层薄薄的水膜，利用光的折射现象，可以缩短光的波长），加上各项技术的改进，最终193nm光源可以把芯片制程推进到28nm，这也是深紫外光刻的极限。
极紫外光刻（EUV）使用波长更短的激光（13.5nm），相对于深紫外光刻，需要重新研发刻蚀材料、光刻胶、刻蚀工艺等等，对精度的要求进一步提高，目前只有荷兰ASML一家公司能制造极紫外光刻机。
而且西方国家对我国的技术打压是非常狠的，比如2009年的时候，中国上海℡☎联系：电子研发出90纳米的光刻机，在2010年西方国家就解除了90纳米以上的光刻机对中国出口的限制，2015年又解除了65纳米光刻机对中国出口的限制，让中国的光刻机技术发展完全失去市场。
在这样的情况下，中国芯片产业的发展举步维艰，光刻机包含的关键技术太多，一时半会我们是绕不过去的；其实中国并不缺乏人才，只不过人才要用到什么领域，需要政策引导才行，想到中国天眼FAST在2018年的一次网上招聘，年薪10万难觅驻地科研人才，让人感慨不已。
光刻机是制造集成电路中非常重要的设备，特别是现在市面上大部分的芯片都是属于电子芯片，当电子芯片的工艺小于一定的尺寸的时候，就必须依靠光刻机在制作芯片，也就是说如果没有光刻机就没有办法制造出顶级的芯片，比如市面上7nm芯片、5nm芯片等都不可能造出。而芯片在生活中是非常重要的，比如电脑、手机等电子产品都少不了。
光刻机的制造难度
光刻机制造难度之大可以用荷兰ASML公司的一句话来表示，对方表示就算把光刻机的图纸拿出来，我们也制造不出光刻机。且不说对方是不是小看了中国制造，从侧面也反映出了光刻机的制作难度之大。因为现在还没有一个国家可以独立的制造出顶级的光刻机，就算是现在行业领先的ASML公司制造出来的光刻机，也是集合了十几个国家的顶尖技术。
一台小小的光刻机上面就有十几万的小零件，而且为了让光刻机可以领先，所有的零部件都是采用了全世界最领先的技术，所以说光刻机从插头、配件等都是选用了其他国家的顶尖技术，这相当于全世界的技术融合在一起才可以制造出顶级的光刻机，而且ASML公司背后有台积电、三星以及英特尔这样顶尖的企业投资支持，也是花了几十年的时间才有今天的成绩。
ASML光刻机
荷兰的ASML光刻机基本上都是供不应求，中国也一直想要购买，但是现在还没有收到货。ASML的光刻机基本上都是内部消化了，毕竟台积电、三星以及英特尔本来就是芯片大户，台积电能够在芯片代工领域有今天的成绩，跟手上有这么多的光刻机也有很大的关系。
第一步：制作光刻掩膜版（Mask Reticle）
芯片设计师将CPU的功能、结构设计图绘制完毕之后，就可将这张包含了CPU功能模块、电路系统等物理结构的“地图”绘制在“印刷母板”上，供批量生产了。这一步骤就是制作光刻掩膜版。
光刻掩膜版：（又称光罩，简称掩膜版），是℡☎联系：纳加工技术常用的光刻工艺所使用的图形母版。由不透明的遮光薄膜在透明基板上形成掩膜图形结构，再通过曝光过程将图形信息转移到产品基片上。（*百度百科）
将设计好的半导体电路”地图“绘制在由玻璃、石英基片、铬层和光刻胶等构成的掩膜版上
光刻掩膜版的立体切片示意图
第二步：晶圆覆膜准备
从砂子到硅碇再到晶圆的制作过程点此查阅，这里不再赘述。将准备好的晶圆（Wafer）扔进光刻机之前，一般通过高温加热方式使其表面产生氧化膜，如使用二氧化硅（覆化）作为光导纤维，便于后续的光刻流程：
第三步：在晶圆上“光刻”电路流程
使用阿斯麦的“大杀器”，将紫外（或极紫外）光通过蔡司的镜片，照在前面准备好的集成电路掩膜版上，将设计师绘制好的“电路图”曝光（光刻）在晶圆上。（见动图）：
上述动图的工作切片层级关系如下：
光刻机照射到部分的光阻会发生相应变化，一般使用显影液将曝光部分祛除
而被光阻覆盖部分以外的氧化膜，则需要通过与气体反应祛除
通过上述显影液、特殊气体祛除无用光阻之后，通过在晶圆表面注入离子激活晶体管使之工作，进而完成半导体元件的全部建设。
做到这里可不算大功告成，这仅仅是错综复杂的集成电路大厦中，普通的一层“楼”而已。完整的集成电路系统中包含多层结构，晶体管、绝缘层、布线层等等：
搭建迷宫大厦一般的复杂集成电路，需要多层结构
因此，在完成一层光刻流程之后，需要把这一阶段制作好的晶圆用绝缘膜覆盖，然后重新涂上光阻，烧制下一层电路结构：
多次重复上述操作之后，芯片的多层结构搭建完毕（下图）：
如果上图看的不太明白，可以看看Intel的CPU芯片结构堆栈图：
当然，我们可以通过高倍显℡☎联系：镜来观察光刻机“烧制”多层晶圆的堆叠情况：
第四步：切蛋糕（晶圆切割）
使用光刻机烧制完毕的晶圆，包含多个芯片（Die），通过一系列检测之后，将健康的个体们切割出来：
从晶圆上将一个个“小方块”（芯片）切割出来
第五步：芯片封装
将切割后的芯片焊
一台光刻机可以制造很少的芯片。相信大多数人都清楚，光刻机的用途是刻字。光刻机是生产手机芯片的重要机器之一。目前，只有少数国家可以生产光刻机，只有荷兰ASML公司可以生产高精度光刻机，而且荷兰ASML公司垄断了全球高精度光刻机80%以上的市场份额。目前，一台光刻机的成本高达上亿美元，而一台光刻机一年的产能最多只有几台，光刻机是目前世界上最尖端的设备技术之一，而一台7纳米的光刻机价格非常昂贵，价格高达1.2亿美元，甚至1.2亿美元的光刻机，也是供不应求。
据悉，华为的麒麟990流片的成本号称高达3000万美元，相当昂贵。不过，经过验证和流片等一系列过程，一旦芯片能够投入试产和量产，整体就会稳定下来。光刻机巨头，目前是ASML，负责全球大部分光刻机的订单。但即便如此，资料显示，ALSM在十年间只生产了57台光刻机。不难看出光刻机对技术的要求有多高。值得注意的是，57台光刻机中的30台被台积电以每台约10亿元人民币的价格售出。换言之，台积电仅在光刻机上就花费了300亿美元。在荷兰的垄断下，10亿台光刻机，当年能生产多少芯片？
据相关数据显示，目前ALSM提供的摄影机的理想产能为每小时200片12英寸晶圆，其中大部分处于理想产能的50%。以华为的9905G芯片为例，其总面积为113.31平方毫米，那么一块12英寸晶圆可以提供约600块原材料，除去一些不好的和质量差的，约500块。因此，如果你看一下，那就是每天50万个芯片，一台平版印刷机一年可以生产大约1.8亿个。因此，价值10亿美元的光刻机是值得的。
光刻机是芯片制造的核心设备之一，按照用途可以分为好几种：有用于生产芯片的光刻机；有用于封装的光刻机；还有用于LED制造领域的投影光刻机。
用于生产芯片的光刻机是中国在半导体设备制造上最大的短板，国内晶圆厂所需的高端光刻机完全依赖进口，本次厦门企业从荷兰进口的光刻机就是用于芯片生产的设备。
二、工作原理
在加工芯片的过程中，光刻机通过一系列的光能量、形状控制手段，将光束透射过画着线路图的掩模，经物镜补偿各种光学误差，将线路图成比例缩小后映射到硅片上，然后使用化学方法显影，得到刻在硅片上的电路图。
一般的光刻工艺要经历硅片表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻胶、软烘、对准曝光、后烘、显影、硬烘、激光刻蚀等工序。经过一次光刻的芯片可以继续涂胶、曝光。越复杂的芯片，线路图的层数越多，也需要更精密的曝光控制过程。
