提到芯片想必大家都不陌生，但是可能很少人知道芯片的生产设备---光刻机。光刻机，被称为现代光学工业之花，制造难度非常大，全世界只有少数几家公司能够制造。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，而且我国还是全球最大的芯片消费国，国内晶圆厂所需的高端光刻机完全依赖进口。
在能够制造机器的这几家公司中，尤其以荷兰（ASML）技术最为先进。价格也最为高昂。光刻机的技术门槛极高，堪称人类智慧集大成的产物。
荷兰ASML公司 (全称: Advanced Semiconductor Material Lithography, 目前该全称已不做为公司标识使用，公司的注册标识为ASML Holding N.V)，中文名称为阿斯麦(中国大陆)、艾司摩尔(中国台湾)。是总部设在荷兰Veldhoven的全球最大的半导体设备制造商之一，向全球复杂集成电路生产企业提供领先的综合性关键设备。目前荷兰ASML垄断着全球高端光科技80%以上的份额，至于7纳米光刻机，那基本上是100%垄断。正因为技术全球领先，而且处于垄断地位，所以目前一台7纳米光刻机的价格是非常昂贵的，其价格达到了1.2亿美元，但即便光刻机的售价非常昂贵，目前仍然供不应求，有些厂家即便给到更高的价格也不一定能买到，因为7nm光刻机每年的出货量也就十几二十台，这些生产出来的光刻机还优先提供给ASMl的合作伙伴以及股东。
光刻机的制造研发并不是某一个企业能够单独完成的，这里面涉及的技术非常复杂，需要很多顶尖的企业相互配合才可以完成，比如荷兰asml作为目前全球最顶尖的光刻机制造商，是全球唯一能够生产出7nm光刻机的企业，但是asml也需要美国企业提供光源设备，需要德国蔡司提供光学设备，此外还有来自英特尔，台积电，三星，海力士等众多芯片巨头的资金支持还有技术支持。
光刻机是如何制造芯片的呢？我们首先了解一下光刻机的工作原理。
ASML光刻机的简易工作原理图
简单介绍一下图中各设备的作用：
测量台、曝光台：承载硅片的工作台，也就是双工作台。一般的光刻机需要先测量，再曝光，只需一个工作台，而ASML有个专利，有两个工作台，实现测量与曝光同时进行。而本次“光刻机双工件台系统样机研发”项目则是在技术上突破ASML对双工件台系统的技术垄断。
激光器：也就是光源，光刻机核心设备之一。
光束矫正器：矫正光束入射方向，让激光束尽量平行。
能量控制器：控制最终照射到硅片上的能量，曝光不足或过足都会严重影响成像质量。
光束形状设置：设置光束为圆型、环型等不同形状，不同的光束状态有不同的光学特性。
遮光器：在不需要曝光的时候，阻止光束照射到硅片。
能量探测器：检测光束最终入射能量是否符合曝光要求，并反馈给能量控制器进行调整。
掩模版：一块在内部刻着线路设计图的玻璃板，贵的要数十万美元。
掩膜台：承载掩模版运动的设备，运动控制精度是nm级的。
物镜：物镜由20多块镜片组成，主要作用是把掩膜版上的电路图按比例缩小，再被激光映射的硅片上，并且物镜还要补偿各种光学误差。技术难度就在于物镜的设计难度大，精度的要求高。
硅片：用硅晶制成的圆片。硅片有多种尺寸，尺寸越大，产率越高。题外话，由于硅片是圆的，所以需要在硅片上剪一个缺口来确认硅片的坐标系，根据缺口的形状不同分为两种，分别叫flat、notch。
内部封闭框架、减振器：将工作台与外部环境隔离，保持水平，减少外界振动干扰，并维持稳定的温度、压力。
光刻机制造难度有多大？
光刻机跟照相机差不多，它的底片，是涂满光敏胶的硅片。电路图案经光刻机，缩微投射到底片，蚀刻掉一部分胶，露出硅面做化学处理。制造芯片，要重复几十遍这个过程。
位于光刻机中心的镜头，由20多块锅底大的镜片串联组成。镜片得高纯度透光材料+高质量抛光。SMEE光刻机使用的镜片，得数万美元一块。
ASML的镜片是蔡司技术打底。镜片材质做到均匀，需几十年到上百年技术积淀。
“同样一个镜片，不同工人去磨，光洁度相差十倍。”SMEE总经理贺荣明说，他在德国看到，抛光镜片的工人，祖孙三代在同一家公司的同一个职位。
另外，光刻机需要体积小，但功率高而稳定的光源。ASML的顶尖光刻机，使用波长短的极紫外光，光学系统极复杂。有顶级的镜头和光源，没极致的机械精度，也是白搭。光刻机里有两个同步运动的工件台，一个载底片，一个载胶片。两者需始终同步，误差在2纳米以下。两个工作台由静到动，加速度跟导弹发射差不多。贺荣明说：“相当于两架大飞机从起飞到降落，始终齐头并进。一架飞机上伸出一把刀，在另一架飞机的米粒上刻字，不能刻坏了。”而且，温湿度和空气压力变化会影响对焦。“机器内部温度的变化要控制在千分之五度，得有合适的冷却方法，精准的测温传感器。”贺荣明说。SMEE最好的光刻机，包含13个分系统，3万个机械件，200多个传感器，每一个都要稳定。像欧洲冠军杯决赛，任何一个人发挥失常就要输球。
上海微电子装备公司总经理贺荣明去德国考察时，有工程师告诉他：“给你们全套图纸，也做不出来，这句话并不夸张。“十二五”科技成就展览上，上海微电子装备公司（SMEE）生产的中国最好的光刻机，与中国的大飞机、登月车并列。它的加工精度是90nm，相当于2004年上市的奔腾四CPU的水准，而ASML目前已做到7nm。科学技术的进步是一个漫长的积累过程，中国在科技之路上起步晚，但是一直在努力追赶中，我们相信通过不懈的努力中国一定会屹立在世界科技之巅！
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