老说我们的芯片工业被人卡脖子，其实芯片工业是一个极为庞大的产业链，分为几大块。没有任何一个国家或者企业能够打通所有环节，更多的是全球性的合作。今天就芯片制造的关键一环光刻机，聊聊其中的技术痛点。简单说，光刻机就是在硅片上刻画电路的装备，是芯片制造的核心，也是技术门槛最高的一个环节。先来看看光刻机的大致工作流程。

　　如果把光刻机看作一台非常精密的投影仪，那投影仪的灯泡就是光刻机的光源，那个写满了内容要被投在幕布或者墙上的幻灯片，就是制造相应芯片的掩模板；而投影的幕布，就是我们最终需要加工的硅片。把光刻胶涂抹在硅片上，经过光源的照射，光刻胶会被溶解掉，从而生成各种各样的芯片结构。

　　就像雕刻，刀越锋利，刻出来的作品越精细。对应芯片工业，就是加工出的晶体管结构尺寸越小，单位面积芯片能容纳的结构越多，性能自然也就越强大。而决定这把刀锋利程度是光源的波长。因此光的波长越小越好。比如当前最先进的极紫外EUV光刻机，波长已经到了13.5纳米，换句话说它能实现的分辨率在13纳米左右。当然还有浸润式光刻、多重曝光等技术，能够稍微突破一下波长的限制，但不会太多。包括台积电声称的将在2025年实现量产的2纳米技术，那只是个工艺代号，实际加工出晶体管的最小结构尺寸在10纳米左右。

　　EUV已经是人类迄今为止制造出的最精密的仪器，也是地表最贵机器之一，每台2亿5千万美元。因为光源只是一个方面，为了保证制造的精度和可靠性，还得有个好镜头。这是整个光刻机最精密的部分，直径有2米，但它平整度的要求小于一个原子的高度，就相当于北京这么大面积，高低起伏不能超过0.5毫米。

　　而且有了光刻机，只是相当于有了车床，要想批量生产光一台不够吧，所以芯片制造不仅是个技术密集型也是资本密集型产业。同时还得有长期的探索积累，这一路上可以说是荆棘遍地啊。这很好理解，在这么微观的尺度上做加工，任何一点点的扰动都会导致产品报废。有时候都找不到错哪儿了，只能不停地试。

　　再说回技术瓶颈，最大痛点还是能产生稳定短波长的光源。就是得先解决刻刀锋利不锋利的问题，再说刀拿得稳不稳。所以，每一次光刻机的更新换代，都跟光源突破有关。比如上一代的深紫外DUV光刻机，使用的是波长为193纳米的深紫外光。

　　科学家用了足足20年时间才突破找到了波长更短的极紫外光。目前荷兰的阿斯麦公司就是利用金属液滴产生极紫外光，也正是依靠着技术优势，阿斯麦独占全球最高端光刻机80%的市场。

　　芯片制造的难，难就难在不断向物理极限发起挑战，而且不知道这个极限到底在哪儿。好消息是2021年清华大学有一项突破性成果，通过操控电子束的高速振动，来产生高能量的紫外辐射，获得波长只有几纳米、功率却高达几百瓦的高质量极紫外光。这项技术被称为“稳态微聚束光源”，绝对是下一代光刻机光源的有力竞争者，也没准就是国产光刻机弯道超车的突破口。

　　（来源：中国科学技术馆）