蔡司光刻機鏡頭和國內鏡頭的差距（光刻機製造需要哪些技術呢）

2023-10-31 13:01:37

你知道，人們日常工作和生活都裡離不開的電腦、手機等各種人工智慧類產品最核心的部分是什麼呢？

是機器內部小小的晶片。

那你知道製造晶片至關重要的設備是什麼嗎？

對，那就是光刻機。

光刻機作為一種高精密晶片製造設備，其中使用的鏡片所需要的精密程度更加驚人。

而生產這種光刻機鏡片的蔡司公司更是一個傳奇。

那麼，光刻機製造需要哪些技術呢？為光刻機製造鏡片的蔡司公司又有多厲害呢？

光刻機的製造體系非常複雜，有兩點至關重要，即精密零部件和組裝技術。

第一，一臺光刻機的製造需要數萬個精密零部件。通常來說，一臺光刻機的製造需要大約八萬個精密零件，而目前世界上最為先進的極紫外EUV光刻機所需要的製造零件更是高達十萬餘個。

一套完整的光刻機包括多個組成系統，主要包括曝光系統、自動對準系統、整機軟體系統等。其中，曝光系統更是包含了照明系統和投影物鏡。

在組成光科技的所有核心精密零件中，光學鏡頭、光學光源、雙工作檯又可以說是核心中的核心。

擁有高數值孔徑的光學鏡頭是決定光刻機的解析度和閾值誤差能力。而解析度和套值誤差能力對於一臺光刻機具有至關重要的重要性。而世界上最為先進的EUV極紫外光刻機唯一可以使用的鏡頭就是由蔡司公司生產的鏡頭。

光刻機的光學光源所包含的光源波長是決定光刻機工業能力的重要部分。需要特別注意的是，光刻機所需要的光源，必須具備體積小、功率高以及穩定的幾個特點。

比如說極紫外EUV光刻機所使用的光源波長是僅僅只有13.5納米的極紫外光，其所使用的光學系統極為複雜。

光刻機中所需要的工作檯系能夠影響光刻機運行過程中的精度和產效，含有的綜合技術難度非常高。因為這種工作檯中具有承載矽片來能夠完成光刻機運行過程中的一系列超精密的運動系統，其中包括上下片、對準、景圓面型測量、曝光等等。

第二，一臺光刻機不僅需要精密的零件，這些零件的組裝技術也至關重要。

當所有零件都準備就緒之後，接下來的組裝過程將直接影響一個光刻機的運行效能。現在光刻機主要生產商荷蘭ASML公司（中文譯名：阿斯麥爾）的生產過程從本質上來說更像是一個零件組裝公司，因為ASML公司生產光刻機所需要的將近90%的部件是從世界各地採購，其在世界上擁有超過五千家供應商。

換句話說，ASML公司之所以能夠在光刻機製造技術上打敗尼康以及佳能等其他光刻機生產對手，從而在全球光刻機製造和銷售市場上佔據領先地位，一個重要原因就是強大的組裝技術。

一家強大的光刻機組裝企業需要具有各種嫻熟的技術工人和各種組裝方面的智慧財產權，從而能夠清楚明白各種精密元件如何組裝，進而通過他們嫻熟的操作和系統的知識來快速和精確的製造一臺光刻機。

我國目前在光刻機的技術方面，經過近二十年的關鍵技術攻克，已經取得長足發展。

從光刻機雙工作檯來說，中國華卓精科與清華團隊生產聯合研製的雙工作檯已經打破ASML的技術壟斷，至於光刻機的同步光源設備和光學鏡頭的技術也在哈工大等全國知名科研機構的潛心研究中獲得了迅猛發展。

可以說，目前我國人才、資源、資金等各個方面都已具備，未來我們擁有屬於自己的光刻機只是時間問題，未來前景可期！

正如前面說到的光刻機製造零件中至關重要的三大核心器械——光源、鏡頭、雙工作檯，在這其中光學鏡頭對於一臺光科技來說極其重要，對於國家自主研製光刻機也十分重要。

那麼，對於一臺光刻機來說，光緒鏡頭到底有多麼重要呢？

以ASML公司為例，目前該公司於早在2010年就已經生產出了生產的最為先進的EUV光刻機，但是一直沒有大規模投入生產並商用，只知道2019年EUV光刻機才正式投入商用。

而ASML公司之所以在長達九年的時間裡並沒有投入商用的一個重要原因就是：他們並沒有找到合適EUV光刻機使用的光學鏡頭。

要了解光源鏡頭的重要作用，我們要再次重申光刻機的工作原理。光刻機在晶片製造的過程中主要起一種「臨摹」的作用，更進一步來說，就是通過極紫外光線來對矽晶圓表面進行一種反覆曝光，從而將晶片廠商在圖紙上設計好的圖紙順利列印在晶圓表面上，以便於下一步的雕刻流程。

鏡頭系統就是在其中負責將極紫外光線打在晶圓表面上的部分。由於晶圓對於曝光所需要的光源純度以及光纖覆蓋率要求非常高，這也就意味著其對於用於打光的光學鏡頭有著極其嚴苛的要求。

單從鏡面光潔程度而言，7納米及以下的晶片對於光源解析度和純度具有極高要求，要求EUV光刻鏡頭的光潔度要在50皮米以下（1米=1萬億皮米）。

更直觀地來說，假設將這種光學鏡頭50皮米的表面積放大到德國的面積，鏡面的起伏程度就好比此國家的起伏程度不得超過0.5釐米，倘若超過這一數值，就是不合格。

也因此我們可以看到，光學鏡頭的生產對於廠商來說是多麼的苛刻。

然而困難總會被克服。德國蔡司公司就能夠成功生產出此類光學鏡片。

作為涉及領域涵蓋攝影、測量、顯微鏡、醫療、天象儀等等很多高精密領域的蔡司公司來說，光學鏡片的發展歷史始終都有蔡司的身影。可以說，蔡司的歷史，就是一部光學的歷史。

蔡司對光學鏡片製造非常嚴格，哪怕是產品生產過程出現一絲一毫的偏差，產品都會直接被廢棄。

蔡司同樣鼓勵員工大膽創新，不斷改進和精益求精的精神，促使蔡司能夠長期在光學領域屹立不倒，不斷研發出世界最為先進的光學鏡片。

最典型的例子就是蔡司在「鋰玻璃」基礎上研發的「硼矽玻璃」，極大促進光學鏡頭發展。

蔡司是目前唯一掌握了EUV光學鏡片技術的廠家，憑藉著先進的技術優勢，也吸引了ASML公司同蔡司的合作，根據報導顯示，ASML持有蔡司24.9%的股份。

不僅僅是ASML，幾乎整個半導體涉及的領域，都會有蔡司及其先進的鏡片的身影。

總的來說，與大眾對德國的工匠精神的印象一樣，蔡司也如同大多數的德國企業保持著德國的優良傳統。蔡司員工基本上都秉承著低調、演進、致力於客戶服務的理念，憑藉著先進技術研發，在世界各地英德大量客戶。

那麼，在光學領域如此名聲大噪的蔡司公司，又有著什麼樣的發展歷史呢？

蔡司公司歷史悠久，到現在已經有近一百七十年的歷史。

在第二次世界大戰的時候，蔡司公司就是德國軍隊望遠鏡、測距儀以及各種火炮戰機瞄準鏡的主要供應商。

其中，蔡司製造的T鍍膜極大地提高了德軍的戰鬥力。因為這種鍍膜可以讓狙擊手的望遠鏡不會由於受到陽光反射而暴露狙擊手的位置。

也正是因為那時候德國蔡司的光學技術遠遠強於美國，1945年4月巴頓將軍寧願冒著破壞雅爾達協定的風險，也要闖入已經劃給蘇聯的東德地區，也要佔領蔡司公司所在的耶拿以及德勒斯登兩座城市。

美國原本準備動用600輛卡車將整個蔡司公司搬往西德，然而在蘇聯軍隊在德國的迅速推進下，不得不改變計劃。

最終，在美國的操縱下，美國將蔡司的核心器械以及核心技術和管理人員，重新在西德的奧博科亨新建了一個蔡司。

美國幫助下在西德建立的蔡司公司，就是如今人們所熟知的蔡司公司總部。

蘇聯方面也佔有了餘下的蔡司器械和人員，建立了耶拿蔡司。

在1990年德國統一之時，在東德和西德雙方促進下，西德的蔡司將東德的蔡司合併。

此時的蔡司在同日本的競爭中，迫不得已將自己旗下的兩款相機樣式賣給日本，並且開始向日本轉讓技術。

並且，受到日本電子快門的衝擊下，蔡司的機械快門顯得毫無還手之力。

到這個時候為止，蔡司因為公司虧損裁員導致人手緊缺，加上技術難以量化生產，在1990年的時候，蔡司每年由六名頂級員工只能磨製十套光刻鏡頭。

當時的ASML公司正在迅猛發展，一年需要蔡司製造幾十套光刻鏡頭。

但是當時的缺乏技術工人的蔡司，面臨巨大困難。

在機器將鏡頭粗磨之後，再用雷射來測繪出鏡頭表面的起伏圖。

之後完全按照圖紙，由蔡司公司的「金手指」工匠們近進行手工打磨，來打磨掉高差幾十納米的那些部分，從而達到一種對稱的感覺。

此時的蔡司公司擁有細緻的雕刻技術的技術工匠遠遠不足。

即便是發展遇到瓶頸，也沒有打倒蔡司，蔡司一點點克服了當前和未來的所有問題，最終躋身於光學行業前列。

作為國際光學領域巨頭，在國際上很多領域都起到了巨大的作用，也是很多歷史時刻的重要見證者。

比如，1857年蔡司產出第一臺複式顯微鏡，幫助科學家們更好地探索微觀世界。也是從這以後，蔡司所生產的顯微鏡就在科學界躋身於一流位置，很多科學家們都會使用。

備受人們熟知的達爾文就曾使用過蔡司顯微鏡。1891年，達爾文就使用蔡司顯微鏡研究了物種的起源以及變遷。

不僅如此，在1893年，科學家羅伯特·科赫也正是使用蔡司顯微鏡發現了霍亂弧菌。

有數據顯示，到目前為止，世界上大約35位諾貝爾獎的獲得者曾使用蔡司顯微鏡來完成自己的各項研究。這一數據體現出蔡司在光學領域的發展貢獻，蔡司具有絕對的實力。

除此之外，蔡司發展各項領域中最受人熟知的專業攝影領域，也擁有不可多得的成就。

最典型的例子就是，蔡司在1980年生產出的世界上第一枚無畸變成像消散光鏡頭，極大地推動了攝影行業發展。

到了1896年，蔡司生產出的無散光、無畸形成像的35毫米蔡司鏡頭是目前攝像機標準鏡頭的最早版本，在當時就引起了廣大攝影愛好者的興趣和討論，也成為其他廠商們模仿的標杆。

1969年，阿姆斯特朗成功登月後，也是通過蔡司鏡頭拍下了月球上第一個人類腳印。

由此可見，百年蔡司，以極致的要求，創造了光學領域發展史上的一個令同行望其項背的成功典範！

由此可見，創新和精益求精是一個企業成功不可或缺的最為重要的兩個因素。

對於個人來說也是如此，只有做到以上創新和細緻，才能獲得成功！

對於光刻機和蔡司，你有什麼看法呢？