中国能上天摘月入海乘风破浪,为什么造不出国际领先的光刻机?

文/山峰
我们国家的科技实力已经非常强大,能够独立制造导弹、卫星、航母,能够上天摘月入海乘风破浪,却无法制造出国际领先的光刻机。光刻机采用先进的EUV技术,采用美、德、日、欧等发达国家最先进的技术,具有高精度加工、高精度控制技术。因此,先进的 EUV光刻机比火箭、导弹、航母更难制造,而其困难主要在于各种极精密部件的制造。要想生产这些零件,就必须掌握最先进的加工技术,而这些超精密加工技术在我国是缺乏的。
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高精密加工技术在导弹、卫星、航空母舰等领域的应用相对较少,误差控制也没有达到纳米级,主要是对重工业和材料技术的要求更高。我们国家在重工业领域中,材料科学的发展与国际先进水平相比,还远远落后于精加工技术。所以我国造导弹、卫星、航母比造EUV光刻机相对容易。
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EUV光源、反射镜、双工件台、掩膜台、光刻胶等系列设备。以老梗光源和反射镜为例。由 ASML制造的光刻机采用 EUV光源,其波长为13.5纳米,主要由二氧化碳激光发生器发射的激光必须精确命中,每秒50000滴锡滴靶,才能产生光源。此外,被激光击中的锡滴靶不会污染周围的设备,而锡滴靶的清洗又是一个难点。而且具有13.5纳米波长的光源极易被玻璃、空气吸收,因此光源通过的路径一定是真空的。
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高精度光刻机
接下来是反光镜, EUV光刻机使用的镜头不同于 DUV, DUV使用的是透镜, EUV使用的是反射镜,反射镜表面镀有80多层由硅和钼组成的纳米厚度薄膜。另外,反光镜的表面平整要求也很高,其最高点和最低点之间的高度差也是纳米级。原来光源所发射的光波能量并不大,经反射镜后还会损失部分能量,经过10次反射器以后,光波能量衰减很大。所以反光镜的制造工艺很难掌握。
另外,还有双重工作台。双平台的移动精度误差也达到纳米级。双重工作台可以提高光刻机加工芯片的效率,其基本原理是:两个工作台同时工作,一个工件台在曝光晶片时,另一个工件台在曝光之前对晶片进行测量等准备工作。一台工件台完成曝光后,两台工件台交换位置,以提高工作效率。只有 ASML和华卓精科在双工件台制造技术上取得了突破。
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高精度光刻机
而导弹、卫星、航母这类武器主要对重工业和材料提出更高要求,为建造航母甲板,需要使用高强度、耐腐蚀、耐高温、高韧性、高抗爆的钢板。到目前为止,能够生产这种钢板的国家很少,只有五常和日德这样的强国才行,甚至连印度都必须从俄罗斯进口。
从总体上看,我国在重工业发展方面还没有明显的短板,但在精加工方面却有很大的不足,如医院使用的各种仪器、电子扫描显微镜等高端仪器都严重依赖进口设备。并且光刻机正好需要精加工技术的支持,这就是为什么我国不能制造高精度的EUV光刻机。