光刻机是谁发明的

工业能力是一个国家国防实力和经济实力的基础,而光刻机是现代工业体系的关键部分,不过目前荷兰光刻机是最有名的,出口到全球各国,口碑很好。那光刻机是谁发明的?主要用途有哪些呢?
1959年,世界上第一架诞生,提出光刻工艺,仙童半导体研制世界第一个适用单结构硅晶片,1960年代,仙童提出CMOSIC制造工艺,第一台IC计算机IBM360,并且建立了世界上第一台2英寸生产线,美国GCA公司开发出图形发生器和分布重复精缩机。
光刻机是集成电路制造中最精密复杂、难度最高、价格最昂贵的设备,用于在芯片制造过程中的掩膜图形到硅衬底图形之间的转移。集成电路在制作过程中经历材料制备、掩膜、光刻、刻蚀、清洗、掺杂、机械研磨等多个工序,其中以光刻工序最为关键,因为它是整个集成电路产业制造工艺先进程度的重要指标。
目前,全球最顶尖的光刻机生产商是荷兰ASML、Nikon、on和上海微电子(SMEE),其中ASML实力最强,因此全球多数国家都愿意去这家公司进口光刻机,值得注意的是,美国正在阻挠中国进口荷兰光刻机,而颇有压力的荷兰政府也摇摆不定,目前,三方正在僵持。

中国光刻机与荷兰差距

中国光刻机和荷兰光刻机的差距是全方面的,这里面不仅是系统集成商的差距,也包括各种核心上的差距,比如光源、镜头、轴承等等一些精密部件。
系统集成商上的差距
目前我国能量产的最先进光刻机是90nm工艺,由上海微电子(简称SMEE)生产。这点和荷兰ASML生产的7nm光刻机可不是一代二代的差距,完全是天壤之别,在整个产业链中我们就是属于低端产品,连中端都算不上。
目前整个光刻机市场是荷兰占据8成的高端市场,中端主要是日系厂商尼康佳能,剩下我们国产的光刻机只能用于国内一些低端市场(SMEE占了80%的份额)。而这个低端市场ASML未来也想吃掉,因为随着国内半导体行业的发展,已经成为全球第二大光刻机市场,潜力巨大。
当然,这些年SMEE研发工作一直没停过,差距也再一点点的缩小。早在2018年时已经在验证65nm工艺的光刻机,从时间上来说已经差不多可以量产了,剩下45nm工艺的光刻机也在研发中。

为何我国光刻机会有如此差距

那么为什么我国的光刻机会和荷兰ASML出现较大的差距?如果要深究的其实就两点,一是欧美西方国家对我国的封锁,二是国产配件跟不上。
1、欧美产业链对我国的禁运:
荷兰ASML光刻机之所以能做成,最关键的一点就是能在全球范围内拿到最好的配件,如德国蔡司的镜头,美国的光源系统,瑞典的轴承。现在ASML7nm光刻机整体有13个子系统,其中90%的配件都是向全球各种顶尖制造商采购。ASML拿到这些配件在经过自己的精密设计和制造将其打造成一台完美的高端光刻机。
而SMEE无法像荷兰ASML一样实现全球采购,根据1996年欧美签署的瓦森纳协议,欧美很多高精端仪器或者配件都对中国禁运。这种禁运对光刻机造成了很致命的打击,其实很多人可能不知道,SMEE早在2008年就研发出来了90nm前道光刻,但是由于禁运一直无法正式商用,最后不得不重新转向去研发后道光刻机。
2、国产产业依旧落后:
由于国外对中国进行禁运,我国现有光刻机不得不使用国产核心组件,而这也是与荷兰ASML差距较大的原因之一,很多的核心组件都无法和国外厂商的配件相比。目前国内这块最大的差距是移动精度控制,其次是光学系统,比如光源等。
当然,在光刻机核心子系统上我国也是在努力追赶,比如双工件台有清华大学承办研发(见下图)华卓精科进行产业化,长春光机所承办研制物镜,科益宏源在光源方面实现了ArF准分子激光光刻技术,以上这些厂商的努力将有助于最后SMEE集成制造出更先进的光刻机。