蔡司光刻机镜头和国内镜头的差距（光刻机制造需要哪些技术呢）

你知道，人们日常工作和生活都里离不开的电脑、手机等各种人工智能类产品最核心的部分是什么呢？

是机器内部小小的芯片。

那你知道制造芯片至关重要的设备是什么吗？

对，那就是光刻机。

光刻机作为一种高精密芯片制造设备，其中使用的镜片所需要的精密程度更加惊人。

而生产这种光刻机镜片的蔡司公司更是一个传奇。

那么，光刻机制造需要哪些技术呢？为光刻机制造镜片的蔡司公司又有多厉害呢？

光刻机的制造需要哪些技术？

光刻机的制造体系非常复杂，有两点至关重要，即精密零部件和组装技术。

第一，一台光刻机的制造需要数万个精密零部件。通常来说，一台光刻机的制造需要大约八万个精密零件，而目前世界上最为先进的极紫外EUV光刻机所需要的制造零件更是高达十万余个。

一套完整的光刻机包括多个组成系统，主要包括曝光系统、自动对准系统、整机软件系统等。其中，曝光系统更是包含了照明系统和投影物镜。

在组成光科技的所有核心精密零件中，光学镜头、光学光源、双工作台又可以说是核心中的核心。

拥有高数值孔径的光学镜头是决定光刻机的分辨率和阈值误差能力。而分辨率和套值误差能力对于一台光刻机具有至关重要的重要性。而世界上最为先进的EUV极紫外光刻机唯一可以使用的镜头就是由蔡司公司生产的镜头。

光刻机的光学光源所包含的光源波长是决定光刻机工业能力的重要部分。需要特别注意的是，光刻机所需要的光源，必须具备体积小、功率高以及稳定的几个特点。

比如说极紫外EUV光刻机所使用的光源波长是仅仅只有13.5纳米的极紫外光，其所使用的光学系统极为复杂。

光刻机中所需要的工作台系能够影响光刻机运行过程中的精度和产效，含有的综合技术难度非常高。因为这种工作台中具有承载硅片来能够完成光刻机运行过程中的一系列超精密的运动系统，其中包括上下片、对准、景圆面型测量、曝光等等。

第二，一台光刻机不仅需要精密的零件，这些零件的组装技术也至关重要。

当所有零件都准备就绪之后，接下来的组装过程将直接影响一个光刻机的运行效能。现在光刻机主要生产商荷兰ASML公司（中文译名：阿斯麦尔）的生产过程从本质上来说更像是一个零件组装公司，因为ASML公司生产光刻机所需要的将近90%的部件是从世界各地采购，其在世界上拥有超过五千家供应商。

换句话说，ASML公司之所以能够在光刻机制造技术上打败尼康以及佳能等其他光刻机生产对手，从而在全球光刻机制造和销售市场上占据领先地位，一个重要原因就是强大的组装技术。

一家强大的光刻机组装企业需要具有各种娴熟的技术工人和各种组装方面的知识产权，从而能够清楚明白各种精密元件如何组装，进而通过他们娴熟的操作和系统的知识来快速和精确的制造一台光刻机。

我国目前在光刻机的技术方面，经过近二十年的关键技术攻克，已经取得长足发展。

从光刻机双工作台来说，中国华卓精科与清华团队生产联合研制的双工作台已经打破ASML的技术垄断，至于光刻机的同步光源设备和光学镜头的技术也在哈工大等全国知名科研机构的潜心研究中获得了迅猛发展。

可以说，目前我国人才、资源、资金等各个方面都已具备，未来我们拥有属于自己的光刻机只是时间问题，未来前景可期！

蔡司的光学镜头有何过人之处

正如前面说到的光刻机制造零件中至关重要的三大核心器械——光源、镜头、双工作台，在这其中光学镜头对于一台光科技来说极其重要，对于国家自主研制光刻机也十分重要。

那么，对于一台光刻机来说，光绪镜头到底有多么重要呢？

以ASML公司为例，目前该公司于早在2010年就已经生产出了生产的最为先进的EUV光刻机，但是一直没有大规模投入生产并商用，只知道2019年EUV光刻机才正式投入商用。

而ASML公司之所以在长达九年的时间里并没有投入商用的一个重要原因就是：他们并没有找到合适EUV光刻机使用的光学镜头。

要了解光源镜头的重要作用，我们要再次重申光刻机的工作原理。光刻机在芯片制造的过程中主要起一种“临摹”的作用，更进一步来说，就是通过极紫外光线来对硅晶圆表面进行一种反复曝光，从而将芯片厂商在图纸上设计好的图纸顺利打印在晶圆表面上，以便于下一步的雕刻流程。

镜头系统就是在其中负责将极紫外光线打在晶圆表面上的部分。由于晶圆对于曝光所需要的光源纯度以及光纤覆盖率要求非常高，这也就意味着其对于用于打光的光学镜头有着极其严苛的要求。

单从镜面光洁程度而言，7纳米及以下的芯片对于光源分辨率和纯度具有极高要求，要求EUV光刻镜头的光洁度要在50皮米以下（1米=1万亿皮米）。

更直观地来说，假设将这种光学镜头50皮米的表面积放大到德国的面积，镜面的起伏程度就好比此国家的起伏程度不得超过0.5厘米，倘若超过这一数值，就是不合格。

也因此我们可以看到，光学镜头的生产对于厂商来说是多么的苛刻。

然而困难总会被克服。德国蔡司公司就能够成功生产出此类光学镜片。

作为涉及领域涵盖摄影、测量、显微镜、医疗、天象仪等等很多高精密领域的蔡司公司来说，光学镜片的发展历史始终都有蔡司的身影。可以说，蔡司的历史，就是一部光学的历史。

蔡司对光学镜片制造非常严格，哪怕是产品生产过程出现一丝一毫的偏差，产品都会直接被废弃。

蔡司同样鼓励员工大胆创新，不断改进和精益求精的精神，促使蔡司能够长期在光学领域屹立不倒，不断研发出世界最为先进的光学镜片。

最典型的例子就是蔡司在“锂玻璃”基础上研发的“硼硅玻璃”，极大促进光学镜头发展。

蔡司是目前唯一掌握了EUV光学镜片技术的厂家，凭借着先进的技术优势，也吸引了ASML公司同蔡司的合作，根据报道显示，ASML持有蔡司24.9%的股份。

不仅仅是ASML，几乎整个半导体涉及的领域，都会有蔡司及其先进的镜片的身影。

总的来说，与大众对德国的工匠精神的印象一样，蔡司也如同大多数的德国企业保持着德国的优良传统。蔡司员工基本上都秉承着低调、演进、致力于客户服务的理念，凭借着先进技术研发，在世界各地英德大量客户。

蔡司公司的发展历程

那么，在光学领域如此名声大噪的蔡司公司，又有着什么样的发展历史呢？

蔡司公司历史悠久，到现在已经有近一百七十年的历史。

在第二次世界大战的时候，蔡司公司就是德国军队望远镜、测距仪以及各种火炮战机瞄准镜的主要供应商。

其中，蔡司制造的T镀膜极大地提高了德军的战斗力。因为这种镀膜可以让狙击手的望远镜不会由于受到阳光反射而暴露狙击手的位置。

也正是因为那时候德国蔡司的光学技术远远强于美国，1945年4月巴顿将军宁愿冒着破坏雅尔塔协定的风险，也要闯入已经划给苏联的东德地区，也要占领蔡司公司所在的耶拿以及德累斯顿两座城市。

美国原本准备动用600辆卡车将整个蔡司公司搬往西德，然而在苏联军队在德国的迅速推进下，不得不改变计划。

最终，在美国的操纵下，美国将蔡司的核心器械以及核心技术和管理人员，重新在西德的奥博科亨新建了一个蔡司。

美国帮助下在西德建立的蔡司公司，就是如今人们所熟知的蔡司公司总部。

苏联方面也占有了余下的蔡司器械和人员，建立了耶拿蔡司。

在1990年德国统一之时，在东德和西德双方促进下，西德的蔡司将东德的蔡司合并。

此时的蔡司在同日本的竞争中，迫不得已将自己旗下的两款相机样式卖给日本，并且开始向日本转让技术。

并且，受到日本电子快门的冲击下，蔡司的机械快门显得毫无还手之力。

到这个时候为止，蔡司因为公司亏损裁员导致人手紧缺，加上技术难以量化生产，在1990年的时候，蔡司每年由六名顶级员工只能磨制十套光刻镜头。

当时的ASML公司正在迅猛发展，一年需要蔡司制造几十套光刻镜头。

但是当时的缺乏技术工人的蔡司，面临巨大困难。

在机器将镜头粗磨之后，再用激光来测绘出镜头表面的起伏图。

之后完全按照图纸，由蔡司公司的“金手指”工匠们近进行手工打磨，来打磨掉高差几十纳米的那些部分，从而达到一种对称的感觉。

此时的蔡司公司拥有细致的雕刻技术的技术工匠远远不足。

即便是发展遇到瓶颈，也没有打倒蔡司，蔡司一点点克服了当前和未来的所有问题，最终跻身于光学行业前列。

作为国际光学领域巨头，在国际上很多领域都起到了巨大的作用，也是很多历史时刻的重要见证者。

比如，1857年蔡司产出第一台复式显微镜，帮助科学家们更好地探索微观世界。也是从这以后，蔡司所生产的显微镜就在科学界跻身于一流位置，很多科学家们都会使用。

备受人们熟知的达尔文就曾使用过蔡司显微镜。1891年，达尔文就使用蔡司显微镜研究了物种的起源以及变迁。

不仅如此，在1893年，科学家罗伯特·科赫也正是使用蔡司显微镜发现了霍乱弧菌。

有数据显示，到目前为止，世界上大约35位诺贝尔奖的获得者曾使用蔡司显微镜来完成自己的各项研究。这一数据体现出蔡司在光学领域的发展贡献，蔡司具有绝对的实力。

除此之外，蔡司发展各项领域中最受人熟知的专业摄影领域，也拥有不可多得的成就。

最典型的例子就是，蔡司在1980年生产出的世界上第一枚无畸变成像消散光镜头，极大地推动了摄影行业发展。

到了1896年，蔡司生产出的无散光、无畸形成像的35毫米蔡司镜头是目前摄像机标准镜头的最早版本，在当时就引起了广大摄影爱好者的兴趣和讨论，也成为其他厂商们模仿的标杆。

1969年，阿姆斯特朗成功登月后，也是通过蔡司镜头拍下了月球上第一个人类脚印。

由此可见，百年蔡司，以极致的要求，创造了光学领域发展史上的一个令同行望其项背的成功典范！

由此可见，创新和精益求精是一个企业成功不可或缺的最为重要的两个因素。

对于个人来说也是如此，只有做到以上创新和细致，才能获得成功！

对于光刻机和蔡司，你有什么看法呢？

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