日前有消息称，SMIC已与ASML集团签署采购ASML产品(即光刻机)用于晶圆生产的采购订单，订单金额达12亿美元。为什么光刻机那么贵，里面有什么技术？带你去科普一下。

如前所述，经过照明模块“处理”的光线穿过掩模上纳米宽度的图案(狭缝)，产生衍射效应，然后向外传播。

投影物镜的功能是将至少一级衍射光接收到物镜中，并将其聚焦在晶片上。

其实光刻机的概念和单反相机很像。我们可以把ASML光刻机描述为世界上最大和最先进的单反相机，我们的投影物镜就像单反相机的镜头一样。

单反相机的镜头会把我们要拍摄的场景聚焦成像在感光元件上(底片)，而ASML光刻机的投影物镜会把掩模上的电路图案缩小到1/16，然后聚焦成像在涂有光刻胶的晶片上。

现在ASML DUV光刻机中的高级机型，投影物镜高度超过1米，直径超过40厘米，物镜中的各种透镜数量超过15个。

今天的光刻大讲堂将从两个方向来揭开世界上最先进的“单反镜头”的神秘面纱。

现在ASML DUV光刻机中的高级机型，投影物镜高度超过1米，直径超过40厘米，物镜中的各种透镜数量超过15个。

今天，我们将从两个方向揭开世界上最先进的“单反镜头”的神秘面纱。

为什么光刻机需要这么大的投影物镜？

还记得我们在《光源》中提到的那个ASML人挑战了30多年的公式——瑞利判据吗？

为了增加芯片单位面积的元件数量，线宽(CD)需要越来越小，使得光刻成像的分辨率越来越小。

怎么做？

根据瑞利判据，我们的方向可以是选择应用更短的波长或增加数值孔径(NA)。

什么是数值孔径？传统上，光刻大讲堂不谈深奥的光学物理公式。通俗易懂地说，数值孔径与投影物镜的直径成正相关，即我们可以通过增大投影物镜的直径来增大数值孔径。

为什么光刻机需要这么多镜头？

单个透镜的光学特性会造成原始图像的失真(像差)。

这个时候，我们就不得不依靠不同镜头的组合来校正图像的失真。

现在的手机相机镜头也能做到6P和7P (6和7镜头)，但还是不能完全消除像差。这就是为什么大家拍照都要抢C位的原因(和小白合影只能帮到你这里了)。

单反(SLR)就是通过更多的镜头组合来校正画质。

对于ASML光刻机的投影物镜，还需要用各种透镜组合来校正成像质量。

但是我们的光刻显然不是普通摄影级镜头能比的。如果掩模上的图案可以几乎完美地成像在晶片上，误差在纳米量级。

那么ASML的投影物镜组合有什么不同呢？首先:

ASML投影物镜的加工工艺相当精密

目前市面上最高端的单反相机镜头像差在200nm以上，而ASML DUV高端投影物镜像差控制在2nm以内。

最高级别的单反镜头在全画幅可以支持6000万像素的分辨率，而ASML投影物镜的分辨率可以支持1600亿像素。

如果把ASML投影物镜的加工工艺描述得更形象一点，那么我们可以说:如果投影物镜的直径和我国东西距离一样大，那么在这么大的平面上加工造成的平面度波动误差小于4cm(小于一个乒乓球的直径)。

这真的是宇宙中最光滑的人造结构。

物镜除了工艺加持，还有很多可移动的镜头。

是的，你是对的。他们正在移动镜头。它们可用于消除透镜组装和光刻生产过程中产生的各种像差。

这些像差是肉眼看不见的。

然而，由于我们必须将像差控制在2nm以内，所以所有的误差都应该被考虑并被校正。

因此，这些可移动镜头涵盖了垂直校正、倾斜校正和多方向校正。

倾斜改正

垂直校正

多方向校正

此外，精密传感器的实时测量也是必不可少的。

光刻机本身需要一个精密的传感器来实时测量光刻机的像差，这样就可以通过可动透镜组进行校正。

这种复杂精密的结构和独特的像差校正方法是普通镜头所不具备的，这也是ASML投影物镜能够将掩模图形准确成像在晶圆上的关键。

现在，同学们应该能更好地理解我们为什么称ASML光刻机光刻机的照明模块和投影物镜模块为光刻机之神了。