众所周知，光刻机有三大核心系统：光源、镜头和工作台。
上一篇分析了我国光刻机在光源上与世界先进水平的差距，下面我们来分析光刻机的另外一项核心系统：镜头的差距。
先问个问题，当年光刻机巨头ASML在2010年就完成了EUV光刻机的原型机，但直到时隔9年之后才出货商用，为什么？究其原因，主要瓶颈之一就是光刻机镜头系统技术难关一直没有攻克。
镜头系统工作任务就是将光照在晶圆上，因为要求光线必须均匀，分辨率高，所以对镜头要求非常高，有多高呢？就说镜面光洁度吧，要达到50皮米。
这是什么概念呢？1米等1万亿皮米，50皮米就是相当于用推土机把云南省全部推平，全省的平整度不能超过1厘米，几乎等于要把整个云南省推成镜子一样平，简直就是一个极度变态的要求。
关于镜头系统技术，这里还是以代表世界最高水平的ASML的EUV光刻机和我国最高水平的上微电子90纳米光刻机做对比。
| 01 ASML
ASML的镜头系统是德国蔡司公司提供，ASML拥有其24.9%股份。蔡司是专注镜头生产的百年光学巨头，具有极为深厚的光学底蕴。
因为EUV的极紫外光会被玻璃吸收，光线不能采用传统的透镜传送，而是在贴了钼硅镀膜的镜片上进行十几次反射，再由高2米、直径1米的镜头和镜片把四处散发的极紫外线收集成束，变成方向可控的均匀光线，再投射到晶圆上刻电路图。
这个过程光的损失较大，到最后大约只剩下2%的光线，因此耗电也非常大，台积电每年用电量快接近我国台湾省发电量的十分之一。
镜头难度在技术和工艺两方面。
技术方面：衡量指标就是数值孔径（NA），一般透镜数值孔径越大，收光能力越大、分辨率越高。因为EUV的镜头与上一代DUV光学系统完全不同，所以数值孔径大大降低。下图为ASML的第四代、第五代光刻机的镜头性能，同一级别不同型号的光刻机分辨率也有所不同。
工艺方面：光刻机镜头的镜面光洁度要求非常苛刻，满足这个条件的一是要有精度最高的打磨机和最细的镜头磨料；二是要有称为“金手指”的顶级技工，达到这水平的技工蔡司不到20人，这也是ASML产量不够的根本原因。因为镜头属于标准非球的加工，无法纯机械打磨，必须手工与机械配合。
| 02 上微电子
上微电子光刻机最新的90纳米光刻机采用的投影镜头，数值孔径为0.93NA，分辨率为90nm，四倍缩小倍率的投影物镜。因为国内目前还没能提供相应水平的镜头，上微电子600系列的光刻机镜头应该是国外采购，目前全球能够生产此镜头厂家有德国蔡司和日本尼康，蔡司在中国设有半导体制造技术业务部门，上微电子采用蔡司镜头可能性较大。
| 03 国家02专项攻关进展
长春国科精密承担了中国02项目中的光学系统，2018年长春国科精密光学系统通过了专家验收，属于早期的投影镜头，数值孔径0.75NA，分辨率为90nm，估计商用时间很快就会到来。之后，中科院、上海光机所也加入长春国科的光学系统研发，期待有重大突破并早日投产商用。
2018年11月，中国科学院光电技术研究所承担的 “超分辨光刻装备研制”通过验收，实现了波长365nm的紫外光投影成像，而且具有22nm的分辨率，为纳米光学加工提供了全新的解决途径，能用便宜光源实现较高的分辨率，但不能用于芯片生产。
镜头不受美国禁令影响，能国际采购，所以没有很大的紧迫性，但未雨绸缪，建立自己完整的产业链才是实行我国半导体自强的必由之路。