人与自然的互动，人对自然无止境的探求穿越历史的长河绵延不息。众所周知，光速是我们所接触的物质世界里最极致的速度，追逐光成为一件极其励志却又是人类自身能力所不及的事情。古有夸父逐日的神话传说，夸父最终“未至，道渴而死”，但这份气魄却撼动人心。
随着现代科技的迅猛发展，如今人类已经可以做到对光的有效控制，甚至可以把光的足迹留下，使之呈现在微观视野里。例如被称作信息时代制造母机的光刻机，便是人与光较量之下的智慧结晶。
中科院光电技术研究所研制的中紫外光刻机
何谓“母机”？首先肯定不是“母鸡中的战斗机”了。母机是指用来制造工具的工具。信息时代的基础是什么，芯片！而光刻机正是制造芯片的工具，故可以称其为信息时代的制造母机。
人类社会的发展离不开制造工具的进步
工欲善其事，必先利其器。人类从石器时代、铁器时代、机器时代，再到现在的信息技术时代，始终离不开制造工具的进步。以工业革命为例，进入工业时代后，科技发展相继推动了四次工业革命，都是以生产工具的进步为标志：第一次工业革命的代表是蒸汽机，以机器代替了手工；第二次工业革命的标志是内燃机，电力被广泛使用；第三次工业革命是以计算机为标志，集成电路被广泛使用，芯片是计算机的基础；第四次工业革命是计算机加互联网、物联网、移动通讯，网络被广泛使用，芯片仍然是基础。
总结起来，人类社会经历了前工业时代、工业时代和后工业时代。后工业时代包括现在的工业3.0、工业4.0，制造母机都是光刻机，这就相当于工业时代的机床，前工业时代的人手。
但与人手、机床这样的原始工具不同，光刻机以光作为刀具。由于光的波长极短，典型的在百纳米量级，所以光刻刀具极其锋利，业内叫做光刻分辨力。光刻的工艺也极其复杂。先通过对基底涂覆感光胶曝光，显影后形成原始图形；而后通过薄膜、刻蚀、注入等形成一层结构；再通过涂胶和套准曝光、显影和薄膜、刻蚀、注入等工艺形成第二层结构直至N层结构。复杂的芯片需要上百次套刻和数千道工艺、几百种设备才能完成，可以说工艺极复杂，结构超微细——头发的直径约为80微米，而最先进的光刻机加工能力能够达到22纳米，是头发直径的1/3600，能够在头发表面加工各种复杂结构！
明代《核舟记》记载：“明有奇巧人曰王叔远，能以径寸之木为宫室、器皿、人物......通计一舟，为人五，为窗八，为箬篷，为楫，为炉，为壶，为手卷，为念珠各一；........嘻，技亦灵怪矣哉！”而光刻机工艺可以将《三国演义》上下册100多万字轻松刻在0.1mmX0.1mm基底上，其技兆倍于王叔远也！
结构的超精细和高度复杂，实际上是为了适应人类生活中对复杂而灵活的功能芯片的需求。光刻机所加工制作的芯片（器件或系统），在平板显示、通讯、计算机、航空航天、生物医学等领域取得广泛应用，其影响无所不在、无所不能。
以日常生活中的常见事物为例：LED灯是节能环保的绿色能源，它正是利用光刻机加工出的微纳结构（P、N结）实现发光；电视、手机、电脑之所以能够显示各种图像，是源于光刻机在面板内部加工出每个像素对应的多种微纳结构；计算机更是光刻技术的集中体现，CPU、内存、主板、显卡等都是光刻加工的产物，正是得益于光刻机技术的进步（最小加工尺寸减小），使得我们的CPU越来越快、内存越来越大；汽车之所以知道空调温度、安全带是否系紧、车门是否关好、当前车速、油量等等信息，正是源于利用光刻技术所加工的各种微型传感器；机器人之所以能够完成各种复杂动作，也是利用光刻机所加工的各种控制芯片、传感器，实现运动控制；利用光刻机加工的纳米微针，能够实现无痛注射，减轻病人痛苦……光刻机的应用在现代生活中不胜枚举。
光刻机可以分为接近接触式光刻、直写式光刻、以及投影式光刻三大类。接近接触式通过无限靠近，复制掩模板上的图案；投影式光刻采用投影物镜，将掩模板上的结构投影到基片表面；而直写，则将光束聚焦为一点，通过运动工件台或镜头扫描实现任意图形加工。光学投影式光刻凭借其高效率、无损伤的优点，一直是集成电路主流光刻技术。
投影光刻机曝光成像与照相机原理相似，都是将已有图像成像到记录介质上，所不同的是照相机记录的是外部景观，而光刻机的图像是基于掩模版；照相机利用感光元件存储光影数据，光刻机的记录介质是基片。更核心的区别是，光刻机成像最小图形尺寸为22纳米，而相机仅为8微米左右，光刻机分辨细节的能力相当于相机的360倍；光刻机能够加工12英寸基片，而相机成像单元尺寸目前最大仅为 36mm×24mm。
光刻技术一直追求更高的信息容量和更高的功能密度。大面积、高分辨力以及三维立体光刻是光刻的主要发展趋势。我们的电视更大、电脑更快，离不开光刻技术的发展。高分辨力一直是集成电路重要追求目标，但传统光刻机无一例外受到衍射极限的限制，前面提到光的波长极短，但遗憾的是并不是为零，这个有限的长度就决定了光作为刀具，其锋刃的最小厚度，也只能到光波长量级。虽然多年的努力，人们已经可以让光刀锋刃的厚度显著地小于波长，但继续前行的困难越来越大。
目前，中国科学院光电技术研究所绕开传统的193纳米曝光的技术路线，采用365nm汞灯光源得到一个突破衍射极限的分辨率的图形，单次成像可以达到22纳米。2016年，美国劳伦斯伯克利国家实验室的一个团队打破了物理极限，将原有的最精尖的晶体管制程从14nm缩减到了1nm。
信息时代为我们展现的不仅是人与各种物理极限的博弈，更有全球科学家对摩尔定律的捍卫和彼此竞争。你，有兴趣参与挑战吗？
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