EUV光刻机难还是原子弹难_java

资料来源：网络整理时间：2023/3/8 16:44:11 共计：3577 浏览

EUV光刻机难还是原子弹难？

诚邀。

光刻机更难，而且在难度上不止一个数量级。且听我慢慢道来。

EUV光刻机是荷兰ASML的第五代产品。从第一代光刻机开始到现在，已经20多年时间了。提到荷兰的ASML公司，您也许会比较陌生。不过，这个公司的前身您一定听说过它的名字，那就是在八九十年代充斥电视荧屏广告时间的飞利浦公司。嘿嘿，想起来了吧。

1984年，由于当时的飞利浦面临经营困境，而不得不实施大规模裁员。裁员之后，将其内的优质资产和核心科研人员进行了剥离，ASML也是在那一年从飞利浦独立出来。在当年，飞利浦旗下的家电及照明产品，在行业内均名列前茅，优秀的制造基因使得ASML在诞生之初就获得了天赋一样的传承，其在专注于芯片制造业后，迅速成长为了该领域的强者。从强者到王者ASML行进了三十年，而人类的芯片制造技术也从800纳米规格提升到3纳米。这里的纳米，指的是芯片内部“晶体管”之间的距离。稍微懂得计算的人能明白，这意味着，在单位的体积下，可以容纳更多的晶体管和更密集的集成电路。所以，我们才可以把砖头一样的无显示屏手机逐渐进化到全显示屏的精巧智能手机。其中运算速度的提升何止千万倍。

其实，说起来，目前整个人类科技制造业的明珠就只有两颗，一个是航空发动机，而另一个则是芯片。这两个东西，代表了整个地球制造业的最尖端科技，也代表着这颗星球的最高制造水平。若是，真的有那么一天，外星生命造访地球，那么，咱们只需要把当期最先进的芯片抛给他，想来，以他们对科技的理解，绝对可以一目了然的明白咱们的科技和制造业所到达的境界。

航空发动机挑战的是在极端高温高压下材料和能量系统整合优化输出的极限，而光刻机则挑战的是在纳米级尺度的弹丸之地激光波长和量子隧穿的极限。这两个东西，其实依靠的都是对于材料科学的理解和运用。

人类手工能做到微雕的极限，据说是可以用一根笔直的针在真实米粒上镌刻出一整首诗歌。而光刻机，您可以理解为，是利用激光在硅晶圆上镌刻出上百亿的集成电路。大家都知道，光是一种以波粒二象性为表现形式的物理存在，若把光作为刻刀，在“显微镜”尺度下，给人的感觉更像是张飞的丈八蛇矛，其尖头不是笔直的，而是弯弯曲曲呈现正弦形式波动的。而你也会发现，若是想要刻出更精细的“纹路”，唯一的办法，就是把这把激光刀的波长，降到更低的纳米。简单点理解，就是波长越低，“摆动”越小，咱们才能刻出更细的纹路。

从上面这张图您也可以发现，其实，波长越低，咱们造出来的芯片纳米数就越低。当然，真正的光刻机制造芯片远远不是拿一把刻刀在硅晶圆上雕刻这么简单，它需要涂上光阻材料反反复复的在纯净的硅晶圆上照射几十上百次，用物理化学原理的进行“蚀刻”。限于篇幅，具体的制作工艺无法在这里描述，再说，这制造工艺也属于核心技术，笔者也不可能全都明白。不过，相关的原理却并不复杂，有兴趣的朋友可以自行百度查阅。笔者前期也有一篇问答简单的叙述过这个过程，想拓展阅读的朋友，可以找来看看。

所以，按照目前这种方式，其实人类也快触摸到硅晶圆芯片的物理极限。这不仅是硅这个元素本身的极限，而且这也是光刻机的极限。因为再低，硅片上就很容易出现量子隧穿，（因为电路与电路之间靠得实在太近，以至于他们内部传输的“粒子”都快是彼此擦身而过了）这会造成整体性能的极度下降及不可抑制的发热。

光刻机涉及到十万多个零件，而这些零配件，考验的是这个国家在光学镜片研发制造、极精密零件研发制造（精密机床）、光源设计制造、系统设计及调试、光阻材料研发制造等等方面的综合整体实力。所以，最尖端的光刻机到目前为止也没有量产，几乎就是以手工的方式，以工匠的精神，一个一个零件的攒，慢慢组装，再慢慢调试，靠“水磨”功夫磨出来的。目前的情况是，最先进的光刻机造好之后，重达180吨，超过10万个零件，需要40个集装箱运输，安装调试都要超过一年时间。

由于光刻精度只有几个纳米，所以EUV光刻机对光的集中度要求极高，它的整机系统对于精细化究竟达到一个怎样的变态程度，这里有一个比喻，可以帮助您加深理解。相当于拿个激光手电照到月球，光斑不超过一枚硬币。而反射用的镜子，要求其长30cm起伏不到0.3nm，这相当于是北京到上海做根铁轨起伏不超过1毫米。

这其中精密零件制造背后涉及到的精密机床，目前其实也是咱们的相对短板。当然，荷兰EUV光刻机，它的零件90%也是进口的，目前主要在他那里进行组装和调试，其中日本主要提供光学镜片，德国提供精密零件、瑞士提供清洗设备，美国提供研发支撑，当然，其中也有咱们器件。

所以，可以毫不夸张的说，这光刻机几乎集中了地球上的所有顶尖技术，若是一个国家就能够独立设计及生产的话，那它的科技绝对可以吊打全球。

而原子弹的难度主要在于高浓度铀的提取，以及在此背后整个化工及冶金体系的搭建。在原理上，你只需要明白，它一定是可以成功的，因为本来就有成功的例子摆在那里嘛。不断的实验获取数据，就会离成功越来越近。很难，但六十年代的咱们，也克服了，不是么:）

写在最后

其实，当时光刻技术也曾经卡在193纳米整整二十年，因为英特尔公司对摩尔定律的执念，所以集合了人类精英来了一次技术上的愚公移山，无论如何，我们还是应该为这些有梦想的人喝彩。认识到咱们自身的不足，更可以鼓足咱们继续上路的勇气。也许，最终有一天，人类会发明新的材料，替换掉硅基芯片，而曾经的奋斗史，却可以作为整个人类的精神财富。期待摩尔定律可以一直灵验下去，成为真正的定理。

注：图二来自于网络引用感谢原作者总结。

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