光刻机为什么这么难 _#2021.12.12

根据今天早上“会员2群”聊天记录整理。

一）误差

哥哥的本科是物理。

虽然俺现在是一个“铜臭”的地产商人。但物理学得好，本质是“物理思维”，你理解看待世界的逻辑。

今天早上，2群里在讨论光刻机。正好撞到哥哥的专业，实在是心痒难熬。

中国能不能在短期之内，搞出光刻机。

为了回答这个问题，我们首先要讲一个概念，“误差”。

举一个例子，我现在需要一个长棍，它的长度必须是10.003厘米。

精确的10.003厘米，长短一点点，都不行。

那么，为了获得10.003厘米，我需要怎样的设备呢。

首先，我需要一把尺子，在钢筋的位置，标出10.003厘米。

其次，我需要一把很准的锉刀。

它必须精确地移动到，10.003厘米的位置，左右0.001厘米都不行。

请问，你这样把刀固定到这个位置。

确保手不抖？

误差是什么，什么是“高端制造业”。

高端制造业，就是制造精度，再往下走一个数量级。

• 人类从最早的，能掌握1毫米的尺度。

• 到0.1毫米

• 到0.01毫米

• 到0.001微米精度，分厘不差。

而精度每“往下”走一个数量级，你需要把所有的“设备”全部都换掉。

更新升级。

因为“误差”的尺度，是由整个“工业体系”，最烂的一个环节决定的。

你必须把每一道工序，都控制在0.001，甚至更低几倍的数量级。

整合起来，才能保证0.001精度。

二）光刻机

光刻机是什么，光刻机是0.000000001尺度，“纳米”的世界。

“纳米级”的工艺，代表着全人类先进尺度。

要构建一台“光刻机”，难不是核心部分的激光，7nm波长。

而是整台机器，所有零件，所有环节，全部都是“纳米级精度”。

举个例子，到了“非常微小”的尺度，目前的“机械移动”，早已经无法使用。

“机械”的精度是很低的，你很难让锉刀，停留在指定位置。

目前“微小尺度”的移动，主要依靠“液压传动”。

一个很大的容器，二端面积1:10000.

这样推动1cm，就可以换算成1纳米。

我们初中物理，就学过“帕斯卡”原理，是不是很简单。

但是，到了“纳米”尺度，一切都不简单。

因为，液体是可以被压缩的。

液体具有“三相态”，在不同的温度，不同的压力环境下，液体的压缩比，会有轻微的不同。

虽然“宏观”尺度无所谓，但你要做“纳米机”的话，这一点点误差，就能要你的命。

哪怕你照着书，给你“三相态”的具体数据和表格。

液体“纯度”的轻微不同，也会影响差异。

工程师插嘴说，老大，你说错了。

目前“液压体系”在中国，做得渣的原因，根本没到压缩比呢。

 

中国“液压”系统的落后，在于“密封性”不好。

液体总是有泄露的，尤其在高压之下。而中国人很不擅长玩橡胶。

光这个“推进系统”的精度提升，就是一个很大的课题。需要天才工程师，十几年的苦工。

其次，我再提一个普通人不知道的麻烦。“重力校正”。

引力无所不在，14世纪的钟表匠，就早已经发现，钟表会在“重力”的影响下，慢慢误差。

因为“机械手表”的本质，是一个飞轮。而飞轮转上去的环节，就需要克服重力。

为了对冲“重力”的影响，瑞士人搞出了一个无比复杂的钟表结构。这就是“陀飞轮”，就是所谓的表芯。

全世界所有位置的“重力”，都是不同的。

虽然教科书说，重力加速度是9.80665 m/s^2，但实际情况是，还是有轻微差异。

例如，“煤炭工业”常用的一个仪器，叫做“重力议”。

只要当地的g异常，高万分之一。

地底下往往蕴藏有30万吨以上，大型煤矿，物质密度特别高。

（重力仪不能具体识别埋的是什么。所以也有“挖矿如探宝”的说法）

“重力”的轻微差异，虽然在“宏观”尺度不算什么。

你平时加工一个“手工耿”，根本不需要在意重力。

但是你到了0.00000001精度，纳米尺度，这一些全部都是误差。

每一项都要充分考虑。

光刻机是什么。

光刻机其实是一整套完整的“纳米工业”。

光刻机虽然输出了一个7nm芯片。

但其背后，动力系统，测量系统，避震系统，密封系统，液压光镜材料，每一样都需纳米精度。

为了吃份培根。

你得整个养猪场。

三）高精度的意义

中国工业，本来就属于“后起之秀”,大而不强。

“高端制造业”，一直落后西方国家几十年。“完整的工业配套体系”，不是一朝一夕可以建造起来的。

J20五代机的雷达，可以探测300公里。

三代机J8的雷达，只能看100公里。

WTO以后，大量的西方科技，传入中国，改革开放不断加深。

使得“中国制造”的精度，提升了一个数量级。

很多人觉得奇怪，为什么中国的“军力”，一下子飞跃了。

不是靠60年代的人海战术，堆积数量。

实实在在的更新换代，技术指标追上。

因为“中国制造”的精度上来了。

你能达到超细微的分辨率，雷达就可以看400公里。

精密贴缝之后，潜艇就可以静音。

精度越高，武器越强，直至代差。

而“光刻机”意味着“纳米工业”。

纳米工业，是人类目前科技的巅峰。无数高精尖最终进化的结果。

“光刻机”应该是一个体系完整，瓜熟蒂落的结果。

短期之内，想急是急不出“纳米工业体系”的。

我们能造出更多，让举世震惊的东西，宛如神迹。