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光刻机为什么这么难 #2021.1.7

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。

 

光刻机难不难。

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。

你十几道加工手续,其中有一道误差是0.1毫米,则整个系统,“误差”就是0.1数量级。

 

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”。

陀飞轮为什么贵,瑞士的手表业都在克服些什么。

 

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。

 

等我们可以造光刻机了。

我们能造出更多,让举世震惊的东西,宛如神迹。

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