光刻機為什麼這麼難_風聞
西方朔-2021-12-18 21:09
原創 道典日記 道典日記 2021-12-12 15:09
光刻機為什麼這麼難 #2021.12.12
根據今天早上“會員2羣”聊天記錄整理。
一)誤差
哥哥的本科是物理。
雖然俺現在是一個“銅臭”的地產商人。但物理學得好,本質是“物理思維”,你理解看待世界的邏輯。
今天早上,2羣裏在討論光刻機。正好撞到哥哥的專業,實在是心癢難熬。

光刻機難不難。
中國能不能在短期之內,搞出光刻機。
為了回答這個問題,我們首先要講一個概念,“誤差”。
舉一個例子,我現在需要一個長棍,它的長度必須是10.003釐米。
精確的10.003釐米,長短一點點,都不行。
那麼,為了獲得10.003釐米,我需要怎樣的設備呢。
首先,我需要一把尺子,在鋼筋的位置,標出10.003釐米。
其次,我需要一把很準的銼刀。
它必須精確地移動到,10.003釐米的位置,左右0.001釐米都不行。
請問,你這樣把刀固定到這個位置。
確保手不抖?
誤差是什麼,什麼是“高端製造業”。
高端製造業,就是製造精度,再往下走一個數量級。
人類從最早的,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,分釐不差。
而精度每“往下”走一個數量級,你需要把所有的“設備”全部都換掉。
更新升級。
因為“誤差”的尺度,是由整個“工業體系”,最爛的一個環節決定的。
你十幾道加工手續,其中有一道誤差是0.1毫米,則整個系統,“誤差”就是0.1數量級。
你必須把每一道工序,都控制在0.001,甚至更低幾倍的數量級。
整合起來,才能保證0.001精度。
二)光刻機
光刻機是什麼,光刻機是0.000000001尺度,“納米”的世界。
“納米級”的工藝,代表着全人類先進尺度。
要構建一台“光刻機”,難不是核心部分的激光,7nm波長。
而是整台機器,所有零件,所有環節,全部都是“納米級精度”。
舉個例子,到了“非常微小”的尺度,目前的“機械移動”,早已經無法使用。
“機械”的精度是很低的,你很難讓銼刀,停留在指定位置。
目前“微小尺度”的移動,主要依靠“液壓傳動”。
一個很大的容器,二端面積1:10000.
這樣推動1cm,就可以換算成1納米。

我們初中物理,就學過“帕斯卡”原理,是不是很簡單。
但是,到了“納米”尺度,一切都不簡單。
因為,液體是可以被壓縮的。
液體具有“三相態”,在不同的温度,不同的壓力環境下,液體的壓縮比,會有輕微的不同。
雖然“宏觀”尺度無所謂,但你要做“納米機”的話,這一點點誤差,就能要你的命。
哪怕你照着書,給你“三相態”的具體數據和表格。
液體“純度”的輕微不同,也會影響差異。
工程師插嘴説,老大,你説錯了。
目前“液壓體系”在中國,做得渣的原因,根本沒到壓縮比呢。
中國“液壓”系統的落後,在於“密封性”不好。
液體總是有泄露的,尤其在高壓之下。而中國人很不擅長玩橡膠。
光這個“推進系統”的精度提升,就是一個很大的課題。需要天才工程師,十幾年的苦工。
其次,我再提一個普通人不知道的麻煩。“重力校正”。
陀飛輪為什麼貴,瑞士的手錶業都在克服些什麼。
引力無所不在,14世紀的鐘表匠,就早已經發現,鐘錶會在“重力”的影響下,慢慢誤差。
因為“機械手錶”的本質,是一個飛輪。而飛輪轉上去的環節,就需要克服重力。
為了對沖“重力”的影響,瑞士人搞出了一個無比複雜的鐘表結構。這就是“陀飛輪”,就是所謂的表芯。

全世界所有位置的“重力”,都是不同的。
雖然教科書説,重力加速度是9.80665 m/s^2,但實際情況是,還是有輕微差異。
例如,“煤炭工業”常用的一個儀器,叫做“重力議”。
只要當地的g異常,高萬分之一。
地底下往往藴藏有30萬噸以上,大型煤礦,物質密度特別高。
(重力儀不能具體識別埋的是什麼。所以也有“挖礦如探寶”的説法)

“重力”的輕微差異,雖然在“宏觀”尺度不算什麼。
你平時加工一個“手工耿”,根本不需要在意重力。
但是你到了0.00000001精度,納米尺度,這一些全部都是誤差。
每一項都要充分考慮。
光刻機是什麼。
光刻機其實是一整套完整的“納米工業”。
光刻機雖然輸出了一個7nm芯片。
但其背後,動力系統,測量系統,避震系統,密封系統,液壓光鏡材料,每一樣都需納米精度。
為了吃份培根。
你得整個養豬場。
三)高精度的意義
中國工業,本來就屬於“後起之秀”,大而不強。
“高端製造業”,一直落後西方國家幾十年。“完整的工業配套體系”,不是一朝一夕可以建造起來的。
J20五代機的雷達,可以探測300公里。
三代機J8的雷達,只能看100公里。
WTO以後,大量的西方科技,傳入中國,改革開放不斷加深。
使得“中國製造”的精度,提升了一個數量級。
很多人覺得奇怪,為什麼中國的“軍力”,一下子飛躍了。
不是靠60年代的人海戰術,堆積數量。
實實在在的更新換代,技術指標追上。
因為“中國製造”的精度上來了。
你能達到超細微的分辨率,雷達就可以看400公里。
精密貼縫之後,潛艇就可以靜音。
精度越高,武器越強,直至代差。
而“光刻機”意味着“納米工業”。
納米工業,是人類目前科技的巔峯。無數高精尖最終進化的結果。
“光刻機”應該是一個體系完整,瓜熟蒂落的結果。
短期之內,想急是急不出“納米工業體系”的。
等我們可以造光刻機了。
我們能造出更多,讓舉世震驚的東西,宛如神蹟。