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EUV光刻机难还是原子弹难?

十万个为什么 空空 2024-4-27 20:35:22 5次浏览

关于问题EUV 光刻机难还是原子弹难?一共有 2 位热心网友为你解答:

【1】、来自网友【洒酒慰平生】的最佳回答:

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。

【2】、来自网友【毒舌财经】的最佳回答:

问这个问题的基本上是对 EUV 光刻机不太了解的人,至于光刻机制造难度更难,还是原子弹制造更难,我们通过对比简单的数据就知道。

目前全球能制造出原子弹的国家并不少,已经部署原子弹的总共有 8 个国家,分别是美国,俄罗斯,中国,英国,法国,以色列,巴基斯坦以及印度。

另外日本、德国也具备制造原子弹的实力,只是他们不允许制造而已,还有包括伊朗,朝鲜,巴西,南非这些国家也具有制造原子弹的潜力。

由此可见,目前很多国家都已经掌握了原子弹的制造技术,只是迫于国际压力,他们不敢明目张胆的制造出原子弹而已,因为原子弹的制造会受到国际的制裁。

而且目前已经造出原子弹的这些国家当中,大多数国家都是在上世纪 70 年代之前造出来的,比如美国在 1945 年就已经造出来,俄罗斯在 1949 年就造出来,中国在 1964 年造出来,即便最晚的印度在 1974 年也造出来了。

而光刻机的诞生是伴随着半导体产业的发展而诞生的,在上世纪 60 年代的时候,光刻机已经开始出现,但当时真正具备制造光刻机实力的也只有几个国家,分别是美国,日本,中国,德国等少数国家,但这些国家制造出来的光刻机技术都相对比较。

而目前全球最高端的 EUV 光刻机只有一个国家拥有,那就是荷兰的 ASML,就连日本拥有尼康、佳能这样的顶尖巨头也造不出 7 纳米以上的 EUV 光刻机,所以目前全球的 7 纳米 EUV 光刻机基本上被荷兰的 ASML 一个企业垄断。

此外,因为 7 纳米以上光刻机技术难度更大,目前日本的尼康和佳能已经放弃了高端光刻机的研究,只保留中低端的光刻机。

而过去十几年,我国在光刻机研究方面也投入了大量的资金和精力,但是长期以来我国已经量产的光刻机也只不过是 90 纳米,虽然目前我国 28 纳米光刻机已经取得技术上的突破,但要真正实现量产也需要等到 2021 年,或者 2022 年。

就算我国 28 纳米光刻机生产出来了,但是跟荷兰 asm7 纳米光刻机的差距仍然是非常大的,所以短期之内我国想要制造出 7 纳米以上的高端高光刻机难度很大。

通过简单的对比之后,我们就可以发现 EUV 光刻机的制造难度,要远远比原子弹制造难度更大。

原子弹的制造其实不需要复杂的工程,需要使用到的产业链和配件并不是很多,原子弹制造最难的一个环节就是铀浓缩,只要把铀浓缩提炼出来了,那么原子弹制造就水到渠成了。

光刻机制造则完全不一样,目前一台高端光客机有几万甚至上 10 万个零部件构成,这些零部件都是行业内最顶尖的技术,一个零部件都需要经过反反复复的打磨,才符合高端光科技的要求。

比如之前美国一个工程师曾经说过,为了打造光刻机上的一个零部件,他反反复复打磨了 10 年时间。

由此可见,光刻机的技术要求是非常高的,也正因为如此,目前全球没有任何一个国家能够单独生产出高端光刻机,即便荷兰 ASML 垄断了全球 7nmEUV 光刻机,但是他们 90%以上的零部件都是依赖于从美国,德国,日本,中国台湾,韩国等一些国家或地区进口。

比如 asml 的光源来自于美国企业,镜头来自于德国的蔡司,光罩来自中国台湾等等。

这里面单是镜头和光源就是让人头疼的一件事情,比如德国蔡司提供的镜头技术难度到底有多大呢?我们举一个很简单的例子,如果把一个小小的镜头比作整个德国的国土面积,那么最高凸起的地方不能超过一厘米,大家自己想象一下这个要求到底有多高。

也正因为 EUA 光刻机技术难度就太大,所以目前真正掌握 EUV 光刻机技术的国家只有荷兰一个,其他国家即便有精力有资金投入,短期之内也不可能研究出来。

毕竟 EUV 光刻机所需要的几万个零部件,短期之内某一个国家不可能完全生产出来的,它需要多个国家多个企业共同努力,共同合作,才能打造出高精尖的光刻机。

但在一些核心零部件上,目前西方国家一直对我国进行技术封锁,这也是为什么我国十几年来光刻机研发进度非常缓慢的一个重要原因,因为我们所有核心零部件都需要自己一步一步的从 0 开始研发,所以难度是非常大的。

总之,原子弹只要你掌握了制造原理,并把铀浓缩提炼出来之后就可以制造出来,但是光刻机即便把所有的零部件放在你面前,让你自己组装,你也未必能够生产出合格的 EUV 光刻机,这就是原子弹跟光刻机制造的区别。

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