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中国有没有可能完全独立自主研发出最先进的光刻机-2

我们回到正题，制造一台光刻机有多难呢？

我先定个性，光刻机是目前为止，人类有能力制造的最精密和复杂的机器，没有之一。

一台光刻机，有三大关键部分组成。

第一部分是光源、

第二部分是光学系统、

第三部分是蚀刻工作台。

每一部分的技术挑战都堪比登月。

先说光源。

要产生 13.5 纳米波长的极深紫外光，目前的做法是用高功率的激光轰击一个直径只有三千万分之一米的小锡球（就是金属锡的锡）。

但这一句话不足以描述它的难度，我需要展开来说。

首先要让一束激光准确击中正在以时速大约 200 英里运动的小锡球，等小锡球的温度达到 50 万度时，会成为锡等离子体，这时再用一束激光轰击它，这时就能产生波长 13.5 纳米的极深紫外光。

要持续稳定产生这种紫外光，需要以每秒钟大约 5 万次的频率轰击小锡球。这种激光器全世界只有一家德国公司能生产，这家叫通快的德国公司用了十年时间才研发成功，单单是这台激光器就有 45700 多个零件。
  但你可能没想到，通快公司的这台激光器又依赖于一家立陶宛的公司提供关键设备，没有这家立陶宛公司制造的光源设备，通快公司也不行，简直就是螳螂捕蝉黄雀在后的既视感。

下一个难关是如何把这种极深紫外光收集起来，形成一束极深紫外光的激光呢？这就是下一个关键部分。

光学系统。

为 EUV 研制的这套光学系统全世界也只有一家德国公司能制造，它就是大名鼎鼎的蔡司公司。你可能听说过蔡司生产的相机镜头是世界上最好的镜头之一，可是相机镜头与 EUV 光学系统用的镜头比起来，那就好像是螺旋桨撒农药的飞机和喷气式战斗机的差别了。

  这套光学系统至少涉及以下这些技术挑战：

高精度非球面加工，

多层膜反射镜，

高质量熔炼，

离子束抛光技术，

极限精度磨制。

刚才说的这一串技术名词你不必深究，你只需要知道，最终的目标是要制作出一片绝对光滑平整的镜片，要光滑到什么程度呢？

就是三体中水滴的那种光滑程度，镜片的起伏就是大约一个原子的误差，接近理论上的物理极限。

  如果用蔡司自己的宣传比喻，就是把这片镜片放大到整个德国那么大，起伏也没超过 0.1 毫米。

如果一个病毒落在这片镜子上，那就好像拔地而起一座百米小山。

所以，这套光学系统必须工作在真空中，不能有任何一点点的干扰。
  但有了光源和镜头还远远不够，这只是好比我们有了科字的刻刀，接下去一步是要在指甲盖大小的硅片上刻出几百亿个晶体管。

精密仪器工作台。

为了把几百亿个晶体管刻成，我们需要一个精度极高极高的控制台，我很难找到准确的比喻来形容它的制造难度。

这个控制台有 55000 个高精度的零件构成，而这些零件又至少依赖于日本、韩国、中国台湾、美国、德国以及荷兰自己提供的专利技术，少了任何一个都不行。

以上这些，大概就是制造一台目前世界上最先进的光刻机的难度。

它的研发历史大概是这样，

1997 年，英特尔公司和美国能源部共同投资一家公司，开始研制 EUV 光刻机。在 6 年的时间中，这家公司研发了绝大部分的核心专利技术。
  但英特尔和美国能源部都不打算自己造光刻机，因为他们觉得造光刻机其实不挣钱，还不如把核心技术授权给一家外国公司，让他们去造光刻机。

后来，荷兰的阿斯麦公司拿到了这些核心技术的授权，然后在三星和台积电等公司的帮助下，终于在 2010 年生产出了第一台 EUV 光刻机的原型机，又测试、优化、升级了 9 年，最终在 2019 年生产出了第一台可以正式投入商业生产的 EUV 光刻机，总共历时 22 年。

然而，虽然 EUV 光刻机是荷兰的阿斯麦公司生产的，但它也不过就是一个组装厂，只有 15% 的零件是自主生产的，其他 85% 的零件依靠进口。

又因为美国能源部拥有光刻机几乎所有的核心专利，所以，阿斯麦生产光刻机，需要美国能源部的授权。

这就是为什么假如美国政府说不准把光刻机卖给中国，荷兰的阿斯麦公司只能听它的原因。

  可以说，一台 EUV 光刻机是七、八个国家围成一个圈，卡着阿斯麦的脖子。

中国想要突破技术封锁，独立生产光刻机，就需要在全部三大关键部分上实现完全的自主创新。

我们现在只能说，在第一个光源部分，我们看到了一点点希望。

2010 年，斯坦福大学的华人教授，同时也是清华杰出访问教授赵午与他的博士生一起提出了一种产生极深紫外光源的新原理，这种原理被称为   “稳态微聚束”，英文简称 SSMB，就是利用巨大的粒子加速器来产生极深紫外光。

2017年，清华大学的唐传祥教授团队与德国的同行一起合作，完成了实验的理论分析和物理设计，并开发测试实验的激光系统，进行了一定的原理验证。

2021 年2 月，他们的论文在《自然》杂志上成功发表，唐教授的博士生邓秀杰是第一作者，唐教授和德国亥姆霍兹柏林材料与能源研究中心的另外一位教授是通讯作者。
  这里顺便提一下学术圈的一般规则，第一作者一般是指该研究课题中贡献最大的人，而通讯作者则是课题的负责人和成果受益人。

(未完待续, To be contd)
 

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