第二节课,讲人类发明的最精密的机器。
光刻机干的活,本质上可以类比成一台照相机:把电路图像幻灯片一样,用光缩小4倍,投影到涂了光刻胶的硅片上;一片先进芯片要这样套印几十上百层,层层分毫不差。线条越细,就得用波长越短的光——从汞灯的436纳米,一路压到极紫外光的13.5纳米。
到EUV这一代,物理学处处跟科学家作对:这种光空气能吸收、玻璃也能吸收,机器里只能抽成高真空、改用反射镜;光在自然界不存在,得凭空造——每秒5万次激光轰击锡滴,打出22万摄氏度、太阳表面近40倍的等离子体;蔡司的反射镜平到放大到整个德国国土那么大,最高的山丘起伏不到0.1mm;承载硅片的工件台磁悬浮加速,七个重力加速度、猛过战斗机,定位精度比一个硅原子还小。
图1:光刻机原理示意图

2002年,全行业押注157纳米路线、已经砸进去20亿美元,台积电的华人工程师林本坚,在157纳米的专场大会上砸场子——提出波长不换,镜头底下灌一层超纯水就行。就这一层水,把摩尔定律从45纳米硬续到7纳米。阿斯麦当年就改造出样机、台积电第一个站出来下单,尼康慢了半拍,从此攻守易形。
图2:三十年份额大逆转

ASML(阿斯麦)起家于飞利浦办公楼旁边的一间板棚屋,1995年全球份额只有15.9%,尼康佳能合计近八成;它靠双工件台、浸没式快攻,以及"镜头找蔡司、激光找通快、光源收购Cymer"的总集成商模式翻盘,2024年份额高达94.1%,EUV市场甚至百分之百垄断。
EUV是一场三十年、上百亿美元的豪赌:2012年,英特尔、台积电、三星三个死对头居然掏钱成了ASML的股东。今天EUV一台1.5到两亿美元、订单排到2028年,也成了大国博弈最要命的咽喉:中国大陆一台EUV都没拿到;国产最先进量产光刻机停在90纳米,国产EUV原型机据路透社报道尚未产出可用芯片。差距是真实的,但是国产替代的进步也是真实的。
图3:国产光刻追到哪了(四代技术进度条)

下节课:同样一台EUV,放到不同芯片厂手里,出来的水平天差地别。张忠谋老爷子56岁才创业,怎么把造芯片这件事单独劈出来,劈成今天整个芯片世界的格局?台积电,我们下期见。

