超简超通俗光刻机简史，兼谈“70年代的光刻机”

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超简超通俗光刻机简史，兼谈“70年代的光刻机”。

0+0=0。1+0=1。0+1=1。1+1=10。

你别不信，计算机归根到底只会算这个，所有的计算问题都是通过一种叫“程序”的办法最终转换为这几个算式。但是因为计算机速度够快，所以能解决非常非常复杂的计算。

几十年前，物理学家发现了一种叫PN结的奇妙东西，图1。电荷只能从P流向N，反过来不行。工程师大喜，很快用这个原理制作出二极管和三极管，实现了半导体数字电路。二极管通的时候表示1，断的时候表示0，加上简单的电路，以上计算功能就实现了。

晶体管计算机横空出世。

二极管和三极管很容易制作，我小时候在市场上可以论斤两买到。

其实P和N都是硅，只是加进了微量的不同元素。很快有人想到，如果拿一块研磨得平整的硅片，按照电路的需要在上面挖出小槽或者打上小坑，在其中“浇铸”一些这微量元素，不就可以在一个指甲盖大的硅片上做出好多好多二极管了吗？

成功了。先辈们开始是这样干的：

（1）画出线路图；（2）把线路图制作成“掩膜”，你想象它是照相的底片；（3）把底片投射到涂了光刻胶的芯片（你想象它是相纸）上，就像洗照片一样；（4）按照光刻胶上的图案进行“刻蚀“，就是倒进铁水...不是啦，那些元素的离子。

这工艺，跟图2往车子上喷字很像吧？

这工艺比较简单，很快大家都会了。中国在60年代就出现了这种设备，开始是上百微米，后来是几微米....

这工艺最高级的可以做到刻出1微米的字。人的头发直径是60-90微米，所以当时大家已经高兴坏了：这太精细了，够用了够用了。

高兴不了多久就高兴不起来了：还是不够用，还要细才行。

但是老工艺（接触式光刻），到此到头了。再细，不行了。

大家就开始想办法。各国想的办法一箩筐。主要的几个办法如下。不用记，感受一下就好，因为它们都过时了：

i线（365nm）
KrF（248nm）
ArF Dry（193nm）
ArF溶液（193nm）

括号里分别是这些工艺走到的极限。

1微米=1000纳米。对，1千

唯独在小国荷兰的飞利浦公司里，一伙人想出了EUV。术语叫：极紫外光。你这样记：咦哟喂。

只有他们成功了。这伙人后来从飞利浦分离出来，成立了一家叫做ASML的公司，专门做光刻机，从此地球上一家独大，一骑绝尘至今。关于ASML，可以参考我的老贴：O不太老

他们的几纳米级光刻机有10多米长，二层楼高，一台机器运输起来需要三架运输机。其中有数以10万计的零件（不包括3万多个螺丝钉），几千米长的电缆光缆....

要强调的是，其中90%以上根本不是荷兰的。光学镜头来自德国，光源设备美国的，硅晶片当然只能是日本的...资金也来自几十个股东，比如英特尔、台积电等等，反正听起来跟大家“众筹”差不多。

据说他们已经进军2纳米，我相信1纳米也是时间问题。

问题来了。硅原子直径只有0.1纳米，不可能最后去蚀刻硅原子吧？所以，ASML现在的光刻机一定会过时的，时间问题，哼哼，虽然我估计看不见那一天了。

此后怎么办呢？

各国科学家研究硅以外的材料很久了，比如石墨烯、有机材料等等。不过都还在科学家的脑子里，很小一部分实验在实验室里进行着，结果有喜有忧。它们目前距离实用都还很遥远，中间隔着无数美好的愿望，和灵感。

不过我相信最终半导体材料会有突破，那时可能硅片也走进历史。在这个过程中，需要很多智商超群的科学家们一个接一个地灵感发现。他现在可能在海淀上初中，可能在剑桥读化学，可能正在半懂不懂地听父母讨论投川普还是拜登，甚至也可能还坐在一艘难民船或飞机上，跟乔布斯的爸爸当年一样。

但愿他们都得到公平的机会和自由的空间。

最后扯几句中国的光刻机。中国是1960年代就有光刻机了，跟我的岁数差不多。但那时，跟世界上大多数有光刻机的国家一样（那时有光刻机的国家还不少），是接触式光刻技术。

它跟现在的咦哟喂比起来，基本上是二踢脚和运载火箭的关系：就是没有毛关系。沿着二踢脚的路线再怎么奋勇前进，也不会抵达运载火箭。其实大家都差不多，除了荷兰人。

说第一代光刻机因为改开下马也是无稽之谈。落后被淘汰，不是改开的问题。何况，80年代中期，中国还有过光刻机的黄金年代，那时的装备能造出几微米和大几百纳米的芯片，它们很多现在其实还在大量制造和流通，比如类似图3的,1元多一个，在你家的某个电子设备里面一定能找到。

来源：不太老（老榕）微博

文家二哥

台积电好像要搞3nm了