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如果把一枚光刻機(jī)的鏡片放大到地球那么大,它表面最高的“山峰”也只有1.2毫米。
而創(chuàng)造這一奇跡的,竟然是一家誕生于19世紀(jì)的小作坊。
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卡爾蔡司,靠手工研磨鏡片起家,不但兩百年不倒,還居然站在了二十一世紀(jì)人類科技的最前沿——沒有它的鏡片,ASML的光刻機(jī)就是一堆廢鐵,什么先進(jìn)芯片、什么人工智能......一邊涼快去吧。
所以這家公司,到底是怎么創(chuàng)造奇跡的?
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時(shí)間回到1846年,德國(guó)耶拿,一家只有幾名學(xué)徒的小作坊。卡爾·蔡司正在這里做著最普通的活:磨透鏡、裝顯微鏡。但他做這件事的方法很不普通——他把每次打磨的曲率、厚度、誤差都記錄下來。在那個(gè)年代,這是極少有人會(huì)做的事。這種記錄帶來一個(gè)直接結(jié)果:工藝第一次可以被量化。
但蔡司很快意識(shí)到,光靠工匠經(jīng)驗(yàn),做不出真正穩(wěn)定、可預(yù)測(cè)的鏡頭。于是,1866年,他找來了26歲的物理學(xué)家恩斯特·阿貝。這是蔡司發(fā)展史上最關(guān)鍵的節(jié)點(diǎn)。阿貝不是來“幫忙”的,他是來把光學(xué)從經(jīng)驗(yàn)學(xué),推向物理學(xué)。他引入數(shù)學(xué)公式,建立成像理論,給鏡頭設(shè)計(jì)第一次畫出了完整的“光線圖”。靠這套理論,他們做出了世界上第一批按計(jì)算設(shè)計(jì)的顯微鏡。
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接下來,決定光學(xué)上限的問題出現(xiàn)了——材料。無論公式多完美,如果玻璃本身折射率不穩(wěn)定、雜質(zhì)太多,鏡頭就永遠(yuǎn)達(dá)不到極限。于是,第三位關(guān)鍵人物登場(chǎng):奧托·肖特。肖特是材料學(xué)家。他和蔡司、阿貝一起,從零開始研究光學(xué)玻璃的配方、熔煉溫度、冷卻方式。用今天的話說,他們?cè)谧觥安牧匣A(chǔ)科研”。 1884 年,他們建立了“耶拿玻璃廠”,制造出 60 多種全新光學(xué)玻璃。這些玻璃的折射率、色散數(shù)據(jù)第一次穩(wěn)定可靠,讓鏡頭性能直接躍升一個(gè)時(shí)代。
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這套體系——阿貝的理論 + 肖特的材料 + 蔡司的制造,構(gòu)成了后來整個(gè)蔡司帝國(guó)的技術(shù)底座。
然而,公司的命運(yùn)并不順利。兩次世界大戰(zhàn),工廠被炸。戰(zhàn)后公司被分裂成東蔡司和西蔡司。這幾乎等于從中間斷一刀。但奇怪的是,分裂并沒有削弱他們的技術(shù)。反而形成兩套不同路線的積累:東邊在精密機(jī)械上更強(qiáng),西邊在科研儀器上更快。等到統(tǒng)一,兩套體系合并,蔡司的技術(shù)譜系變得更厚。進(jìn)入半導(dǎo)體時(shí)代,挑戰(zhàn)升級(jí)。光刻鏡頭的要求不再是微米級(jí),而是納米級(jí),甚至皮米級(jí),也就是萬(wàn)億分之一米。
EUV 系統(tǒng)里最關(guān)鍵的,是一組多層反射鏡。它們的表面誤差必須控制在 0.1 nm 量級(jí)。作為對(duì)比:一個(gè)硅原子的直徑大約 0.2 nm。換句話說,鏡面不允許出現(xiàn)“比原子更大的意外”。這聽上去像不可能完成的任務(wù),但蔡司在前面一百多年建立的那套體系,剛好專門解決這種問題:材料自己做,曲率自己算,拋光設(shè)備自己造,測(cè)量?jī)x器也自己生產(chǎn)。這種“從玻璃到測(cè)量全鏈條掌控”的方式,讓他們可以把誤差一步一步壓低。
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在ASML 的 EUV 光刻機(jī)里,每一面來自蔡司的反射鏡,都要在真空系統(tǒng)里穩(wěn)定工作十年以上。這不是靠一項(xiàng)突破做到的,而是把歷史上所有的積累——理論、材料、工藝、測(cè)量——全部疊加后的結(jié)果。
而光刻機(jī),只是這套體系在 21 世紀(jì)的最新“應(yīng)用場(chǎng)景”。
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