什么是光刻機

讀者小玉問：“常常從新聞中聽到光刻機這個名詞，它到底是什么？為何如此重要呢？”時至今日，我們的生活和學習早已離不開智能設備，這些智能設備的“大腦”是各種各樣的芯片，而光刻機則是芯片制備中必不可少的設備．簡單來說，可以認為芯片是由若干電路結構集合而成的，這些電路就像生物的大腦，其數(shù)目和結構的復雜性決定了芯片的“聰明”程度.

芯片的總體積就那么大．要把芯片做得“聰明”，每一個電路結構就不能占用太大的空間．例如，某芯片是7 nm制程的．可以認為這個芯片上最小的電路結構的尺度是7 nm.

那么我們?nèi)绾渭庸み@么微小的電路結構呢？大家可以思考一下，想要制作一個結構．是不是需要用到比這個結構更細小的工具．例如篆刻的師傅要用鋒利的刻刀尖來進行篆刻，因此，要制作納米量級的電路結構，就需要找到比納米量級更細小的工具，這個工具就是光．

在初中物理中，我們知道凸透鏡可以會聚光，一束平行光經(jīng)過凸透鏡后可以在凸透鏡的焦點處得到一個很小的光點，如果進一步將多個光學透鏡組合起來，就可以讓這個光點繼續(xù)變小到接近光自己所能達到的最小值（這個最小值與光本身的波長有直接關系），這樣一來就可以得到我們需要的納米級工具了．

目前，世界范圍內(nèi)最先進的光刻機用的是極紫外光，這種光的波長是13.5 nm.這里大家可能會有一個疑問，是不是說13.5 nm波長的光就只能做出13.5 nm的電路結構呢？實際上，利用多重曝光的技術可以刻出更小的電路結構．

接下來就要解決如何實現(xiàn)這個工具的問題了，一臺光刻機由三大關鍵部分組成：

第一部分是光源，即要得到穩(wěn)定的光源．讓一束激光持續(xù)準確擊中以約90 m/s速度運動的小錫球，它在溫度達到50萬攝氏度時就成為等離子體，此時再用一束激光轟擊它，它才能產(chǎn)生波長為13.5 nm的極紫外光.

第二部分是光學系統(tǒng)．要將產(chǎn)生的極紫外光收集起來，形成一束極紫外光．這需要一套達到物理極限的理想光學儀器組，且這套光學系統(tǒng)必須工作在超高真空中，不能有任何干擾.

第三部分是“篆刻”工作臺．要把幾百億個電路結構刻在芯片上，離不開高精度的工作臺．如果工作臺的精度低于要刻出來的結構，那么想要的結構就無法刻出來．因此．我們還需要一個能精確移動萬分之一頭發(fā)絲直徑的“篆刻”工作臺來移動我們的“刻刀”，我們熟悉的刻度尺，其分度值一般為1 mm．比這個工作臺粗略了約10萬倍！

如此苛刻的條件使得極紫外光光刻機成了人類工業(yè)文明的標志，雖然截至目前．世界上沒有一個國家可以獨立地生產(chǎn)極紫外光光刻機，但是我想，同學們?nèi)绻米约核鶎W的物理知識去關注國家戰(zhàn)略需求的最前沿，那么在更好地理解自己所學知識的同時．可以發(fā)現(xiàn)自己距離科技前沿并不是那么遙遠．物理可以改變世界，學好物理的你也可以．