一个师妹问我，光刻厂为什么让光源跑5000米就能挑出来想要的纳米级光？她说，接网线时，需接8根线，假如只剥1公分的线，那么就很难接上，这就要剥10公分才有展转腾挪的操作空间呵。她又客气说到，光刻厂好像跟上边的比喻有点类似，但感觉还不一样，问我能通俗的解释一下吗？她说她能够理解把多功能机器拆分成多个单一功能的机器，却懂不得光只有跑5000米胡距离，为啥就能更容易得挑出想要粗细的光线呢？

我是门外汉，却碍于面子，以下是我胡解释。

不同波长的光分开，光刻机只需要特定波长的光

为了延续摩尔定律（参考：摩尔定律的继续将对物理学和经济产生巨大压力），硅片上集成的晶体管尺寸需要越来越小，这是通过光掩膜版在光刻胶上成像实现的。

但光学成像，是无法无限清晰下去的。光学成像小于一定大小，就必须考虑衍射效应，即对尺寸接近光波波长的成像细节，就开始模糊了。

公交车硬币分拣机，能精确的分拣一毛，五毛，一块的硬币

一般光刻机：光学手段

光刻是集成电路芯片制造中最复杂、最关键的工艺步骤。光刻机是光刻技术的关键设备, 由光源、照明、投影物镜、机械及控制等系统组成。

当电子束顺着直线在空间中，自由自在地飞行的时候，只要不惹它，它谁都不惹。

当有东西惹他，让它受到外力拐弯时，电子束就会非常生气，就向外发射电磁波，表达它的抗议及不耐烦。可见光，红外光，紫外光，X射线等等，都是电子束表达不满的各种电磁波中的一种。

别问我为啥电子束只要遇见外力那么会发光发火，说了你也不懂。更何况我懂，也不能乱讲。媳妇会更生气。

总之，你知道电子束被磁铁弄的拐弯的时候，它就会对外发射光线，将表达它的观点肯意见。不吭声就对了。

当你调节电子束的各种参数，例如间距啊、弯曲角度啊、能量啊，总有能人有办法控制电子束发出的光，让它发什么光，它就发什么光，让它发什么火，发多大火，它就老实干活发光发热就对了。

光刻机的原理是利用光刻机发出的光，通过具有图形的光罩，对涂有光刻胶的薄片曝光，光刻胶见光后会发生性质变化，使光罩上的图形复印到薄片上，从而让薄片具有电子线路图的作用。

光刻的作用，类似照相机照相。照相机拍摄的照片是印在底片上，而光刻刻的不是照片，而是电路图和其他电子元件。

光刻机就是放大的单反，光刻机就是将光罩上的设计好集成电路图形通过光线的曝光印到光感材料上，形成图形。

光刻大致相当于用光束在硅圆片上画画。

芯片比的是谁画得更细，越细越好。

7纳米的就比14纳米的好。

想画得细你的光束就得更细。波长越短，光束可以做到越细。例如，画28纳米的画，你用的光束就得比130纳米，90纳米的更细。

到了7纳米的时候，必须要用波长为13.5纳米的光束来画了。

13.5纳米的ASML的极紫外光是这么来的：

用炙热的等离子体来产生波长为13.5nm的光。即处于高度电离状态的锡离子（+8到+14价态）会产生波长为13.5nm共振跃迁。

1.先把纯锡熔化。

2. 将熔化的纯锡用一个特制的喷嘴喷出来，形成锡雾。锡雾里面每个锡滴直径要控制在27微米。

3.使用CO2激光器连续地打出两个激光脉冲。

4. 用一束激光照射锡雾里面的锡滴，要刚好把每个锡滴“压”成一块饼的形状。

5. 赶紧用另一束照射上述的锡饼。这时锡饼就会开始发光。它发的光波长从10纳米到100纳米。强大的激光瞬间使锡升温汽化并处于高温炙热的等离子状态，这一般被称为激光激发的等离子体。

6. 用一个反射镜把锡饼发射的光发射出去。再通过一系列的透镜和反射镜，从光束里筛选出13.5纳米的极紫外光。

7. 用一系列透镜和反射镜将筛选出的13.5纳米的漂亮的紫外线投射到硅片（晶圆）上，开始画画。

可以想象，上述7步需要多少黑科技。例如，熔化的锡滴要是沾在反射镜上面，反射镜不是完蛋？太对了。所以工程师机智地在反射镜那里又安装了一圈喷嘴，不停地喷纯氢气，把乱飞的锡滴吹走。就这样，一个反射镜用了半年还得换。

EUV光路，自右向左，最后打在硅片上

整个光源部分，单是镜头就有8层，基本只有蔡司才能做得出来。这些光学镜头人家蔡司肯定不卖给你。这些黑科技都需要我们一个一个攻克，因为大部分黑科技都对华禁运，买不着。想想这个工作量得有多大？

粒子加速器：高能物理手段

燃鹅，十几年前有几位高能物理科学家提出来: “你们干半导体的折腾半天不就是要13.5纳米的极紫外光嘛。这种光线在我们粒子加速器这里随便用啊，量大管饱。而且我们这儿的极紫外光很纯净，光源发射出来就只有这个波长的，没有哪些乱七八糟的50纳米、100纳米的妖艳货。。。电子束，也就是一团电子，在空中飞行的路线是直线。如果旁边有磁场，电子束飞行的路线就被被磁场弯曲。如果你把磁铁摆成一圈，你就能让电子束绕圈飞行。这个东西叫同步加速器。多简单那。全民支持不好么？非要搞些单干的。”

半导体工程师皱眉回答到：“不行啊兄弟，我知道你们经常揭不开锅，可是你们的加速器最小也得占两个足球场那么大。一套就得30亿-50亿人民币。俺们不能装进集装箱发给客户。就算能发给客户人家也不愿意出这个钱，谁都不富裕啊。”

于是这事儿就黄了。直到东方某大国被制裁。

某国发现光刻机成了腊子口天险。今天你不突破腊子口，你就得死在这里。那就干呗。50个亿不是问题，几个足球场不是问题。既然我的光源不能送到半导体厂里，那就叫你们半导体厂搬过来呗。

对于我们集中力量办大事的能力，这都不叫事儿。

ASML 低估了一个能自主建设超高速风洞、空间站、电子对撞机、同步辐射光源、核聚变设施、各型核电站、激光武器的国家意志。

想起多年前的一个故事：西方反潜机的磁力探测器6米长放在机尾，配合精密测量设备可定位潜艇。兔子求购精密测量设备而不得。于是，某大佬把两个20米长的探测器挂运八机腹下面，定位精度更高了...于是，后来...兔子的尾巴其实挺长的...

回归主题。

我先建造一个大型稳态微聚束同步加速器，叫SSMB。

SSMB原理验证实验示意图

同步加速器绕着一圈留好坑位。你们半导体厂把生产线搬过来，一家留一个坑位。多余的坑位投标哈，价高者得，都别想占国家的便宜。

打个比方：好比家里有个人，他非得吃国宴级别的佛跳墙才能活下来。那咋整？

只好每家请一个国宴厨师，把家里的厨房改造成专门做佛跳墙的。炉子、锅、碗、瓢、盆啥都要改造，还得小心伺候。负责改造厨房的包工头还特牛，你不是他的亲戚和小弟，他还不给你改造，让你家永远吃不上佛跳墙。

直到有一天一个聪明人说，你们费那劲干嘛啊？

咱们不是有食堂嘛。咱们弄个小食堂专门做佛跳墙。谁家想吃，自己带碗筷桌椅板凳过来排队，管够。

再打个比方：阿斯麦尔光刻机就是精确的控制：你喜欢用80度的水，好嘞，这台饮水机恒温80度；你喜欢79.9度的水，那就给你定制一台恒温79.9度的饮水机。

咱们国家的就是我没办法一台饮水机这么精确的控制，那我就修一个超级长的管道，长到100度水倒进去，流出来的时候水都成0度了。我再在管道的合适位置开水龙头，80度的地方开一个，79.9度的位置开一个，想要什么温度的就开哪个。这也有缺点，就是比荷兰的要大很多很多，不过没关系，

荷兰相当于给家庭用户出售饮水机，需要考虑大小。所以产品撑死一间屋子大小。咱们家里人口多，直接开茶楼，机器大点也一样。大不了就是“光刻机产业园”一个工厂就是一台超级光刻机 。

说起来还有点赛博朋克。

其实，SSMB-EUV光源质量远远超过单台机器上的锡滴激发的极紫外光。

围绕加速器的半导体生产线数量多的话，成本很容易摊销下来。

而且SSMB不但可以提供高质量的13.5纳米光束，还可以随时提供7纳米、5纳米光束，成本不会增加多少。

这将大大降低下一道刻蚀工艺的成本。

清华SSMB-EUV光源示意图

在未来，也许应用SSMB-EUV光源的生产线成本只有用ASML光刻机的几分之一。ASML以及使用它的光刻机的生产线们，都可以死了。

SSMB-EUV光源的实现有望帮助我国EUV光刻实现跨越式发展。可以在水电站或者核电站附近为中芯国际和其他芯片厂搞个同步辐射光源，就像供自来水一样专门产生超紫外或者软X激光。

把大型强子对撞机的钱投资在广东或者广西的核电站周围， 弄个同步辐射光源，把落后地区改造成一个宇宙级的芯片生产中心。

卷死全世界的芯片制造。用激光烧蚀锡滴的方法产生超紫外或者软X激光是***很小家子气的方法。