竹筠侠 发表于 2020-9-4 09:23:39

光学制造的王者——蔡司镜片

中国芯片保卫战,让荷兰光刻机ASML成为最耀眼的半导体设备明星。一台10亿多元的设备,想不卖就不卖,想何时交货就何时交货,没人比它更牛、更拽了。然而,ASML也有它的软肋。它完全离不开一家公司的光学系统——那就是德国蔡司光学公司。目前,ASML正在跟蔡司紧密合作,研发3nm光刻机。
但蔡司最初是做显微镜的,甚至连显微镜的发明者也不是蔡司公司人员,而是一百多年前的列文虎克。蔡司对显微镜生产的贡献在于:它首次将公式计算导入显微镜生产,从而大大提高了产品生产的效率。在此之前,显微镜生产全靠试错,那个时候成品率很低。而蔡司的公式计算则带来了生产效率的大幅提高。
继续沿着公式研究往前走,蔡司的工程师提出了正弦成像理论,并计算出显微镜的理论分辨率。但当时的玻璃质量太差,无法满足理论条件,高品质显微镜可以通过理论计算出来,却无法投入生产。于是他们找到了玻璃化学家——肖特。经过几年的研发,玻璃品质得到极大提升,蔡司用自研的玻璃证明了自己发现的理论,而经过工程与科学的双突破,蔡司公司的新型玻璃为镜头开发开辟了一条新路。它后来相继开发出普兰纳、天塞等典型镜头,至今仍是相机镜头的基本结构。正弦成像理论是高品质镜头设计的基本条件,是普兰纳镜头和天塞镜头的设计基础。这种正弦成像理论的支点技术突破,使得蔡司具有强大的同性技术:高品质的玻璃生产,从而可以为无论是显微镜还是照相机的应用技术,都能提供源源不断的火力支援。
1968年,蔡司首次为德国一家半导体商提供电路板印刷机镜头,这一年份距离第一台光刻机的诞生已过将近十年。在赢者通吃、快速迭代的芯片制造领域,蔡司起步就比对手迟了十年。蔡司真的来晚了么?没有,后进的蔡司依靠自己的技术积累实现了弯道超车。在1977年,蔡司推出S-Planar(普兰纳)镜头,这是第一款能够实现1微米的光刻技术的镜头,协助GCA光刻机成功取得当年光刻机市场的领导地位。2012年,蔡司的光学系统成为世界上第一个批量生产的采用EUV的光刻光学系统。而现在,它在第五代EUV光刻机中的相关专利数目,位列全球第一,甚至超过了ASML。它已经确定了自己在第五代光刻机光刻系统中的霸主地位。而从光刻机生态链底部,攀登到塔尖的一家独大,蔡司用了44年。下一代EUV光刻系统能进一步缩小光刻制程,是最前沿的技术,只给ASML公司的光刻机供货(当然,恐怕也只有ASML对此有需求)。
从观察微生物的显微镜,到照相机镜头,再到改变光路的光刻系统。蔡司光学事业部,靠着支点技术和同性技术,成功实现了产业的拓展。如果再往上,看看这家年收入64亿欧元的四大事业部,分别是工业测量、医学、消费光学和半导体制造,就会很容易找到它内在的技术向心力逻辑。https://wx3.sinaimg.cn/large/66704357ly4giawwqngm8j20hs0c9ai2.jpg图6 蔡司的四大事业部
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