荷兰人瑞尼.雷吉梅克写的《光刻巨人》描述了光刻机巨头ASML的成长史。光刻机的发展一路攻克了非常多的难关,其中关于光学镜头的制作占据了相当重要的位置。ASML最后解决了高精度的光学镜头的量产难题,才有了飞跃发展。
难在哪里呢?
难在光学镜头的打磨需要“金手指”工人。
光刻机的光学元件来自德国蔡司。在1990年之前,当光刻机主要采用G线光刻时,蔡司还能勉强应付。但随着光刻机PAS 5500(350纳米制程)的研制生产,ASML对光学元件提出了更高精度的要求。
当时,蔡司已经代表世界最先进的光学生产工艺,但对镜头最后的抛光环节依然是依靠最顶尖的工匠们手动抛光他们的作品。
这个环节非常重要,将决定前面所有工序的存废。然而,它的加工方式却只能依靠最具经验和耐心的高级匠人。他们把镜头按在参考面上,然后根据显示出的干扰环来决定如何手工打磨那些最微小的不规则凹陷或凸起。
这项工作需要多年的经验,能做这个工作的工匠被认为是有“金手指”的人。如果在打磨的时候,“金手指”犯了一个微小的错误,譬如抛光过度或者抛在错误的地方,使表面产生了微小的凹陷,他们就必须再继续在整个镜头表面减少一层薄层。有时,他们就会陷入无休止的循环,不断出现额外的补救工作。
蔡司对光刻机光学元件的生产速度完全依赖于“金手指”的数量。
1990年,当ASML开始生产i线光刻机PAS 5500时,蔡司只有6名“金手指”。也是这6名“金手指”帮助ASML生产出了世界上第一台i线光刻机。但他们每年最多交付10个i线光学元件,而ASML的光刻机订单数量是数十台。
在1992年,蔡司如果要跟上ASML的节奏,至少需要40个“金手指”,于是蔡司在全球寻找这样的顶尖工匠。但历经一年时间,蔡司找到的人数远远不够40个。更要命的是,按照ASML的发展规划,三年后,蔡司需要300个“金手指”才能跟上需求。
怎么办?
那当然是让已有的“金手指”们投入更多的工作时间,最好废寝忘食而且三过家门而不入(这也符合宣传的大国工匠印象)。或者找到更多的优秀年轻人,加快手工打磨经验的培训,迅速想尽一切办法培养更多的“金手指”。
蔡司当然没有走这条路。
事实上,蔡司有中央研究部门光学实验室,该部门的主要职责便是研究新一代的镜头生产技术。
他们自行设计和制造各种镜头生产设备设施,并不断改进,最终大部分生产步骤都实现了数控机床控制,并将镜头精度达到10纳米的程度。
但是,这还有两个问题,一是这些定制机器太贵,远比“金手指”成本更高。第二个问题更重要,这些定制机械依然依赖于人类的手。
于是,蔡司进行了进一步的研发,他们用手指大小的超声振动抛光笔计算抛光10纳米所需的时间,然后精确的控制时间便能控制抛光量。
然后,他们继续研发比超声振动抛光更精细的抛光技术,用离子束抛光。离子束可以按照需要仅仅轰炸一层原子。
而且最关键的是,他们继续迭代了镜头生产设备的思路,不是去追求刚性的极致稳定,而是采用可控制的柔韧系统。在编辑好的程序下,机器人和激光干涉仪只要都知道了镜头的确切位置,便能按照设定的参数抛光,它不再依赖于人类的手。
就这样,到1995年,蔡司需要的核心员工已不再是举世难寻的“金手指”。事实上,在DUV(130nm制程)到来后,即使是最高超的“金手指”也无法满足它的镜头精度要求。现在,蔡司只需要训练有素的机器人程序员和机器操作员就能完成ASML的供货任务。
在1996年,蔡司已经能将透镜元件精度达到原子级别。只要20个抛光机器人和3台离子束机就能生产出200个ASML所需的高精度镜头。而这是依靠“金手指”将永远无法完成的。
现在我们可以谈谈工匠精神与工程师精神有什么不同了。
首先是他们要服务的人群不同。
如果某种工作必须在人的心力付出上达到极致才能符合要求。我们固然可以赞美这极少数能做到的人,比如举世难寻的“金手指”工匠。但这也表明这项工作绝不能服务于大众福祉。
因为它太贵。
自古以来,工匠是服务于达官显贵的,精美的陶瓷、丝绸、雕刻,普通民众是用不上的,越是极致的工匠越是皇室御用。反过来,工匠的出产越是身份尊贵的人使用,越是显出工匠的价值。
而工程师是服务于人类大众的。
他们试图让普通大众也能享受贵族才有的美好生活。因此,他们致力于降低成本,他们解决问题的思路不是把人的心智用到极致,而是用科学方法去弥补人力的不足,通过改进生产工艺和流程,降低产品成本,让更多的普通民众能够获享科技发展的福祉。
于是,工程师的产品使用得越是广泛,消费门槛越低,工程师越是骄傲。如果一种产品,能够让最穷的人群都能用得起、愿意用,那将是工程师们最大的成功。当然,有的产品从当前来看是极其昂贵的,比如航天旅行。但从长远来看,工程师的目标依然是让普通民众都能遨游太空。
因此,基于工匠与工程师的服务目标不同,他们的生产理念也大不一样。工程师必须是开放的、共享的、知识网络化的,会一代又一代人不断迭代改进,短短一百年就将譬如电力的使用、内燃机的改进推动到日新月异的境地。
而且,不同行业之间相互交织促进。比如内燃机的改进就要同时基于石油采掘、材料制造和机械传动等不同工程门类的发展进步。蔡司的抛光机器人便依赖于计算机的迅速发展,他们要依靠大量的286计算机计算镜头的大量数据。
而工匠的生产理念是保守的,他们倾向于维持祖传技术的神秘和独自占有,不同行业、不同派系都甚为隔膜。他们的目标不是技术工艺的改进,而是日复一日的精进,最大的成功是对传统技艺的精确复刻。所以,工匠精神下,对技术的理念不是改进而是传承,所谓传统技艺“不能失传”。
在现代社会,工匠精神适合在某些艺术行业或奢侈品行业,比如爱马仕的包包,据说至今还是皮匠们手工制造,其中最重要的目的就是以手工方式限制产量,以维持品牌的稀有。
而真正符合大众福祉的,一定是不留生产冗余,恰到好处即可,消费者不用支付不必要的成本。
那么,工匠精神与工程师精神的不同到底在哪里呢?
简而言之,如果我们发现一件事大多数普通人都做不好,工程师精神就是承认系统可能存在问题,我们必须改进系统。
反之,便提倡工匠精神。
不过话说回来,虽然问题往往出在提倡“认真做事”的人,但认真做事总是对的。
一家之言,仅供参考。
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