刷屏的“國產(chǎn)光刻機”是真牛還是吹牛？

　　29日，大家的朋友圈被”國產(chǎn)光刻機“刷屏，不明所以的吃瓜群眾從一開(kāi)始的“厲害了，我的國”，迅速反轉到指責中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所(以下稱(chēng)光電所)騙經(jīng)費。那么，這臺自主研發(fā)的超分辨光刻裝備到底是真牛逼還是吹牛逼?

　　首先來(lái)了解這臺裝備的大概情況。重新審視最初報道的核心內容，文章中提到“該光刻機在365nm光源波長(cháng)下，單次曝光最高線(xiàn)寬分辨力達到22nm。項目在原理上突破分辨力衍射極限，建立了一條高分辨、大面積的納米光刻裝備研發(fā)新路線(xiàn)，繞過(guò)了國外相關(guān)知識產(chǎn)權壁壘?！薄肮怆娝舜瓮ㄟ^(guò)驗收的表面等離子體(SP)超分辨光刻裝備，打破了傳統路線(xiàn)格局，形成了一條全新的納米光學(xué)光刻技術(shù)路線(xiàn)，具有完全自主知識產(chǎn)權，為超材料/超表面、第三代光學(xué)器件、廣義芯片等變革性領(lǐng)域的跨越式發(fā)展提供了制造工具?！?/p>

　　項目副總設計師、中科院光電技術(shù)研究所研究員胡松在接受采訪(fǎng)時(shí)比喻說(shuō)：“這相當于我們用很粗的刀，刻出一條很細的線(xiàn)?！边@就是所謂的突破分辨力衍射極限。因此，它也被稱(chēng)為世界上首臺分辨力最高的紫外超分辨光刻裝備。

　　我們重點(diǎn)關(guān)注這幾個(gè)關(guān)鍵詞：分辨力衍射極限，365nm光源，分辨力達到22nm，表面等離子體(SP)超分辨光刻。

　　吃瓜群眾首先看到365nm光源，分辨力22nm，就指責：一般都用193nm的光源做22nm和這代10nm，明年EUV應該用的是13.5nm的光源。這365nm的光源能做10nm?

　　分辨力衍射極限是什么?1873年，德國物理學(xué)家、卡爾蔡司公司的Ernst Abbe首次推算出衍射導致的分辨力極限，計算公式是：d=λ/2nsinθ。d是分辨亮點(diǎn)的最小距離，nsinθ是數值孔徑，λ是波長(cháng)。結合瑞利判據，當一個(gè)像斑的中心落到另一個(gè)像斑的邊緣時(shí)，就算這兩個(gè)斑剛好能被分辨，則衍射極限可以表示為：d=0.61λ/N.A.。取高倍物鏡 N.A.的最大值1.5，對于藍光(波長(cháng)405nm)顯微鏡的分辨力約為165nm。所以，我們無(wú)法提高顯微鏡的分辨率，也就限制我們無(wú)法使用光做出更小的納米結構。

　　因此，根據該公式，提高光刻極限只能通過(guò)減小波長(cháng)或提高數值孔徑來(lái)實(shí)現，但均有各自的瓶頸。例如EUV使用的是13.5nm的光源，但光源的功率、穩定性、配套光學(xué)器件都是難題。而目前主流的半導體制造所使用的光刻機，是基于193nm波長(cháng)的浸沒(méi)式光刻，如果把光盤(pán)浸潤到水或者油里讀寫(xiě)，可以進(jìn)一步提高數值孔徑，但是也面臨著(zhù)極限，成本也愈來(lái)愈高。

　　不難看出，由于傳統光學(xué)光刻理論波長(cháng)和分辨率之間的限制關(guān)系，在實(shí)現50nm以下光刻工藝節點(diǎn)時(shí)，業(yè)界面臨著(zhù)采用短波長(cháng)光源技術(shù)路線(xiàn)導致極其復雜的光學(xué)系統、材料、工藝不兼容等諸多技術(shù)障礙和高昂的研發(fā)成本。因此業(yè)界迫切希望能夠尋求一種突破衍射極限對分辨率限制的新型光學(xué)光刻技術(shù)，在長(cháng)波長(cháng)光源下實(shí)現遠小于波長(cháng)的超分辨光學(xué)光刻，從而解決當前光學(xué)光刻的理論和技術(shù)困難。

　　表面等離子體激元用于光刻，最早的論文應該可以追溯到2003年。根據知乎用戶(hù)看風(fēng)景的蝸牛君的解釋?zhuān)砻娴入x子體指的是一種局域在物質(zhì)表面的特殊的電磁波，隨著(zhù)離開(kāi)物質(zhì)表面距離的增大迅速衰減，一般認為波長(cháng)量級以上的區域就不存在了。雖然表面等離子體波是由其他電磁波激發(fā)的，但是波長(cháng)會(huì )被極大地壓縮，而壓縮的比例取決于材料的電磁性質(zhì)等參數。這就意味著(zhù)，利用表面等離子體波進(jìn)行光刻時(shí)，從原理上就不再受到傳統衍射極限的限制了?！　?/p>

　　事實(shí)上，正在研究中的超分辨力光刻技術(shù)還有很多方向，除了表面等離子體，還有泰伯光學(xué)，全息，雙光子，光子能量疊加等技術(shù)，有些已經(jīng)有了商業(yè)化設備，而表面等離子體技術(shù)真正做成一個(gè)成型的設備，還是第一次。

　　因此，雖然這臺設備還僅僅是一個(gè)原理機，仍有技術(shù)局限，但也是一個(gè)重大的進(jìn)展。以目前表面等離子體技術(shù)的水平來(lái)說(shuō)，這臺設備只能做周期的線(xiàn)條和點(diǎn)陣，無(wú)法制作復雜的IC所需的圖形。以光電所目前的技術(shù)實(shí)力，IC制造需要的超高精度對準技術(shù)，也還無(wú)法實(shí)現，因此這項技術(shù)在短期內是無(wú)法應用于IC制造的，更無(wú)法如某些媒體所寫(xiě)的撼動(dòng)光刻巨頭ASML在IC制造領(lǐng)域分毫，現階段的應用前景僅限光柵、光子晶體之類(lèi)的周期性結構，當然這些器件本身已經(jīng)相當重要了(尤其是軍事應用)。

　　也有專(zhuān)業(yè)人士表示，對于密度要求不高的器件如MEMS或者獨立器件如高頻高功率放大器、藍光LED等，可使用365nm光源的實(shí)現22nm的分辨率還是很有吸引力的，相比之下，同樣使用365nm光源的mask aligner僅僅能達到1um的分辨率。有可能成為EBL(電子束光刻)的有益補充和加強，電子束光刻的一大缺點(diǎn)是一次只能光刻一個(gè)區域，無(wú)法并行化。表面等離子體激元光刻可以，使用探針陣列進(jìn)行同步刻寫(xiě)。此外，成本肯定大大低于EBL。

　　據悉，剛剛光電所該項目主要負責人之一澄清，這臺設備只是原理機，距離主流商用的ArF浸沒(méi)式投影光刻機在視場(chǎng)、成品率、套刻精度以及產(chǎn)率等方面沒(méi)有可比性，用于IC替代投影光刻的可能性幾乎沒(méi)有，但可以用于IC以外用不起投影光刻的納米加工。這臺樣機可以做小批量、小視場(chǎng)(幾平方毫米)、工藝層少且套刻精度低、低成品率、小襯底尺寸(4英寸以下)且產(chǎn)率低(每小時(shí)幾片)的一些特殊納米器件加工?！　?/p>

　　知乎某光電所用戶(hù)透露，這個(gè)設備實(shí)現了激光束22nm(國內肯定是領(lǐng)先的，國際上肯定是落后的)，可以做簡(jiǎn)單的線(xiàn)、點(diǎn)、光柵部件，但是用來(lái)做芯片的光刻工藝這種復雜的IC制造是完全沒(méi)有可能的，這個(gè)難度是畫(huà)簡(jiǎn)單線(xiàn)的十萬(wàn)倍，因為還需要高精度鏡頭和高精度對準技術(shù)。他表示這個(gè)設備立項本來(lái)也不是用來(lái)做芯片光刻工藝的，而且光電所也沒(méi)有宣傳過(guò)這個(gè)用途，都是外行和媒體錯誤解讀，一廂情愿的以為這個(gè)是芯片制造用的光刻機。他強調，飯要一口一口吃，光電所已經(jīng)是國內做得最好的了。

　　網(wǎng)友羅劍表示，在光電所待過(guò)13年，青春都耗在那了，那實(shí)驗室我也進(jìn)去過(guò)，7年磨一劍，中科院光電所的底蘊是實(shí)打實(shí)做事的，相對來(lái)說(shuō)一線(xiàn)科技人員待遇也很低，發(fā)的圖片只是為了擺拍，口罩什么就別糾結了，好歹讓科研人員露次臉吧，別總是讓?xiě)蜃蛹沂绿煜轮?，真正搞科研的國家棟梁無(wú)人問(wèn)津。

　　網(wǎng)友月光認為，由此獲得的技術(shù)積累比樣機本身更有價(jià)值!如高均勻性照明，超分辨光刻鏡頭，納米級分辨力檢焦及間隙測量，超精密、多自由度工件臺及控制等關(guān)鍵技術(shù)。

　　網(wǎng)友楊根森認為，我們首先解決0-1，其次解決1-100，不能因為暫時(shí)不能量產(chǎn)，而認為它之后不能量產(chǎn)，大家都認同從原型機到產(chǎn)品有一段路要走吧，那我們要否認原型機的存在嗎?第二，與國外光刻機比性能差，我們首先承認，就目前來(lái)看，我國在光刻領(lǐng)域和國外還有些差距，可因為有差距我們就不自主研發(fā)光刻機，被外國人壟斷嗎?答案不言而喻。

　　或許這么多年以來(lái)大家都被各種造假搞怕了，但是看待問(wèn)題時(shí)還是不要戴著(zhù)有色眼鏡，嘗試寬容，深入思考，實(shí)事求是。我們是落后于別人，但暫時(shí)沒(méi)有成果不代表大家都在混日子，唯成果論本身就不是科學(xué)的態(tài)度，不接受一上來(lái)就直接定性，不接受一桿子把所有科研工作者打死。

　　拋開(kāi)唯恐天下不亂的非專(zhuān)業(yè)、有偏差的報道，也排除可能光電所有意或無(wú)意的誤導，也許我們在未來(lái)很長(cháng)一段時(shí)間內都無(wú)法打破ASML的壟斷，但是也需冷靜看待成果，為實(shí)質(zhì)進(jìn)步鼓掌。既不吹?？浯?，也不習慣偏見(jiàn)，更無(wú)需妄自菲薄。