刷屏的“國產(chǎn)光刻機(jī)”是真牛還是吹牛？

　　29日，大家的朋友圈被”國產(chǎn)光刻機(jī)“刷屏，不明所以的吃瓜群眾從一開始的“厲害了，我的國”，迅速反轉(zhuǎn)到指責(zé)中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所(以下稱光電所)騙經(jīng)費(fèi)。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?

　　首先來了解這臺裝備的大概情況。重新審視最初報(bào)道的核心內(nèi)容，文章中提到“該光刻機(jī)在365nm光源波長下，單次曝光最高線寬分辨力達(dá)到22nm。項(xiàng)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，繞過了國外相關(guān)知識產(chǎn)權(quán)壁壘?！薄肮怆娝舜瓮ㄟ^驗(yàn)收的表面等離子體(SP)超分辨光刻裝備，打破了傳統(tǒng)路線格局，形成了一條全新的納米光學(xué)光刻技術(shù)路線，具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)，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(xiàng)目副總設(shè)計(jì)師、中科院光電技術(shù)研究所研究員胡松在接受采訪時(shí)比喻說：“這相當(dāng)于我們用很粗的刀，刻出一條很細(xì)的線。”這就是所謂的突破分辨力衍射極限。因此，它也被稱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(dá)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(zé)：一般都用193nm的光源做22nm和這代10nm，明年EUV應(yīng)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(dǎo)致的分辨力極限，計(jì)算公式是：d=λ/2nsinθ。d是分辨亮點(diǎn)的最小距離，nsinθ是數(shù)值孔徑，λ是波長。結(jié)合瑞利判據(jù)，當(dāng)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(lán)光(波長405nm)顯微鏡的分辨力約為165nm。所以，我們無法提高顯微鏡的分辨率，也就限制我們無法使用光做出更小的納米結(jié)構(gòu)。

　　因此，根據(jù)該公式，提高光刻極限只能通過減小波長或提高數(shù)值孔徑來實(shí)現(xiàn)，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(wěn)定性、配套光學(xué)器件都是難題。而目前主流的半導(dǎo)體制造所使用的光刻機(jī)，是基于193nm波長的浸沒式光刻，如果把光盤浸潤到水或者油里讀寫，可以進(jìn)一步提高數(shù)值孔徑，但是也面臨著極限，成本也愈來愈高。

　　不難看出，由于傳統(tǒng)光學(xué)光刻理論波長和分辨率之間的限制關(guān)系，在實(shí)現(xiàn)50nm以下光刻工藝節(jié)點(diǎn)時(shí)，業(yè)界面臨著采用短波長光源技術(shù)路線導(dǎo)致極其復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)、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?qū)で笠环N突破衍射極限對分辨率限制的新型光學(xué)光刻技術(shù)，在長波長光源下實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)小于波長的超分辨光學(xué)光刻，從而解決當(dāng)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(yīng)該可以追溯到2003年。根據(jù)知乎用戶看風(fēng)景的蝸牛君的解釋，表面等離子體指的是一種局域在物質(zhì)表面的特殊的電磁波，隨著離開物質(zhì)表面距離的增大迅速衰減，一般認(rèn)為波長量級以上的區(qū)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，但是波長會被極大地壓縮，而壓縮的比例取決于材料的電磁性質(zhì)等參數(shù)。這就意味著，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(tǒng)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(shè)備，而表面等離子體技術(shù)真正做成一個(gè)成型的設(shè)備，還是第一次。

　　因此，雖然這臺設(shè)備還僅僅是一個(gè)原理機(jī)，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)的水平來說，這臺設(shè)備只能做周期的線條和點(diǎn)陣，無法制作復(fù)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(zhǔn)技術(shù)，也還無法實(shí)現(xiàn)，因此這項(xiàng)技術(shù)在短期內(nèi)是無法應(yīng)用于IC制造的，更無法如某些媒體所寫的撼動光刻巨頭ASML在IC制造領(lǐng)域分毫，現(xiàn)階段的應(yīng)用前景僅限光柵、光子晶體之類的周期性結(jié)構(gòu)，當(dāng)然這些器件本身已經(jīng)相當(dāng)重要了(尤其是軍事應(yīng)用)。

　　也有專業(yè)人士表示，對于密度要求不高的器件如MEMS或者獨(dú)立器件如高頻高功率放大器、藍(lán)光LED等，可使用365nm光源的實(shí)現(xiàn)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(dá)到1um的分辨率。有可能成為EBL(電子束光刻)的有益補(bǔ)充和加強(qiáng)，電子束光刻的一大缺點(diǎn)是一次只能光刻一個(gè)區(qū)域，無法并行化。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。此外，成本肯定大大低于EBL。

　　據(jù)悉，剛剛光電所該項(xiàng)目主要負(fù)責(zé)人之一澄清，這臺設(shè)備只是原理機(jī)，距離主流商用的ArF浸沒式投影光刻機(jī)在視場、成品率、套刻精度以及產(chǎn)率等方面沒有可比性，用于IC替代投影光刻的可能性幾乎沒有，但可以用于IC以外用不起投影光刻的納米加工。這臺樣機(jī)可以做小批量、小視場(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>

　　知乎某光電所用戶透露，這個(gè)設(shè)備實(shí)現(xiàn)了激光束22nm(國內(nèi)肯定是領(lǐng)先的，國際上肯定是落后的)，可以做簡單的線、點(diǎn)、光柵部件，但是用來做芯片的光刻工藝這種復(fù)雜的IC制造是完全沒有可能的，這個(gè)難度是畫簡單線的十萬倍，因?yàn)檫€需要高精度鏡頭和高精度對準(zhǔn)技術(shù)。他表示這個(gè)設(shè)備立項(xiàng)本來也不是用來做芯片光刻工藝的，而且光電所也沒有宣傳過這個(gè)用途，都是外行和媒體錯(cuò)誤解讀，一廂情愿的以為這個(gè)是芯片制造用的光刻機(jī)。他強(qiáng)調(diào)，飯要一口一口吃，光電所已經(jīng)是國內(nèi)做得最好的了。

　　網(wǎng)友羅劍表示，在光電所待過13年，青春都耗在那了，那實(shí)驗(yàn)室我也進(jìn)去過，7年磨一劍，中科院光電所的底蘊(yùn)是實(shí)打?qū)嵶鍪碌模鄬碚f一線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(jié)了，好歹讓科研人員露次臉吧，別總是讓戲子家事天下知，真正搞科研的國家棟梁無人問津。

　　網(wǎng)友月光認(rèn)為，由此獲得的技術(shù)積累比樣機(jī)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(rèn)為，我們首先解決0-1，其次解決1-100，不能因?yàn)闀簳r(shí)不能量產(chǎn)，而認(rèn)為它之后不能量產(chǎn)，大家都認(rèn)同從原型機(jī)到產(chǎn)品有一段路要走吧，那我們要否認(rèn)原型機(jī)的存在嗎?第二，與國外光刻機(jī)比性能差，我們首先承認(rèn)，就目前來看，我國在光刻領(lǐng)域和國外還有些差距，可因?yàn)橛胁罹辔覀兙筒蛔灾餮邪l(fā)光刻機(jī)，被外國人壟斷嗎?答案不言而喻。

　　或許這么多年以來大家都被各種造假搞怕了，但是看待問題時(shí)還是不要戴著有色眼鏡，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，不接受一上來就直接定性，不接受一桿子把所有科研工作者打死。

　　拋開唯恐天下不亂的非專業(yè)、有偏差的報(bào)道，也排除可能光電所有意或無意的誤導(dǎo)，也許我們在未來很長一段時(shí)間內(nèi)都無法打破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?？浯螅膊涣?xí)慣偏見，更無需妄自菲薄。