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始的“厲害了，我的國”，迅速反轉到指責中國科學院光電技術研究所(以下稱光電所)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光源波長下，單次曝光最高線寬分辨力達到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，繞過了國外相關知識產(chǎn)權壁壘?！薄肮怆娝舜瓮ㄟ^驗收的表面等離子體(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光刻技術路線，具有完全自主知識產(chǎn)權，為超材料/超表面、第三代光學器件、廣義芯片等變革性領域的跨越式發(fā)展提供了制造工具?！?/p>

　　項目副總設計師、中科院光電技術研究所研究員胡松在接受采訪時比喻說：“這相當于我們用很粗的刀，刻出一條很細的線?！边@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。

　　我們重點關注這幾個關鍵詞：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是分辨亮點的最小距離，nsinθ是數(shù)值孔徑，λ是波長。結合瑞利判據(jù)，當一個像斑的中心落到另一個像斑的邊緣時，就算這兩個斑剛好能被分辨，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構。

　　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波長的浸沒式光刻，如果把光盤浸潤到水或者油里讀寫，可以進一步提高數(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)光學光刻理論波長和分辨率之間的限制關系，在實現(xiàn)50nm以下光刻工藝節(jié)點時，業(yè)界面臨著采用短波長光源技術路線導致極其復雜的光學系統(tǒng)、材料、工藝不兼容等諸多技術障礙和高昂的研發(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光刻技術，在長波長光源下實現(xiàn)遠小于波長的超分辨光學光刻，從而解決當前光學光刻的理論和技術困難。

　　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(jù)知乎用戶看風景的蝸牛君的解釋，表面等離子體指的是一種局域在物質表面的特殊的電磁波，隨著離開物質表面距離的增大迅速衰減，一般認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等參數(shù)。這就意味著，利用表面等離子體波進行光刻時，從原理上就不再受到傳統(tǒng)衍射極限的限制了?！　?/p>

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

　　因此，雖然這臺設備還僅僅是一個原理機，仍有技術局限，但也是一個重大的進展。以目前表面等離子體技術的水平來說，這臺設備只能做周期的線條和點陣，無法制作復雜的IC所需的圖形。以光電所目前的技術實力，IC制造需要的超高精度對準技術，也還無法實現(xiàn)，因此這項技術在短期內是無法應用于IC制造的，更無法如某些媒體所寫的撼動光刻巨頭ASML在IC制造領域分毫，現(xiàn)階段的應用前景僅限光柵、光子晶體之類的周期性結構，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是一次只能光刻一個區(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浸沒式投影光刻機在視場、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，這個設備實現(xiàn)了激光束22nm(國內肯定是領先的，國際上肯定是落后的)，可以做簡單的線、點、光柵部件，但是用來做芯片的光刻工藝這種復雜的IC制造是完全沒有可能的，這個難度是畫簡單線的十萬倍，因為還需要高精度鏡頭和高精度對準技術。他表示這個設備立項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用途，都是外行和媒體錯誤解讀，一廂情愿的以為這個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13年，青春都耗在那了，那實驗室我也進去過，7年磨一劍，中科院光電所的底蘊是實打實做事的，相對來說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)友月光認為，由此獲得的技術積累比樣機本身更有價值!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鍵技術。

　　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，就目前來看，我國在光刻領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。

　　或許這么多年以來大家都被各種造假搞怕了，但是看待問題時還是不要戴著有色眼鏡，嘗試寬容，深入思考，實事求是。我們是落后于別人，但暫時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)、有偏差的報道，也排除可能光電所有意或無意的誤導，也許我們在未來很長一段時間內都無法打破ASML的壟斷，但是也需冷靜看待成果，為實質進步鼓掌。既不吹?？浯?，也不習慣偏見，更無需妄自菲薄。