世界首臺分辨力最高的國產SP光刻機到底牛在哪?

2020-12-01 人民網

原標題：世界首臺分辨力最高的國產SP光刻機到底牛在哪？

最近「我國成功研製出的世界首臺分辨力最高紫外超分辨光刻裝備」的新聞刷屏了。有些人歡欣鼓舞，有些人不屑一顧。那麼這個裝備到底實力如何，牛到底牛在哪兒？

先回答大家最關心的兩個問題：

1、我們可以實現晶片徹底國產化了嗎？

答：暫時還不行。

2、不吹不黑，這個裝備真的這麼厲害嗎，還是只是吹牛？

答：確實很厲害。

很多人只盯著新聞裡22nm這個指標，其實大家要關注的是「365nm的光源，單次曝光線寬可達22nm」。

注意到我加黑的那幾個關鍵詞了嗎？22nm指標雖然很棒但是業界早就做過了，到底哪裡厲害呢？所以關鍵是用365nm的光源單次曝光做到22nm，懂點光學的就知道這意味著什麼：打破了傳統的衍射極限。

所以在我看來，這臺機器最大的價值是驗證了表面等離子體(SP)光刻加工的可行性。

這臺SP光刻機與ASML光刻機對比怎麼樣呢？舉個不恰當的例子吧，這就像是初期的槍械與最厲害的弓箭的對比。

早期槍械，比如火銃，無論是射擊精度還是射擊距離都遠遠比不上厲害的弓箭，但是如今的狙擊槍早已把弓箭甩開十萬八千裡了，這就是原理性的勝利。

要理解剛才說的這個「原理性的勝利」到底是怎麼回事，我們首先得回顧一下以ASML為代表的傳統光刻機是怎麼做的。

上面是ASML光刻機簡單的原理圖，拋開複雜的監測設備不談，最核心的原理就是通過物鏡系統將掩膜版上的圖案進行縮印成像。

涉及到成像過程，就不得不考慮光的衍射極限。即便拋開所有的幾何像差，由於衍射的作用，一個無限小的點成像後也會變成一個彌散斑，被稱為「艾裡斑」，因此實際光學系統成像的解析度就是兩個艾裡斑恰好能夠分開的距離。

所以由於衍射效應，成像解析度會受到限制，最終的解析度取決于波長、數值孔徑等參數，波長越小、數值孔徑越大解析度則越高，所以ASML這些年來主要的研究方向就是利用更短的波長(近紫外-深紫外-極紫外)、增大數值孔徑(更複雜的物鏡、液體浸沒)。

但是每進一步都變得更加艱難，對系統設計、加工裝配、誤差檢測等等諸多方面都提出了更為苛刻的要求，成本也越來越高昂。

那麼表面等離子體光刻又是怎麼一回事呢？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域就不存在了。

更為神奇的是，雖然表面等離子體波是由其他電磁波激發的，但是波長會被極大地壓縮，而壓縮的比例取決於材料的電磁性質等參數。

這就意味著，利用表面等離子體波進行光刻時，從原理上就不在受到傳統衍射極限的限制了。

在光刻機研製方面，我們一直有兩個選擇：沿用ASML的老路走一遍，還是另闢蹊徑通過新原理彎道超車？我們國家目前兩個選擇都在做，而這臺SP光刻機的研製成功，就是讓我們看到了彎道超車的可能性。

其實從原理上，這簡直就不是彎道超車了，而是在別的人還在繞山路的時候，我們嘗試著打了一條隧道……雖然還沒有完全挖通，但曙光就在眼前了。

(責編：王小豔、王珩)

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