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五分钟光学| 上海光机所王向朝研究员谈光刻机难在哪儿

发布:guangxuedaren    |    2020-08-05 21:22    阅读:2314
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“用口罩换光刻机。”

光学人一定听过这句玩笑话,然而,并不觉得好笑。
 

“ASML(荷兰公司阿斯麦)的光刻机和氢弹哪一个更难搞?”

知乎网友的这个提问获得了高达606个回答。

目前,荷兰光刻机技术在全球具有垄断地位,而中国的光刻机技术还有很长的路要走。

那么,备受关注的汇聚了众多领域顶尖技术的光刻机到底有多难?

本期嘉宾:上海光学精密机械研究所王向朝研究员

专家简介:王向朝,中国科学院上海光学精密机械研究所研究员,国家科技重大专项“极大规模集成电路制造装备及成套工艺”(02专项)总体专家组专家。

 

内容详细整理:

光刻机难在哪儿?

最近一段时间,集成电路与光刻机成为了社会热点话题。经常有朋友问起“光刻机有哪些功能?在集成电路制造中起什么作用?”,“光刻机研发难度高,高在哪儿?”等问题。借这个机会,我来尝试回答一下朋友们的问题。

可能大家都会感到集成电路几乎无处不在。小到身份证、手机、可穿戴设备,大到高铁、飞机、高端医疗装备等等,都离不开集成电路。近些年,5G、物联网、人工智能、云计算、大数据等新一代信息技术快速发展,而集成电路正是这些技术的核心基础。

集成电路自诞生至今,一直按照摩尔定律向微细化方向发展,集成度越来越高。单个芯片上的晶体管数量已经由最初的几十个发展到现在的几十亿个。

光刻机是集成电路制造的核心装备。集成电路的集成度持续提高,要求光刻机技术水平不断提升。

首先,光刻机的投影物镜被誉为成像光学的最高境界,其波像差需要控制到亚纳米量级,接近零像差。这个“零像差”是大视场、高数值孔径、短波长条件下的“零像差”,是在曝光过程中投影物镜持续受热状态下的“零像差”。实现这个“零像差”对投影物镜的镜片级检测、加工、镀膜,系统级的检测、装校,以及投影物镜像差的在线检测与控制都提出了极为严苛的要求。

光刻机工作时,需要工件台和掩模台在高速运动过程中始终保持几纳米的同步精度。比如浸液式光刻机,工件台的运动速度可达1m/s,两个台子的同步运动误差的平均值需要控制到1nm,相当于人类头发丝直径的几万分之一。这相当于两架时速1000km的飞机同步飞行,两架飞机相对位置偏差的平均值要控制到0.3μm以内。这个难度,应该是远高于两架超音速飞机同步飞行的时候,从一架飞机中伸出的缝衣服用的线能够准确穿进另一架飞机上的针孔的难度。如此高的难度使得光刻机的工件台/掩模台系统被誉为超精密机械技术的最高峰。

光刻机整机与分系统汇聚了光学、精密机械、控制、材料等众多领域大量的顶尖技术。很多技术需要做到工程极限。另外,光刻机各个分系统、各个子系统要在整机的控制下协同工作,达到最优的工作状态,才能满足光刻机严苛的技术要求。

因此,可以说光刻机是大系统、高精尖技术与工程极限高度融合的结晶,是迄今为止人类所能制造的最精密装备,被誉为集成电路产业链“皇冠上的明珠”。

上面简单介绍了研制光刻机的难度,希望能对朋友们了解光刻机有一些帮助。

谢谢大家。

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