作為積體電路產業中最關鍵的基礎裝備之一，光刻機在國內有著巨大的市場潛力，但高階光刻裝備一直被國外所壟斷，研製出國產化的光刻機一直是中國微納加工領域幾代科學家的“最大夢想”。

11月29日，中國科學家在實現夢想的路上邁出了關鍵一步。由中國科學院光電技術研究所（以下簡稱光電所）承擔的國家重大科研裝備研製專案“超分辨光刻裝備研製”透過驗收，這是世界上首臺用紫外光實現了22nm解析度的超分辨光刻裝備，為奈米光學加工提供了全新的解決途徑。

突破分辨力衍射極限

《科學》雜誌曾提出本世紀125個最具挑戰性的科學問題，其中第40個問題涉及能否大幅突破衍射極限製造完美光學透鏡。

光學光刻作為主流的光學制造技術，由於衍射極限的限制，這成為光刻機技術發展的主要技術瓶頸，同時導致光學光刻裝備成本極高。而另一類電子束、離子束直寫技術，雖然解析度能達到10nm量級，但效率極低，難以用於批次生產器件。

在這項世界性的難題面前，光電所率先實現了突破。光電所所長羅先剛告訴《中國科學報》記者：“2003年光電所在國際上率先發現了異常楊氏雙縫干涉現象，揭示了亞波長結構中存在一種超構表面波，其等效波長可以調製到軟X射線尺度，為突破衍射極限提供了全新的原理方法和直接的手段。”

在光電所的努力下，中國的光刻機研製跳出了縮小波長、增大數值口徑來提高分辨力的老路子，為突破22nm甚至10nm光刻節點提供了一種全新的技術，也為超分辨光刻裝備提供了理論基礎。

驗收專家組表示：“專案在原理上突破分辨力衍射極限，建立了一條高分辨、大面積的奈米光刻裝備研發新路線，繞過了國外高分辨光刻裝備技術知識產權壁壘，實現了我國技術源頭創新，研製出了擁有自主智慧財產權、技術自主可控的超分辨光刻裝備。該裝備是世界上首臺分辨力最高超分辨光刻裝備。”

開闢“新”光刻技術和裝備

2012年，光電所承擔了國家重大科研裝備——超分辨光刻裝備專案。經過近7年艱苦攻關，專案組突破了高均勻性照明，超分辨光刻鏡頭，奈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，完成了裝備研製。

這臺裝備採用365nm波長光源，單次曝光最高線寬分辨力達到22nm。對此，胡松打了一個比方：“這相當於我們用很粗的刀，刻出一條很細的線。”

“我最激動的時候是去年7、8月份，當時我們做出了10nm×10nm的多場重複曝光，這意味著技術已經逐漸成熟。”胡松說。

在此基礎上，專案組結合專案開發的高深寬比刻蝕、多重圖形等配套工藝，實現了10nm以下特徵尺寸圖形的加工。該專案目前已獲得了授權國內發明專利47項，國外發明專利4項，擁有完全自主智慧財產權。

解決產業應用難題

在當前的積體電路生產線上，193nm深紫外光刻機和EUV極紫外光刻機對中國處於封鎖狀態，而這臺超分辨光刻裝備，解決了紫外光刻機的機理、裝備和工藝問題。“這讓我國在高階光刻機技術方面突破封鎖，並在逐步實現產業化方面有了從0到1的跨越。”胡松表示。

現在微納光刻技術是現代先進製造的重要方向，是資訊、材料等諸多領域的核心技術。與此同時，光學超材料、變革性光學等的出現，迫切需要發展專用的微納製造工具。

面對實際應用需求，專案組透過技術的延伸，解決了多種微納功能材料和器件的加工難題，並實現了相關器件的製造。

例如在生化感測晶片方面，透過超分辨光刻裝備製備的奈米感測器件，可以實現對目標分子的高靈敏探測，避免檢測過程中的接觸汙染，在早期癌症診斷技術方面實現突破。

驗收專家表示，利用超分辨光刻裝備，專案組為航天科技集團第八研究院、中科院上海微系統與資訊科技研究所、電子科技大學、四川大學華西二院、重慶大學等多家單位制備了一系列奈米功能器件，包括大口徑薄膜鏡、超導奈米線單光子探測器、切倫科夫輻射器件、生化感測晶片、超表面成像器件等，驗證了超分辨光刻裝備奈米功能器件加工能力，已達到實用化水平。

驗收專家一致認為：“這項裝備形成了一條全新的奈米光學光刻技術路線，具有完全自主智慧財產權，為超材料/超表面、第三代光學器件、廣義晶片等變革性戰略領域的跨越式發展提供了製造工具。”

筆者認為：

從我國新一代超分辨光刻機透過驗收到由中國科學院光電技術研究所（以下簡稱光電所）承擔的國家重大科研裝備研製專案“超分辨光刻裝備研製”透過驗收，這是世界上首臺用紫外光實現了22nm解析度的超分辨光刻裝備，為奈米光學加工提供了全新的解決途徑位置主要是講了三個關鍵問題。

1 我國新一代超分辨光刻機通過了國家級的驗收。

這一點非常重要，因為新一代超分辨光刻機第一次報道是在2015年造出原型機，但是原型機的工作狀態，產品的質量和可靠性是否達到了設計和商業化應用的全狀態，這就需要透過時間和裝置的使用來驗證，經過3年多的使用和驗證表明達到了設計指標，現在通過了國家級驗證，該裝置將會金入道商品化生產和大規模工業化應用階段。

2 該光刻機的投產標誌著我國打破了高階光刻裝備一直被國外所壟斷的局面。

3 指出這是世界上首臺用紫外光實現了22nm解析度的超分辨光刻裝備，為奈米光學加工提供了全新的解決途徑，也就是說走出了一條全新的光刻機的自主發展途徑。

從 突破分辨力衍射極限到該裝備是世界上首臺分辨力最高超分辨光刻裝備為止也是談了三個問題。

1 光刻機所需的光學基礎理論創新

2 跳出了原有的光刻機發展的理論和製造的老路子。

3 該光刻機具有完全的自主產權，實現了低成本高效率的製造途徑。

第三段從開闢“新”光刻技術和裝備到跨越式發展提供了製造工具為止談了5個問題。

1 過去的光刻機研發要涉及諸多的外國的技術專利的制約，舉步維艱。

2 光電所克服了各種困難解決了光刻機三大技術瓶頸的制約即光源的使用的基礎理論及應

用，光刻機鏡頭，光刻機工作臺的製造和運用的核心問題。

3 光刻機在應用中工藝和技術日趨成熟可以進入商業化生產和工業化投產的水平。

4 該光刻機具有廣泛的運用範圍和良好的應用前景。

5 該光刻機在生產出來後在多個涉及一系列奈米功能器件製造中發揮了巨大的作用，達到了設計標準，驗證了超分辨光刻裝備奈米功能器件加工能力，已達到實用化水平。

最後的結尾再次強調 驗收專家一致認為：“這項裝備形成了一條全新的奈米光學光刻技術路線，具有完全自主智慧財產權，為超材料/超表面、第三代光學器件、廣義晶片等變革性戰略領域的跨越式發展提供了製造工具。” 指出了該光刻機的戰略意義。

更為重要的是，專案副總設計師、中科院光電技術研究所研究員胡松在接受採訪時認為，現階段的應用前景僅限光柵、光子晶體之類的週期性結構，當然這些器件本身已經相當重要了(尤其是軍事應用)。

這意味著中國的各型軍事裝備，特別是各型包括洲際彈道導彈和各型巡航導彈以及各種戰機和大量需要晶片在內的武器裝備將用上追趕世界先進水平的中國軍芯，這個意義就太偉大了！

謝謝邀請。光刻機又名掩模對準曝光機，目前世界上能自主研發生產晶片的光刻機企業只有三家，日本的佳能和尼康還有荷蘭的ASML公司。一年能生產約300臺光刻機，荷蘭ASML公司佔比達到60%。國內能生產光刻機的公司是上海微電子，目前能生產65nm的光刻機，與ASML差距較大。

光刻機可以說是目前世界上最精密的儀器之一，光刻機是晶片製造中光刻環節的核心裝置， 技術含量、價值含量極高。 光刻機涉及系統整合、精密光學、精密運動、精密物料傳輸、高精度微環境控制等多項先進技術，是所有半導體制造裝置中技術含量最高的裝置。目前世界上最先進的 ASML EUV光刻機單價達到近一億歐元，可滿足 7nm 製程晶片的生產。

光刻工藝要經歷矽片表面清洗烘乾、塗底、旋塗光刻膠、軟烘、對準曝光、後烘、顯影、硬烘、刻蝕等工序。半導體晶片生產的難點和關鍵點在於將電路圖從掩模上轉移至矽片上，這一過程透過光刻來實現， 光刻的工藝水平直接決定晶片的製程水平和效能水平。晶片在生產中需要進行 20-30 次的光刻，耗時佔到 IC 生產環節的 50%左右，佔晶片生產成本的 1/3。

目前光刻機已經發展到了第五代EUV 光刻機，1-4 代光刻機使用的光源都屬於深紫外光， 第五代 EUV光刻機使用的則是波長 13.5nm 的極紫外光。早在上世紀九十年代，極紫外光刻機的概念就已經被提出， ASML 也從 1999 年開始 EUV 光刻機的研發工作，原計劃在 2004 年推出產品。但直到 2010 年 ASML 才研發出第一臺 EUV 原型機， 2016 年才實現下游客戶的供貨，比預計時間晚了十幾年。三星、臺積電、英特爾共同入股 ASML 推動 EUV 光刻機研發。

2012 年 ASML 的三大客戶三星、臺積電、英特爾共同向 ASML 投資 52.59 億歐元，用於支援 EUV 光刻機的研發。此後 ASML 收購了全球領先的準分子鐳射器供應商 Cymer，並以 10 億歐元現金入股光學系統供應商卡爾蔡司。

最後，希望我們的國家能儘快趕超國外先進技術，早日攻克光刻機制造技術。

中國在此技術領域，受到美國的嚴厲封鎖，舉步維艱，光刻機技術雖有但不先進，達不到極致，等同缺乏，還須突破方可打破壟斷。

在談光刻機時，就不能不談光刻機的配套裝置蝕刻機。光刻機與蝕刻機是當今奈米數量級尖端晶片製造的配套核心技術裝備！其原理是將設計好的電路印刷（利用奈米級的光刻機）到電路製備板上，再利用奈米級的蝕刻機將不需要的電路腐蝕掉，剩下的就是所需要的"晶片”。這裡的複雜性不在原理上，而是在製作的先進工藝技術上，其工藝的難度又是在它的精度上！即"奈米/nm"技術！也稱線寬！一塊積體電路_也即晶片，在有限的體積裡（需整合到百萬至千萬個數量級單元_也即電路的四大原件：半導體管、電阻、電容、電感的分裂元器件）的整合度，其製作工藝有多精密！要知道，一根頭髮絲也就幾個微米，而奈米_nm就是微米的千分之幾！肉眼已不可見了！