[編者按] 光刻機(jī)是制造芯片的核心裝備，提升光刻機(jī)的研發(fā)制造能力，對(duì)國(guó)產(chǎn)芯片發(fā)展進(jìn)步至關(guān)重要。光刻機(jī)涉及多項(xiàng)復(fù)雜的先進(jìn)技術(shù)，中國(guó)工程院譚久彬院士在《儀器儀表學(xué)報(bào)》2023年3期發(fā)表《超精密測(cè)量是支撐光刻機(jī)技術(shù)發(fā)展的基石》一文，文章對(duì)超精密測(cè)量技術(shù)在光刻機(jī)制造中的重要作用進(jìn)行了闡述。

譚久彬簡(jiǎn)介：中國(guó)工程院院士、國(guó)家計(jì)量戰(zhàn)略專(zhuān)家委員會(huì)委員、中國(guó)儀器儀表學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)精密儀器工程研究院院長(zhǎng)。

超精密測(cè)量是支撐光刻機(jī)技術(shù)發(fā)展的基石

譚久彬

摘要：光刻機(jī)是尖端裝備的珠穆朗瑪峰。超精密測(cè)量是支撐光刻機(jī)產(chǎn)品研發(fā)與制造，保證光刻機(jī)產(chǎn)品制造精度等級(jí)與質(zhì)量水平的基石。本文綜述了光刻機(jī)產(chǎn)業(yè)的特點(diǎn)與發(fā)展趨勢(shì)。在此基礎(chǔ)上，從零部件、分系統(tǒng)、整機(jī)集成、整機(jī)性能層面闡述了超精密測(cè)量對(duì)光刻機(jī)技術(shù)發(fā)展的支撐作用。分析了光刻機(jī)產(chǎn)品精密能力提升的途徑和超精密光刻機(jī)產(chǎn)業(yè)測(cè)量體系建立的必要性，包括管控超精密光刻機(jī)產(chǎn)品制造質(zhì)量的工業(yè)測(cè)量體系和管控光刻機(jī)產(chǎn)品工業(yè)測(cè)量體系量值準(zhǔn)確可靠的計(jì)量體系。提出了建設(shè)光刻機(jī)產(chǎn)業(yè)計(jì)量測(cè)試中心的必要性。

關(guān)鍵字：光刻機(jī)；超精密測(cè)量；工業(yè)測(cè)量體系；計(jì)量體系；計(jì)量測(cè)試中心

1、引    言

光刻機(jī)產(chǎn)業(yè)處于高端裝備制造鏈的頂端，既是技術(shù)鏈的頂端，又是價(jià)值鏈的頂端；光刻機(jī)產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展不僅會(huì)直接拉動(dòng)芯片產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，而且會(huì)極大地牽動(dòng)整個(gè)高端裝備制造業(yè)的發(fā)展，是大國(guó)必爭(zhēng)的戰(zhàn)略制高點(diǎn)。要打造一個(gè)有牽動(dòng)力和競(jìng)爭(zhēng)力的光刻機(jī)產(chǎn)業(yè)，首先必須打造光刻機(jī)產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量零部件產(chǎn)品的制

造鏈和產(chǎn)業(yè)鏈，這是光刻機(jī)產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的基礎(chǔ)與前提。超精密光刻機(jī)制造精度等級(jí)與質(zhì)量水平，決定了我國(guó)超精密光刻機(jī)產(chǎn)業(yè)和整個(gè)高端裝備制造業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。要成功研發(fā)與制造光刻機(jī)產(chǎn)品，并不斷提高光刻機(jī)產(chǎn)品制造精度等級(jí)與質(zhì)量水平，就必須首先完成系統(tǒng)的超精密測(cè)量能力建設(shè)。沒(méi)有系統(tǒng)的超精密測(cè)量整體能力支撐，就不可能制造出質(zhì)量合格的光刻機(jī)產(chǎn)品；即便勉強(qiáng)研發(fā)出光刻機(jī)樣機(jī)，也很難產(chǎn)業(yè)化，也就是說(shuō)，沒(méi)有超精密測(cè)量能力，就無(wú)法生產(chǎn)出質(zhì)量合格的超精密光刻機(jī)產(chǎn)品，即無(wú)法滿(mǎn)足超精密、高性能、高穩(wěn)定性、高可靠性和長(zhǎng)壽命等要求。系統(tǒng)的超精密測(cè)量整體能力建設(shè)是支撐光刻機(jī)產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量的基石，是基礎(chǔ)的基礎(chǔ)。超精密測(cè)量能力建設(shè)處于基礎(chǔ)性、先導(dǎo)性、戰(zhàn)略性地位，必須優(yōu)先發(fā)展。

2、光刻機(jī)產(chǎn)業(yè)的特點(diǎn)與發(fā)展趨勢(shì)

2.1、光刻機(jī)是人類(lèi)制造史上精度和性能水平最高的機(jī)器

超精密光刻機(jī)被譽(yù)為“超精密尖端裝備的珠穆朗瑪峰”，是人類(lèi)制造史上精度和性能水平最高的機(jī)器。其精度和性能已經(jīng)接近人類(lèi)超精密制造在現(xiàn)階段的精度極限和性能極限。光刻機(jī)的工作原理是，采用類(lèi)似照相機(jī)原理的方式，把掩模板上的集成電路等精細(xì)圖形通過(guò)物鏡系統(tǒng)按比例縮小，成像到硅片上；然后使用化學(xué)方法顯影，再經(jīng)過(guò)離子束刻蝕，得到刻在硅片上的集成電路等精細(xì)圖形[1]。超精密光刻機(jī)是在超精密量級(jí)上把最先進(jìn)的光、機(jī)、電、控等十幾個(gè)至幾十個(gè)分系統(tǒng)，幾萬(wàn)個(gè)乃至十幾萬(wàn)個(gè)零部件集成在一起，通過(guò)及其復(fù)雜和嚴(yán)密的超精密測(cè)控系統(tǒng)，使光刻機(jī)的十幾個(gè)至幾十個(gè)分系統(tǒng)高精度和高性能協(xié)同工作。它是人類(lèi)裝備制造史上復(fù)雜程度最高、技術(shù)難度最大、制造精度最高、綜合性能最強(qiáng)的尖端超精密裝備。它在高速和高加速度下，達(dá)到納米級(jí)的同步精度、單機(jī)套刻精度和匹配套刻精度等，這與傳統(tǒng)的精度提升環(huán)境完全不同。精度和性能是超精密光刻機(jī)的生命，其精度和性能提升一點(diǎn)點(diǎn)，通常都要付出幾倍，乃至十幾倍的代價(jià)。

2.2、現(xiàn)有光刻機(jī)是集成全球超精密制造和測(cè)量能力的高精尖技術(shù)的結(jié)晶

由于光刻機(jī)制造與集成難度極大，目前全世界只有少數(shù)幾家公司能夠研制和生產(chǎn)。光刻機(jī)主要以荷蘭ASML，日本Nikon和Canon三大品牌為主，而最高端EUV光刻機(jī)僅有ASML一家公司有能力制造。其中用于7nm節(jié)點(diǎn)制程的EUV光刻機(jī)擁有10萬(wàn)多個(gè)光機(jī)零件，涉及上游5000多家供應(yīng)商。這些零部件對(duì)精度、性能和可靠性的要求極高，只有發(fā)揮供應(yīng)鏈上所有頂尖制造商的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，確保全部零部件都滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，達(dá)到驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，最終超精密光刻機(jī)才有可能研發(fā)成功。