来源: 爱集微, Dec. 01, 2018 – 

大家的朋友圈被"国产光刻机"刷屏，不明所以的吃瓜群众从一开始的"厉害了，我的国"，迅速反转到指责中国科学院光电技术研究所（以下称光电所）骗经费。那么，这台自主研发的超分辨光刻装备到底是真牛逼还是吹牛逼？

首先来了解这台装备的大概情况。重新审视最初报道的核心内容，文章中提到"该光刻机在365nm光源波长下，单次曝光最高线宽分辨力达到22nm。项目在原理上突破分辨力衍射极限，建立了一条高分辨、大面积的纳米光刻装备研发新路线，绕过了国外相关知识产权壁垒。""光电所此次通过验收的表面等离子体（SP）超分辨光刻装备，打破了传统路线格局，形成了一条全新的纳米光学光刻技术路线，具有完全自主知识产权，为超材料/超表面、第三代光学器件、广义芯片等变革性领域的跨越式发展提供了制造工具。"

项目副总设计师、中科院光电技术研究所研究员胡松在接受采访时比喻说："这相当于我们用很粗的刀，刻出一条很细的线。"这就是所谓的突破分辨力衍射极限。因此，它也被称为世界上首台分辨力最高的紫外超分辨光刻装备。

我们重点关注这几个关键词：分辨力衍射极限，365nm光源，分辨力达到22nm，表面等离子体（SP）超分辨光刻。

吃瓜群众首先看到365nm光源，分辨力22nm，就指责：一般都用193nm的光源做22nm和这代10nm，明年EUV应该用的是13.5nm的光源。这365nm的光源能做10nm？

分辨力衍射极限是什么？1873年，德国物理学家、卡尔蔡司公司的Ernst Abbe首次推算出衍射导致的分辨力极限，计算公式是：d＝λ/2nsinθ。d是分辨亮点的最小距离，nsinθ是数值孔径，λ是波长。结合瑞利判据，当一个像斑的中心落到另一个像斑的边缘时，就算这两个斑刚好能被分辨，则衍射极限可以表示为：d＝0.61λ/N.A.。取高倍物镜 N.A.的最大值1.5，对于蓝光（波长405nm)显微镜的分辨力约为165nm。所以，我们无法提高显微镜的分辨率，也就限制我们无法使用光做出更小的纳米结构。

因此，根据该公式，提高光刻极限只能通过减小波长或提高数值孔径来实现，但均有各自的瓶颈。例如EUV使用的是13.5nm的光源，但光源的功率、稳定性、配套光学器件都是难题。而目前主流的半导体制造所使用的光刻机，是基于193nm波长的浸没式光刻，如果把光盘浸润到水或者油里读写，可以进一步提高数值孔径，但是也面临着极限，成本也愈来愈高。

不难看出，由于传统光学光刻理论波长和分辨率之间的限制关系，在实现50nm以下光刻工艺节点时，业界面临着采用短波长光源技术路线导致极其复杂的光学系统、材料、工艺不兼容等诸多技术障碍和高昂的研发成本。因此业界迫切希望能够寻求一种突破衍射极限对分辨率限制的新型光学光刻技术，在长波长光源下实现远小于波长的超分辨光学光刻，从而解决当前光学光刻的理论和技术困难。

表面等离子体激元用于光刻，最早的论文应该可以追溯到2003年。根据知乎用户看风景的蜗牛君的解释，表面等离子体指的是一种局域在物质表面的特殊的电磁波，随着离开物质表面距离的增大迅速衰减，一般认为波长量级以上的区域就不存在了。虽然表面等离子体波是由其他电磁波激发的，但是波长会被极大地压缩，而压缩的比例取决于材料的电磁性质等参数。这就意味着，利用表面等离子体波进行光刻时，从原理上就不再受到传统衍射极限的限制了。

事实上，正在研究中的超分辨力光刻技术还有很多方向，除了表面等离子体，还有泰伯光学，全息，双光子，光子能量叠加等技术，有些已经有了商业化设备，而表面等离子体技术真正做成一个成型的设备，还是第一次。

因此，虽然这台设备还仅仅是一个原理机，仍有技术局限，但也是一个重大的进展。以目前表面等离子体技术的水平来说，这台设备只能做周期的线条和点阵，无法制作复杂的IC所需的图形。以光电所目前的技术实力，IC制造需要的超高精度对准技术，也还无法实现，因此这项技术在短期内是无法应用于IC制造的，更无法如某些媒体所写的撼动光刻巨头ASML在IC制造领域分毫，现阶段的应用前景仅限光栅、光子晶体之类的周期性结构，当然这些器件本身已经相当重要了(尤其是军事应用)。

也有专业人士表示，对于密度要求不高的器件如MEMS或者独立器件如高频高功率放大器、蓝光LED等，可使用365nm光源的实现22nm的分辨率还是很有吸引力的，相比之下，同样使用365nm光源的mask aligner仅仅能达到1um的分辨率。有可能成为EBL（电子束光刻）的有益补充和加强，电子束光刻的一大缺点是一次只能光刻一个区域，无法并行化。表面等离子体激元光刻可以，使用探针阵列进行同步刻写。此外，成本肯定大大低于EBL。

据悉，刚刚光电所该项目主要负责人之一澄清，这台设备只是原理机，距离主流商用的ArF浸没式投影光刻机在视场、成品率、套刻精度以及产率等方面没有可比性，用于IC替代投影光刻的可能性几乎没有，但可以用于IC以外用不起投影光刻的纳米加工。这台样机可以做小批量、小视场（几平方毫米）、工艺层少且套刻精度低、低成品率、小衬底尺寸（4英寸以下）且产率低（每小时几片）的一些特殊纳米器件加工。

知乎某光电所用户透露，这个设备实现了激光束22nm（国内肯定是领先的，国际上肯定是落后的），可以做简单的线、点、光栅部件，但是用来做芯片的光刻工艺这种复杂的IC制造是完全没有可能的，这个难度是画简单线的十万倍，因为还需要高精度镜头和高精度对准技术。他表示这个设备立项本来也不是用来做芯片光刻工艺的，而且光电所也没有宣传过这个用途，都是外行和媒体错误解读，一厢情愿的以为这个是芯片制造用的光刻机。他强调，饭要一口一口吃，光电所已经是国内做得最好的了。

网友罗剑表示，在光电所待过13年，青春都耗在那了，那实验室我也进去过，7年磨一剑，中科院光电所的底蕴是实打实做事的，相对来说一线科技人员待遇也很低，发的图片只是为了摆拍，口罩什么就别纠结了，好歹让科研人员露次脸吧，别总是让戏子家事天下知，真正搞科研的国家栋梁无人问津。

网友月光认为，由此获得的技术积累比样机本身更有价值！如高均匀性照明，超分辨光刻镜头，纳米级分辨力检焦及间隙测量，超精密、多自由度工件台及控制等关键技术。

网友杨根森认为，我们首先解决0-1，其次解决1-100，不能因为暂时不能量产，而认为它之后不能量产，大家都认同从原型机到产品有一段路要走吧，那我们要否认原型机的存在吗？第二，与国外光刻机比性能差，我们首先承认，就目前来看，我国在光刻领域和国外还有些差距，可因为有差距我们就不自主研发光刻机，被外国人垄断吗？答案不言而喻。

或许这么多年以来大家都被各种造假搞怕了，但是看待问题时还是不要戴着有色眼镜，尝试宽容，深入思考，实事求是。我们是落后于别人，但暂时没有成果不代表大家都在混日子，唯成果论本身就不是科学的态度，不接受一上来就直接定性，不接受一杆子把所有科研工作者打死。

抛开唯恐天下不乱的非专业、有偏差的报道，也排除可能光电所有意或无意的误导，也许我们在未来很长一段时间内都无法打破ASML的垄断，但是也需冷静看待成果，为实质进步鼓掌。既不吹牛夸大，也不习惯偏见，更无需妄自菲薄。