亟待攻克的核心技術

編者按 近年來,中國科技正帶著澎湃動力向前奔跑,并逐漸進入到跟跑、并跑、領跑“三跑并存”的階段。但我們在充滿信心的同時,還應更加清醒和理性。與發達國家相比,我國不少領域關鍵核心技術受制于人,亟待集中力量奮力攻關。

真正的核心技術靠化緣是要不來的。我們還有多少亟待攻克的關鍵核心技術,差距在哪,需要從哪些方面突破?本報從今天起,開辟“亟待攻克的核心技術”專欄,就此進行梳理、解讀和評析。

指甲蓋大小的芯片,密布千萬電線,紋絲不亂,需要極端精準的照相機——光刻機。光刻機精度,決定了芯片的上限。高精度光刻機產自ASML、尼康和佳能三家;頂級光刻機由ASML壟斷。

“十二五”科技成就展覽上,上海微電子裝備公司(SMEE)生產的中國最好的光刻機,與中國的大飛機、登月車并列。它的加工精度是90納米,相當于2004年上市的奔騰四CPU的水準。國外已經做到了十幾納米。

祖傳的磨鏡手藝

光刻機跟照相機差不多,它的底片,是涂滿光敏膠的硅片。電路圖案經光刻機,縮微投射到底片,蝕刻掉一部分膠,露出硅面做化學處理。制造芯片,要重復幾十遍這個過程。

位于光刻機中心的鏡頭,由20多塊鍋底大的鏡片串聯組成。鏡片得高純度透光材料+高質量拋光。SMEE光刻機使用的鏡片,得數萬美元一塊。

ASML的鏡片是蔡司技術打底。鏡片材質做到均勻,需幾十年到上百年技術積淀。

“同樣一個鏡片,不同工人去磨,光潔度相差十倍。”SMEE總經理賀榮明說,他在德國看到,拋光鏡片的工人,祖孫三代在同一家公司的同一個職位。

另外,光刻機需要體積小,但功率高而穩定的光源。ASML的頂尖光刻機,使用波長短的極紫外光,光學系統極復雜。

3萬個機械件都要可靠

有頂級的鏡頭和光源,沒極致的機械精度,也是白搭。光刻機里有兩個同步運動的工件臺,一個載底片,一個載膠片。兩者需始終同步,誤差在2納米以下。兩個工作臺由靜到動,加速度跟導彈發射差不多。

賀榮明說:“相當于兩架大飛機從起飛到降落,始終齊頭并進。一架飛機上伸出一把刀,在另一架飛機的米粒上刻字,不能刻壞了。”

而且,溫濕度和空氣壓力變化會影響對焦。“機器內部溫度的變化要控制在千分之五度,得有合適的冷卻方法,精準的測溫傳感器。”賀榮明說。

SMEE最好的光刻機,包含13個分系統,3萬個機械件,200多個傳感器,每一個都要穩定。像歐洲冠軍杯決賽,任何一個人發揮失常就要輸球。

圖紙不是關鍵

2002年SMEE成立,是中國政府為了填補光刻機空白而立項。賀榮明去德國考察時,有工程師告訴他:“給你們全套圖紙,也做不出來。”賀榮明幾年后理解了這句話。

并不是說圖紙不重要,賀榮明說,如何將系統的誤差分配到子系統,設計有高下之分。但頂級光刻機也需要細節上的技術潔癖。“一根光纖,一行軟件編碼,一個小動作,如果不兢兢業業做好,整個系統就不優秀。”賀榮明說。

“發展光刻機,需要高素質的人群。所以我們做來做去,做最多的是培養人,改變人。”賀榮明說,這需要他們用五十年一百年的長遠眼光去做事情,而不是期望幾個月解決問題。

如今SMEE每年增加數百項專利,活得很好,以中低端市場支持高端研發。而國際巨頭仍在前進,發展浸沒式光刻機(光在水中波長更短)、磁懸浮驅動(減少工作面震動)、反射鏡代替透鏡技術、真空腔體的極紫外光學系統……(高博)