亟待攻克的核心技術(shù)

編者按 近年來(lái),中國(guó)科技正帶著澎湃動(dòng)力向前奔跑,并逐漸進(jìn)入到跟跑、并跑、領(lǐng)跑“三跑并存”的階段。但我們?cè)诔錆M信心的同時(shí),還應(yīng)更加清醒和理性。與發(fā)達(dá)國(guó)家相比,我國(guó)不少領(lǐng)域關(guān)鍵核心技術(shù)受制于人,亟待集中力量奮力攻關(guān)。

真正的核心技術(shù)靠化緣是要不來(lái)的。我們還有多少亟待攻克的關(guān)鍵核心技術(shù),差距在哪,需要從哪些方面突破?本報(bào)從今天起,開辟“亟待攻克的核心技術(shù)”專欄,就此進(jìn)行梳理、解讀和評(píng)析。

指甲蓋大小的芯片,密布千萬(wàn)電線,紋絲不亂,需要極端精準(zhǔn)的照相機(jī)——光刻機(jī)。光刻機(jī)精度,決定了芯片的上限。高精度光刻機(jī)產(chǎn)自ASML、尼康和佳能三家;頂級(jí)光刻機(jī)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(chǎn)的中國(guó)最好的光刻機(jī),與中國(guó)的大飛機(jī)、登月車并列。它的加工精度是90納米,相當(dāng)于2004年上市的奔騰四CPU的水準(zhǔn)。國(guó)外已經(jīng)做到了十幾納米。

祖?zhèn)鞯哪ョR手藝

光刻機(jī)跟照相機(jī)差不多,它的底片,是涂滿光敏膠的硅片。電路圖案經(jīng)光刻機(jī),縮微投射到底片,蝕刻掉一部分膠,露出硅面做化學(xué)處理。制造芯片,要重復(fù)幾十遍這個(gè)過(guò)程。

位于光刻機(jī)中心的鏡頭,由20多塊鍋底大的鏡片串聯(lián)組成。鏡片得高純度透光材料+高質(zhì)量拋光。SMEE光刻機(jī)使用的鏡片,得數(shù)萬(wàn)美元一塊。

ASML的鏡片是蔡司技術(shù)打底。鏡片材質(zhì)做到均勻,需幾十年到上百年技術(shù)積淀。

“同樣一個(gè)鏡片,不同工人去磨,光潔度相差十倍?！盨MEE總經(jīng)理賀榮明說(shuō),他在德國(guó)看到,拋光鏡片的工人,祖孫三代在同一家公司的同一個(gè)職位。

另外,光刻機(jī)需要體積小,但功率高而穩(wěn)定的光源。ASML的頂尖光刻機(jī),使用波長(zhǎng)短的極紫外光,光學(xué)系統(tǒng)極復(fù)雜。

3萬(wàn)個(gè)機(jī)械件都要可靠

有頂級(jí)的鏡頭和光源,沒極致的機(jī)械精度,也是白搭。光刻機(jī)里有兩個(gè)同步運(yùn)動(dòng)的工件臺(tái),一個(gè)載底片,一個(gè)載膠片。兩者需始終同步,誤差在2納米以下。兩個(gè)工作臺(tái)由靜到動(dòng),加速度跟導(dǎo)彈發(fā)射差不多。

賀榮明說(shuō):“相當(dāng)于兩架大飛機(jī)從起飛到降落,始終齊頭并進(jìn)。一架飛機(jī)上伸出一把刀,在另一架飛機(jī)的米粒上刻字,不能刻壞了?！?/p>

而且,溫濕度和空氣壓力變化會(huì)影響對(duì)焦。“機(jī)器內(nèi)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(zhǔn)的測(cè)溫傳感器?！辟R榮明說(shuō)。

SMEE最好的光刻機(jī),包含13個(gè)分系統(tǒng),3萬(wàn)個(gè)機(jī)械件,200多個(gè)傳感器,每一個(gè)都要穩(wěn)定。像歐洲冠軍杯決賽,任何一個(gè)人發(fā)揮失常就要輸球。

圖紙不是關(guān)鍵

2002年SMEE成立,是中國(guó)政府為了填補(bǔ)光刻機(jī)空白而立項(xiàng)。賀榮明去德國(guó)考察時(shí),有工程師告訴他:“給你們?nèi)讏D紙,也做不出來(lái)。”賀榮明幾年后理解了這句話。

并不是說(shuō)圖紙不重要,賀榮明說(shuō),如何將系統(tǒng)的誤差分配到子系統(tǒng),設(shè)計(jì)有高下之分。但頂級(jí)光刻機(jī)也需要細(xì)節(jié)上的技術(shù)潔癖?！耙桓饫w,一行軟件編碼,一個(gè)小動(dòng)作,如果不兢兢業(yè)業(yè)做好,整個(gè)系統(tǒng)就不優(yōu)秀?！辟R榮明說(shuō)。

“發(fā)展光刻機(jī),需要高素質(zhì)的人群。所以我們做來(lái)做去,做最多的是培養(yǎng)人,改變?nèi)?。”賀榮明說(shuō),這需要他們用五十年一百年的長(zhǎng)遠(yuǎn)眼光去做事情,而不是期望幾個(gè)月解決問(wèn)題。

如今SMEE每年增加數(shù)百項(xiàng)專利,活得很好,以中低端市場(chǎng)支持高端研發(fā)。而國(guó)際巨頭仍在前進(jìn),發(fā)展浸沒式光刻機(jī)(光在水中波長(zhǎng)更短)、磁懸浮驅(qū)動(dòng)(減少工作面震動(dòng))、反射鏡代替透鏡技術(shù)、真空腔體的極紫外光學(xué)系統(tǒng)……(高博)