[編者按] 光刻機是制造芯片的核心裝備，提升光刻機的研發(fā)制造能力，對國產(chǎn)芯片發(fā)展進步至關重要。光刻機涉及多項復雜的先進技術，中國工程院譚久彬院士在《儀器儀表學報》2023年3期發(fā)表《超精密測量是支撐光刻機技術發(fā)展的基石》一文，文章對超精密測量技術在光刻機制造中的重要作用進行了闡述。

譚久彬簡介：中國工程院院士、國家計量戰(zhàn)略專家委員會委員、中國儀器儀表學會副理事長、哈爾濱工業(yè)大學精密儀器工程研究院院長。

超精密測量是支撐光刻機技術發(fā)展的基石

譚久彬

摘要：光刻機是尖端裝備的珠穆朗瑪峰。超精密測量是支撐光刻機產(chǎn)品研發(fā)與制造，保證光刻機產(chǎn)品制造精度等級與質量水平的基石。本文綜述了光刻機產(chǎn)業(yè)的特點與發(fā)展趨勢。在此基礎上，從零部件、分系統(tǒng)、整機集成、整機性能層面闡述了超精密測量對光刻機技術發(fā)展的支撐作用。分析了光刻機產(chǎn)品精密能力提升的途徑和超精密光刻機產(chǎn)業(yè)測量體系建立的必要性，包括管控超精密光刻機產(chǎn)品制造質量的工業(yè)測量體系和管控光刻機產(chǎn)品工業(yè)測量體系量值準確可靠的計量體系。提出了建設光刻機產(chǎn)業(yè)計量測試中心的必要性。

關鍵字：光刻機；超精密測量；工業(yè)測量體系；計量體系；計量測試中心

1、引    言

光刻機產(chǎn)業(yè)處于高端裝備制造鏈的頂端，既是技術鏈的頂端，又是價值鏈的頂端；光刻機產(chǎn)業(yè)的高質量發(fā)展不僅會直接拉動芯片產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，而且會極大地牽動整個高端裝備制造業(yè)的發(fā)展，是大國必爭的戰(zhàn)略制高點。要打造一個有牽動力和競爭力的光刻機產(chǎn)業(yè)，首先必須打造光刻機產(chǎn)業(yè)高質量零部件產(chǎn)品的制

造鏈和產(chǎn)業(yè)鏈，這是光刻機產(chǎn)業(yè)高質量發(fā)展的基礎與前提。超精密光刻機制造精度等級與質量水平，決定了我國超精密光刻機產(chǎn)業(yè)和整個高端裝備制造業(yè)的核心競爭力。要成功研發(fā)與制造光刻機產(chǎn)品，并不斷提高光刻機產(chǎn)品制造精度等級與質量水平，就必須首先完成系統(tǒng)的超精密測量能力建設。沒有系統(tǒng)的超精密測量整體能力支撐，就不可能制造出質量合格的光刻機產(chǎn)品；即便勉強研發(fā)出光刻機樣機，也很難產(chǎn)業(yè)化，也就是說，沒有超精密測量能力，就無法生產(chǎn)出質量合格的超精密光刻機產(chǎn)品，即無法滿足超精密、高性能、高穩(wěn)定性、高可靠性和長壽命等要求。系統(tǒng)的超精密測量整體能力建設是支撐光刻機產(chǎn)業(yè)高質量的基石，是基礎的基礎。超精密測量能力建設處于基礎性、先導性、戰(zhàn)略性地位，必須優(yōu)先發(fā)展。

2、光刻機產(chǎn)業(yè)的特點與發(fā)展趨勢

2.1、光刻機是人類制造史上精度和性能水平最高的機器

超精密光刻機被譽為“超精密尖端裝備的珠穆朗瑪峰”，是人類制造史上精度和性能水平最高的機器。其精度和性能已經(jīng)接近人類超精密制造在現(xiàn)階段的精度極限和性能極限。光刻機的工作原理是，采用類似照相機原理的方式，把掩模板上的集成電路等精細圖形通過物鏡系統(tǒng)按比例縮小，成像到硅片上；然后使用化學方法顯影，再經(jīng)過離子束刻蝕，得到刻在硅片上的集成電路等精細圖形[1]。超精密光刻機是在超精密量級上把最先進的光、機、電、控等十幾個至幾十個分系統(tǒng)，幾萬個乃至十幾萬個零部件集成在一起，通過及其復雜和嚴密的超精密測控系統(tǒng)，使光刻機的十幾個至幾十個分系統(tǒng)高精度和高性能協(xié)同工作。它是人類裝備制造史上復雜程度最高、技術難度最大、制造精度最高、綜合性能最強的尖端超精密裝備。它在高速和高加速度下，達到納米級的同步精度、單機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的生命，其精度和性能提升一點點，通常都要付出幾倍，乃至十幾倍的代價。

2.2、現(xiàn)有光刻機是集成全球超精密制造和測量能力的高精尖技術的結晶

由于光刻機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光刻機僅有ASML一家公司有能力制造。其中用于7nm節(jié)點制程的EUV光刻機擁有10萬多個光機零件，涉及上游5000多家供應商。這些零部件對精度、性能和可靠性的要求極高，只有發(fā)揮供應鏈上所有頂尖制造商的技術優(yōu)勢，確保全部零部件都滿足設計要求，達到驗收標準，最終超精密光刻機才有可能研發(fā)成功。