隨著微納米技術(shù)向光學(xué)領(lǐng)域的擴(kuò)展，微納光學(xué)結(jié)構(gòu)的制造技術(shù)已成為現(xiàn)代先進(jìn)制造的重要方向，其水平高低也是體現(xiàn)一個(gè)國(guó)家綜合實(shí)力的標(biāo)志之一。如何研制出面向微納光學(xué)結(jié)構(gòu)制造的光刻裝備成為相關(guān)領(lǐng)域科技工作者追求的目標(biāo)。

　　11月29日，由中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所（以下簡(jiǎn)稱光電所）承擔(dān)的國(guó)家重大科研裝備研制項(xiàng)目“超分辨光刻裝備研制”通過(guò)驗(yàn)收，該裝備用365nm波長(zhǎng)的紫外光單次成像實(shí)現(xiàn)了22nm的分辨率，為光學(xué)超材料/超表面、第三代光學(xué)器件、傳感芯片等納米光學(xué)加工提供了全新的解決途徑。

　　突破分辨力衍射極限 

　　光學(xué)光刻作為主流的微電子芯片制造技術(shù)，具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。需要不斷地通過(guò)縮短波長(zhǎng)、增大數(shù)值孔徑提高分辨力，來(lái)滿足微電子技術(shù)的發(fā)展。

　　在光電所的努力下，本項(xiàng)目利用表面等離子體超分辨成像原理，突破了衍射極限，不是通過(guò)縮短波長(zhǎng)或增大數(shù)值孔徑來(lái)實(shí)現(xiàn)的，為突破多個(gè)光刻分辨力節(jié)點(diǎn)提供了一種全新的技術(shù)。

　　驗(yàn)收專家組表示：“項(xiàng)目在原理上突破分辨力衍射極限，建立了一條高分辨、大面積的納米光刻裝備研發(fā)新路線，繞過(guò)了高分辨光刻裝備技術(shù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)壁壘”

　　開(kāi)辟“新”光刻技術(shù)和裝備 

　　為什么這臺(tái)光刻裝備采用了新的原理和技術(shù)？光電所研究員、項(xiàng)目副總設(shè)計(jì)師胡松告訴記者，該成像（任意圖形）步進(jìn)重復(fù)光刻（非直寫）裝備難度很大，項(xiàng)目組必須開(kāi)辟一條新路徑。

　　自2003年以來(lái)，光電所在超分辨成像光刻技術(shù)方面進(jìn)行了深入系統(tǒng)地探索，取得了多項(xiàng)技術(shù)突破。在此基礎(chǔ)上，瞄準(zhǔn)領(lǐng)域需求，2012年承擔(dān)了國(guó)家重大科研裝備——超分辨光刻裝備項(xiàng)目。經(jīng)過(guò)近7年艱苦攻關(guān)，項(xiàng)目組突破了高均勻性照明，超分辨光刻鏡頭，納米級(jí)分辨力檢焦及間隙測(cè)量，超精密、多自由度工件臺(tái)及控制等關(guān)鍵技術(shù)，完成了裝備研制。

　　這臺(tái)裝備采用365nm波長(zhǎng)光源，單次曝光最高線寬分辨力達(dá)到22nm。對(duì)此，胡松打了一個(gè)比方：“這相當(dāng)于我們用很粗的刀，刻出一條很細(xì)的線?！?/p>

　　回憶這7年的攻關(guān)時(shí)刻，胡松告訴記者，一開(kāi)始有些項(xiàng)目成員“不相信能做出這臺(tái)設(shè)備”。但隨著項(xiàng)目組先后實(shí)現(xiàn)了50nm、45nm、32nm超分辨成像光刻結(jié)果，大家的信心越來(lái)越堅(jiān)定。

　　“我最激動(dòng)的時(shí)候是去年7、8月份，當(dāng)時(shí)我們做出了10mm×10mm的多場(chǎng)重復(fù)曝光，這意味著技術(shù)已經(jīng)逐漸成熟?！焙烧f(shuō)。

　　在此基礎(chǔ)上，項(xiàng)目組面向更高分辨力特征圖形（非IC芯片）的制造,開(kāi)發(fā)了高深寬比刻蝕、多重圖形等配套工藝。該項(xiàng)目目前已獲得了授權(quán)國(guó)內(nèi)發(fā)明專利47項(xiàng)，國(guó)外發(fā)明專利4項(xiàng)，擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

　　解決產(chǎn)業(yè)應(yīng)用難題 

　　現(xiàn)在微納光刻技術(shù)是現(xiàn)代先進(jìn)制造的重要方向，是信息、材料等諸多領(lǐng)域的核心技術(shù)。與此同時(shí)，光學(xué)超材料、新型光機(jī)電集成器件、變革性光學(xué)技術(shù)等的出現(xiàn)，迫切需要發(fā)展專用的微納制造工具。

　　面對(duì)實(shí)際應(yīng)用需求，項(xiàng)目組通過(guò)技術(shù)的延伸，解決了多種微納功能材料和器件的加工難題，并實(shí)現(xiàn)了相關(guān)器件的制造。

　　例如在生化傳感芯片方面，通過(guò)超分辨光刻裝備制備的納米傳感器件，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)分子的高靈敏探測(cè)，避免檢測(cè)過(guò)程中的接觸污染，在早期癌癥診斷技術(shù)方面實(shí)現(xiàn)突破。

　　目前，該裝備還不具備用于產(chǎn)線上微電子芯片的制造能力，不能代替微電子芯片的制造。

　　驗(yàn)收專家表示，利用超分辨光刻裝備，項(xiàng)目組為航天科技集團(tuán)第八研究院、中科院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所、電子科技大學(xué)、四川大學(xué)華西二院、重慶大學(xué)等多家單位制備了一系列納米功能器件，包括大口徑薄膜鏡、超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)器、切倫科夫輻射器件、生化傳感芯片、超表面成像器件等，驗(yàn)證了超分辨光刻裝備納米功能器件（非IC芯片）加工能力，已達(dá)到實(shí)用化水平。

　　驗(yàn)收專家認(rèn)為，這項(xiàng)裝備形成了一條全新的納米光學(xué)光刻技術(shù)路線，具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，為超材料/超表面、第三代光學(xué)器件、廣義芯片（非IC芯片）等變革性戰(zhàn)略領(lǐng)域的跨越式發(fā)展提供了制造工具。

　　光電所團(tuán)隊(duì)在后續(xù)研究中將盡他們的微薄之力繼續(xù)擴(kuò)展超分辨光刻裝備的功能。

　　《中國(guó)科學(xué)報(bào)》 (2018-11-30 第1版 要聞)