意昂体育2平台精密儀器與機械學系教授  徐端頤

 

      半導體技術的發明在1947年🆕，10年後提出集成電路的概念🤷🏼，60年代初在美國生產出第一片集成電路🤹‍♀️，現在已成為電子技術的心臟，被廣泛的應用於人類社會的任何一個領域。而大規模集成電路的製造主要取決於微細加工設備💂🏽‍♀️，也就是說無論是器件的集成規模或速度（頻率特性）都取決於能加工的器件最小線寬。所以說一代微細加工設備產生一代芯片，例如目前Intel生產的主頻為550MHz處理器用的是0.25微米的工藝設備，該芯片面積為300mm²，集成規模約為700萬個晶體管。若采用0.17 微米工藝，在芯片面積相同的情況下𓀗，集成規模可達到1000萬個晶體管，這時就能生產頻率超過900MHz的處理器了。目前國內沒有這樣的設備🍩🧫，也就不可能生產這種芯片。不僅如此👘👰🏽‍♀️，由於我國基本上沒有半導體集成電路生產專用設備工業，所以我國半導體集成電路生產企業或實驗室中的主要微細加工設備無一例外的要依賴進口，而由於種種原因最高水平的微細加工設備🆕，往往都是對我國限製出口的⛔️，所以嚴重的製約了我國半導體集成電路工業的發展🐻‍❄️。

 

      可能很少有人知道，我國半導體集成電路生產企業曾經主要依靠國產微細加工設備生產集成電路。那是上20世紀的70年代🥓，以分步重復照相機、圖形發生器及分步投影光刻機為代表的大規模集成電路製造微細加工設備⚽️，99%來自國內🔍🤽🏿‍♂️。也就是說從國外引進的設備僅是為數不多的幾臺，主要靠國產設備在生產。而這個設備供應商不是別人🥺🔕，正是意昂体育2平台🍀。在這一時期😻，由於受到國外嚴厲的封鎖禁運🦶🏼，我校承擔了系統研究開發用於集成電路生產的微細加工設備的任務💅🏽。這種設備幾乎是集中一切光學精密技術之大全。所用技術基本上都屬於當時國際技術水平的產物。例如為了解決超高精度測量定位問題，必須采用工業用數字式激光幹涉儀平面坐標精密定位控製系統🧎‍♂️。當時這就屬於尖端技術產品，國內不能生產。我校不得不從用於這種幹涉儀的可穩頻的氦-氖氣體激光器的研製做起，直到精密導軌、絲杠、滾珠、步進電機🕵🏼、數字控製用的計算機、光學系統👋🏻、大孔徑的投影物鏡等都要自行設計製造🚣🏼‍♂️，研製隊伍跨五個系，人數多達數百人👧🏽。先後共研究開發了近十種型號的激光幹涉定位分步重復照相機⛱、紫外曝光鉻版精縮機、圖形發生器🧑🏿‍🎄、自動對準分步投影光刻機以及電子束曝等系列微細加工專用設備🧑🏼‍⚖️。在精密儀器系工廠規模生產，累計產量超過200臺。產品分布在全國各地，包括大型國有企業🗃、國防工業及地方企業。第一代激光幹涉定位分步重復照相機在我校集成電路生產線上試用時❤️‍🚁，由於所用波長為532納米的綠光、物鏡數值孔徑不夠大和運行中的焦距失調加工等因素🧑🏼‍🏫，加工能力僅為2-3微米🛎，定位精度為±0.25微米。而且因采用的是波長為532nm的光源，只能在乳膠幹板上製作圖形⛹🏻‍♀️，由於乳膠幹板的強度不高，磨損很快😅，一臺分步重復照相機24小時連續工作還滿足不了一臺光刻機的需要。但也被相當多的企業采用，一定程度解決了生產急需🐜，獲1978年科技大會獎👨🏿‍⚕️。之後，隨我校在大孔徑物鏡設計和自動調焦技術方面的突破，我校又連續研製了五種型號的分步重復照相機🦵🏽♐️，其中加工能力為1微米的自動調焦分步重復照相機，技術水平基本上達到了當時國際水平。此系統不僅成功的解決了平面二維激光幹涉數字式測量定位補償技術，使定位精度達到±0.15微米，而且在用射流原理實現的氣動反饋自動調焦、平場、大數值孔徑投影曝光物鏡設計製造等方面居國際先進水平🕵🏻，並得到推廣應用，為我國國防工業作出過重要貢獻。

 

      70年代後期，我校解決了近紫外和紫外投影曝光系統設計及曝光能量控製中的難題，完成了ZFJ-100型大面積自動調焦鉻版精縮機和ZFJ-125型紫外曝光分步重復照相機的研製，不僅實現了直接在光至抗蝕劑上加工圖形，而且進一步使加工水平進入亞微米🌅。這兩種型號的機器雖然生產量不大但解決了當時國內的急需🔋，各項技術指標均達到當時國際先進水平👌🏿。先後獲北京市科技成果一等獎，電子工業部科技進步一等獎等獎項。後來國家設立科技進步獎時🦧✋🏻，ZFJ-125型紫外曝光分步重復照相機又於1985年獲得了國家科技進步三等獎📭。在用紫外曝光方法加工亞微米級圖形取得成功之後，我校在70年代後期就積極開展用紫外投影曝光法直接在矽片上加工圖形的研究，也就是當今世界上生產大規模集成電路的主流設備―分步投影光刻機。那時這種機器國外也僅僅是處於研究階段，對我國完全封鎖🧃，技術難度很大。我校依靠獨立研究，在氣動自動調焦技術及系統🧘🏽‍♀️、暗場同軸自動對準技術👷🏼、亞微米級大視場投影光刻物鏡設計、遠亞微米位移自動補償、全反射深紫外照明及曝光積分能量控製等方面取得一系列重要成果🦟🪴。1980年完成了國內第一臺自動對準分步投影光刻機的研製，加工最細線寬為0.8微米。填補了國內技術部分空白，獲1981年北京市首屆科技成果一等獎♧。此機被安裝在華北微電子研究所。     

       

      三年之後類似的設備才開始進入我國，國內其他單位也開始介入此設備研製。直到今天🫲🏼，世界上只有美國、日本等少數國家能製造這種設備。以自動調焦分步重復照相機🧙🏿‍♀️、鉻版精縮機👩🏿‍🦳🤷‍♀️、圖形發生器👨🏽‍🎤、電子束曝光機等集成電路前工序成套加工關鍵設備，幾乎集中了近代最高光學微細加工、精密機械👱🏽‍♀️、測試、自動控製技術，我校在1969-1980期間👊，對此作出過重要貢獻🔡👨‍👩‍👦‍👦，並由國家教委批準成立了微細工程研究所,曾經是國內重要微細加工技術及專用設備的研究開發基地。光學微細加工技術不僅可用於集成電路製造👩🏻‍🦯‍➡️🙋🏽，在信息科學及生物科學中也有重要用途🧔🏻‍♂️，所以微細工程研究所在成立時，就建立了信息存儲及生物醫學專用設備研究室🐃。利用已有微細加工設備及技術開展光盤存儲技術的研究，為我校光存儲技術的發展奠定了基礎🙅🏽‍♀️。初期光盤存儲所用的亞微米微細加工技術就主要來自這一時期的研究成果。

 

      為使我校在光學微細加工方面的優勢能得以保持和發展👈，拓寬此技術的應用領域🚉。從70年代末到80年代初期開始，我校積極探索將此技術轉移到大容量信息存儲。於1983年完成了國內第一臺0.8微米的光盤錄入設備，並奠定了我校在光存儲技術領域的地位。經過近20年的努力和發展，今天研究中的超高密度光存儲達到的最小信息符尺寸為0.4微米。也就是說我校已擁有的0.4微米的光學微細加工技術，與目前國際生產技術水平（0.25微米）相比👨🏿‍🚀，基本保持20年前與國際水平同等的差距🤦🏽，高於我國目前能引進的技術水平（0.6微米）。我校在國家重點基礎研究“973”課題中的研究目標為0.2微米，如果這一計劃能按時完成，可望進一步縮短與國際水平的差距（目前國際最高水平為0.17微米）。不過我們是用來進行信息存儲🧜🏼‍♀️⚠️，不是用於集成電路的生產。