光刻机是集成电路制造中最为核心的高端装备，在60余年的发展历程中不断挑战人类超精密制造装备的极限，推动着摩尔定律的持续向前和信息时代的飞速发展。近日，清华大学机械系朱煜、胡楚雄团队以“集成电路装备光刻机发展前沿与未来挑战”为题，在《中国科学：信息科学》杂志集成电路未来发展及关键问题专题发表“观点与争鸣”文章，并在国家自然科学基金委第347期双清论坛（青年）进行专题报告。
光刻机是最重要、最复杂、最昂贵的集成电路制造装备，被誉为“超精密尖端装备的珠穆朗玛峰”。自1961年第一台光刻机诞生以来，光刻机经历了接触式→接近式→投影式的发展路线，如今以投影式中的步进扫描式光刻机为主流。光刻机所使用的光源波长从最早的紫外光源(ultraviolet, UV)，如g线(波长436 nm)、i线(波长365 nm)光源，发展到以KrF(波长248 nm)、ArF(波长193 nm)为代表的深紫外光源(deep ultraviolet, DUV)，再到现在波长13.5 nm的极紫外光源(extreme ultraviolet, EUV)，随着光源波长的不断缩短，光刻机单次曝光分辨率不断提升，目前最先进的EUV光刻机曝光分辨率为13纳米，可用于3 nm制程芯片的生产。
光刻机系统极为复杂，由十几个甚至几十个分系统组成，包含几万个甚至十几万个零部件，光学、精密机械、电气、测控、材料等多项技术都需要被推向极致。对于EUV光刻机，以曝光光源、光学系统、双工件台这三大核心部件为例， EUV光源技术难点集中体现在高光源功率、线宽与噪声控制、高系统效率等方面，其光学系统的反射镜需要达到原子级别的平坦度，在1.2 m的直径大小下表面粗糙度不超过20 pm，而双工件台系统则要在极高的速度、加速度下实现毫秒级建立时间和（亚）纳米级运动精度。在DUV光刻机分辨率指标近乎“凝固”的很长一段时间里，光刻机工件台精度的不断提升成为了近20年来驱动光刻机发展的引擎。
未来，面向更小的工艺节点，主流光刻技术正在研发和推进高数值孔径(High-NA) EUV光刻，在目前EUV光源下，将数值孔径从现在的0.33提升至0.55甚至0.7，进而进一步提升光刻机的曝光分辨率。除了主流的DUV、EUV光刻技术外，目前还有包括纳米图形压印光刻、大规模并行电子束直写、导向自组装技术等新型光刻技术正在发展，未来也值得进一步探索。
清华大学机械系朱煜教授为论文通讯作者，胡楚雄副教授为论文第一作者，机械系2020级博士生周冉、2018级博士生付宏以及机械系张鸣研究员均为论文工作作出贡献。研究工作得到了国家自然科学基金的支持。
论文信息：
胡楚雄，周冉，付宏，张鸣，朱煜. 集成电路装备光刻机发展前沿与未来挑战. 中国科学：信息科学，2024年第1期，doi：10.1360/SSI-2023-0378.
http://engine.scichina.com/doi/10.1360/SSI-2023-0378
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撰稿：周冉
编辑：张琪琪
