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宇微光学:突破纳米级别核心技术

发布时间: 2023-01-20 09:22 发布单位: 来源: 长江日报

“明光生二极,解麦克斯韦,穷究浩宇;看像成三维,算霍普金森,不舍毫微。”在华中科技大学教授刘世元创立的宇微光学软件有限公司(以下简称“宇微光学”),墙上有他自创的“藏尾对联”。

麦克斯韦方程组阐释了电与磁——这一对宇宙间最深刻的作用力之间的联系,并将电场和磁场统一了起来;而霍普金森成像公式,是部分相干成像最高效的计算公式,特别适合于掩模优化的光刻成像建模计算。

致广大而尽精微——在刘世元看来,既要抬头望浩瀚宇宙,也要低头谋一域精益求精,而光刻领域正是承载人类跨域式科技发展的关键“微粒”。

党的二十大报告提出,以国家战略需求为导向,集聚力量进行原创性引领性科技攻关,坚决打赢关键核心技术攻坚战。

近日,刘世元在接受长江日报《在场》栏目记者专访时说,无论是把论文写在祖国大地上,还是通过创业实现核心技术产业化,个人的发展要紧跟时代命脉,要始终瞄准解决国家迫切需要解决的关键核心技术。

■ 最早一批进入“无人区”

光刻机是制造芯片的最核心装备,制造难度极大,被誉为世界上最精密的工具,而在20多年前,在“缺芯少屏”的担忧下,国内科创产业有识之士喊出了“砸锅卖铁也要研制芯片”的口号。

在政策的鼓励下,中国半导体产业出现了海归创业和自主发展的热潮,当2002年光刻机被列入国家863重大科技攻关计划时,上海微电子装备有限公司应运而生并承担了主要的攻坚克难任务。

彼时,荷兰阿斯麦尔(ASML)已经成立18年了,距离1997年开启EUV光刻机研发也已经过去了5年。

一批精兵强将被集结,要缩短距离奋力赶超。

从英国访学归国后不久的刘世元,在学院派遣下,作为最早的几个技术骨干之一,加盟上海微电子装备有限公司,成为“100nm光刻机”研制任务总体组成员、控制学科负责人,并带出80多人团队,他们中不少人成长为国内首屈一指的光刻机系统专家。

通过3年多的奋斗,他组建了上海微电子第一个控制工程实验室,解决了扫描投影光刻机中掩模台、工件台、曝光剂量等同步控制的技术难题。

这为日后我国600系列光刻机问世、掌握90nm-250nm关键层和非关键层的光刻工艺等突破,打下了基础。

2005年回到母校华中科技大学后,刘世元将IC(集成电路)纳米制造的计算光刻与计算测量,作为主攻方向。十多年来,他和团队在该领域的基础理论与技术创新上做了许多工作,相继获得国内外学术界和产业界同行的重视和认可。

当湖北省组建跨学科领域协同创新的综合性科研平台光谷实验室时,已担任华中科技大学集成电路测量装备研究中心主任的刘世元,从国家和湖北经济社会发展的重大战略需求出发,领衔光谷实验室集成电路测量检测技术创新中心。

■ 让国产芯片拥有不失真的“犀利眼”

刘世元介绍,继在“计算测量”领域获批科技部首批国家重大科学仪器专项并创立企业解决“卡脖子”难题后,2020年,他二次创业,创立宇微光学,开始迈向“计算光刻”领域。

刘世元介绍,光刻机是IC制造中最为核心的制造装备,其目的是通过其成像系统将掩模图形不失真地转移到硅片上。随着IC器件关键尺寸达到照明光源半波长以下时,硅片上曝光图形将产生畸变,从而必须引入光学临近校正(OPC)技术,以实现掩模图形的优化设计。

有人曾开玩笑说,纳米级别的微加工工艺,就仿佛一架3马赫速度飞行的战斗机准确打击一个0.0025毫米的目标,“瞄准”难度可见一斑。而刘世元团队自主研发的全国产OPC技术及软件,正是要解决这种“瞄准”能力。

最难的时候,团队在100多平方米办公区初创,并急速招兵买马,集结并培育研发人员。迄今,该团队博士占比接近四成。

刘世元介绍,OPC已不再是单纯的数据处理,而是综合考虑物理、化学、光学、数学、高性能计算,以及生产与制造工艺方面的跨学科应用,“仅光学成像设备就涉及电磁波、微纳米结构相互作用等物理光学;再如,最终,数据量会以T级计,成像上万个CPU计算机核非常考量算法的效率”。

据介绍,该软件主要掌握在少数海外巨头手中。不光硬件买不来,软件同样讨不来。

作为技术带头人,刘世元确定自主技术路线、搭建算法软件平台,蹚出一条拥有国产自主知识产权的技术道路。

截至目前,宇微光学已成功研发全国产、自主可控的计算光刻OPC软件,填补国内空白。目前正在做集成与测试,并到芯片生产厂商做验证,今年还将继续升级完善,实现订单突破。

近日,这一成果入选2022年中国光学领域十大社会影响力事件,在中国光学领域高“光”时刻中永恒定格。