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朱煜：精密事业
作者：本刊记者 方 方 王涵 来源：科学中国人 发布时间：2017-6-16
导读： 蒸汽机作为一个现象级的神器，它的出现打开了人类步入工业文明的大门。
它所提供的源源不断的动力，极大地推动了现代工业的发展。而钢铁作为那个时代的“
砖和瓦”，造就了巍峨的现代工业社会大厦。如今，芯片已经取代钢铁成为信息时代的
基石，提供核心发展驱动力的蒸汽机也被制造芯片的高端装备所取代。
早在2013年，我国的芯片进口总值已超过石油成为第一大商品。芯片的广泛应用对社会
生活的各个方面产生了巨大影响，国民经济、国家安全也都系于小小芯片的方寸之间。
要真正实现经济腾飞、大国崛起，我国必须摆脱在芯片上对外的高度依赖，而拦在通往
芯片自主之路上的最大障碍就是以光刻机为代表的集成电路制造的高端装备。
光刻机，这个被周光召先生誉为新时代“两弹一星”的“神器”，以其极高的精度被业
界看作是微细加工的“珠穆朗玛”，是实现《中国制造2025》计划“新一代信息技术产
业”这一重点领域突破的大国重器。光刻机中最关键的两个子系统是超精密曝光光学系
统和超精密工件台系统，它们分别代表了超精密光学和超精密机械的技术最高峰。光刻
机的研制能力，不仅反映出一个国家的科技实力，也代表了一个国家的精密制造水平。
国外业界曾认为，中国人现在不能、未来也不可能造出如此高精密超复杂的光刻机设备
。日本尼康株式会社的社长来中国访问时曾说过这么一句话：“光刻机光学系统虽然很
难，我相信你们能够研制出来，但工件台恐怕就拿不下来了，因为这个系统太复杂了。”
然而，就是这么一个被公认为“太复杂”而不可能被中国解决的科技难题，却被清华大
学朱煜教授带领的团队攻克了。在国家“十二五”科技创新成就展上，他们展出了自主
研制的光刻机双工件台的核心模块，即运动定位模块POMO，装备这种模块的双工件台系
统可实现与掩模台优于2nm的同步运动精度。
这是什么概念？人的头发丝直径平均是80微米，2纳米相当于头发丝直径的四万分之一
。而2纳米同步运动精度则可以这样想象：两架时速1000千米的飞机在任意时刻的飞行
位置偏差不超过一个微米（头发丝直径的八十分之一）。
如此极端的性能指标，使光刻机双工件台成为当之无愧的“精密机械之王”。当该成果
被展出时，“王”背后的勇士们也走进了公众的视野。
以战略眼光看问题
光刻机，是集成电路领域关键设备，是国家高科技战略必争之地。当前，一台最先进的
浸没式双工件台光刻机售价高达1亿美元！这种光刻机可被用于10nm及以下集成电路制
造工艺节点。放眼全球，只有荷兰ASML公司能够生产出这样的光刻机，而国内光刻机中
性能最好的样机尚只能用于90nm工艺节点。
高昂的资金门槛，高精尖的技术瓶颈，将全世界的高端光刻机生产局限在非常有限的几
家企业之内；而对于最新型的EUV光刻机，ASML更是完全垄断了整个市场。如此一来，
就算我国耗费巨资来购买设备，应用中也会受制于人。根据“瓦森纳协定”，西方国家
对中国销售这类先进装备有着明确的限制：禁止将最先进的光刻机卖给中国，禁止用他
们出售的光刻机生产国防及航天等的核心器件。对于我国集成电路产业的自主发展来讲
，这个限制犹如巨人被卡住了咽喉。
此情此境之下，中国能不能攻克光刻机，不仅意味着能否拔掉我国集成电路发展道路上
的“在喉之鲠”，更意味着有没有能力在超精密制造装备方面达到世界顶尖水平。对于
光刻机发展的战略意义，朱煜十多年前就有了深刻地认识和领会。早在2001年，朱煜参
与了“十五”“863”IC装备重大专项的规划工作，作为该规划方案的主要执笔者，他
从一开始就认识到发展光刻机产业对于实施国家战略的重要意义。2004年起，朱煜又参
与了推动光刻机等高端集成电路制造装备进入国家科技重大专项的工作。2006年年初，
《国家中长期科技发展规划纲要（2006-2020）》发布，集成电路装备正式被列入国家
16个科技重大专项，业内称之为“02专项”。2006年11月2日，02专项实施方案编制专
家组正式成立，朱煜担任副组长，成为该专项实施方案的主要执笔人。
几年间，朱煜亲历了集成电路高端装备提上国家战略发展日程的过程，看到了国家层面
的高度重视，也预见了这个产业的发展势头。在他的科研生涯中，从宏观战略角度思考
问题，已经成为一种习惯。他义无反顾地选择光刻机工件台，究其原因，一是立足国家
战略需要；二是圆清华大学的光刻机梦。
从国家战略需求的角度想，要做就做最需要的、也可能是最难的研究。工件台是光刻机
最重要的核心子系统，是最难啃的“硬骨头”——即便强大如ASML，其一个新工件台系
统的研发都要耗费十几年的时间。
从圆梦的角度看，作为一个清华人，朱煜深深了解历史上清华大学与中国光刻机研发之
间的渊源。上世纪70年代，清华大学精仪系成功研制了“自动分步重复照相机”，也就
是当时的步进光刻机。那时，当今的半导体巨擘英特尔不过刚刚成立，现在的光刻机巨
头ASML还未创立，那台“清华出品”让中国足以自豪。然而，随着国家放慢了对半导体
工业支持的脚步，从20世纪70年代到21世纪初，在狂飙突进的国际半导体行业，我国却
被远远甩在了后面，清华人真的黯然了。
“30多年了，历史绕了个大圈儿，又回到了起点。”朱煜打趣地说，“历史给了清华一
个机会，我们又从同一个起点出发了。让我们来完成前辈们未竟的事业吧！”
要啃下光刻机工件台这根“硬骨头”，光凭一腔热血远远不够。光刻机工件台所蕴含的
技术水平之高、系统之复杂，绝不是几个人拼命干就能干出来的。“拼命干是必须的，
但更重要的是要选择正确的技术路线，要构建完备的技术体系。”朱煜如是说。
从2001年开始，他一边从事光刻机同步试验台项目的研发工作，一边抓紧光刻机工件台
技术发展战略的研究。“我第一次看到的双工件台是ASML的一段展示视频”，初睹双工
件台，即使只是视频，朱煜也被深深震撼了。“我下意识地对自己说，这就是我想要做
的，中国必须掌握这样的尖端技术！”
彼时ASML双工件台光刻机刚刚上市，业内部分资深人士嘲笑它“庞大、笨重、复杂、昂
贵”。朱煜却在第一时间注意到该技术的巨大潜力，全力开展研究工作。一年后，我国
第一项双工件台专利诞生于清华园，由此开启了中国光刻机研发道路上的双工件台时代
。而朱煜在规划中国光刻机工件台技术路线的同时，结合当时正在进行的“光刻机工件
台同步试验台项目”，前瞻性地提出了“气浮、磁浮”“超精密测量”“超精密控制”
等九大关键技术的工件台技术架构，并针对这些关键技术逐一布局进行预研。这一布局
为后续双工件台研发成功奠定了坚实的技术基础。
确定了研究目标，设定了技术路线，构建了技术体系，在一般人看来，接下来要做的无
外乎放手大干了，但在朱煜的脑中，工件台攻关远不止这么简单。他超前地认为，作为
光刻机这个超级复杂系统的一个核心子系统，工件台的研发组织必须从整机的角度出发
，如果组织不当，即便双工件台研发成功，也难以真正满足整机需求，最多不过是“摆
在实验室的漂亮展品”。
然而，在双工件台项目上马时，国家尚未启动相应的双工件台光刻机整机项目，整机单
位为之奋斗的还是单工件台光刻机。“必须让我们研发的双工件台为国产高端光刻机所
用！”朱煜这样要求自己。2008年双工件台项目启动前，经过认真思考，他提出了项目
内设置整机用户联合研发课题，并进行集成测试考核的模式。此后的6年研发中，整机
与部件单位不断磨合，最终确保了研发出的双工件台真正达到了光刻机整机严苛的技术
要求。
对于朱煜，同行们给予了相当高的评价：统观全局，把双工件台研发这一战役放在整机
乃至国家战略的高度去考虑；审时度势，正确地制定了双工件台研发目标；缜密运筹，
超前地构造了双工件台的技术框架。他的这些选择，将一个战略决策者的作用发挥得恰
如其分。
登上双工件台高峰
“十年磨一剑，百天一纳米”，这条悬挂在实验室的横幅或许能说明朱煜及其团队成员
这些年的心路历程。双工件台的研发道路漫长而坎坷，一路走来的艰辛和曲折，用“九
九八十一难”来形容似乎也不为过。
说起困难，最难莫过于起步之难。2002年开始争取工件台研发项目的时候，除了朱煜自
己，团队中没有一个成员知道光刻机是什么，而竞争对手则是国内多年从事光刻机研发
的团队。朱煜知难而进，一方面带领团队大量阅读国外的相关专利文献；一方面结合自
己和团队在超精密机械方面的研究基础，昼夜奋战，在很短的时间内拿出了一套技术方
案。由于合理运用了各种先进的设计理念和技术，这套方案在技术层面即使以现在的眼
光来评判也很超前。凭借这一方案，朱煜获得了工件台研发道路上第一个“863”专项
课题——“光刻机工件台同步试验”，并在2004年研制出了中国第一个10纳米同步精度
的超精密运动平台。
同步试验台的研制成功，极大地提振了朱煜和团队的信心，前途似乎一片光明。然而现
实却没有想象中的美好，从2004到2008年，团队没有再得到新的支持，研究几度陷入停
顿。绝境之中，朱煜没有转向其它可以申请到经费的新方向，而是选择了艰难地坚持，
多方筹措经费继续工件台研发。在双工件台项目立项而经费没有到位的时候，朱煜做出
了旁观者眼中近乎“疯狂”的举动，向学校借了700万元，以保证研发进度不中断。
凭着圆梦光刻机的信念和执着，他们在短短几年中快速地推进双工件台技术的预研，实
现了关键的技术积累和重大的战略布局——数十项双工件台专利、第一台纳米精度的三
自由度微动台、先进陶瓷材料的成功应用、第一台可实现交换的缩尺双工件台验证系统
等研究成果陆续产生。
2009年，东风吹来，依靠前期的深厚技术积累，朱煜及其团队获得了国家科技重大专项
资助，争取到了研制双工件台的机会。就在团队上下欢欣鼓舞，准备大干快上的时候，
一个意外的消息传来了：光刻机巨头ASML推出了新一代基于磁悬浮平面 |
y****g
发帖数: 36950 | |
f***y
发帖数: 4447 | 3 除了手机芯片，cpu, 其他都在用
【在 y****g 的大作中提到】
: 65的现在做什么芯片用的？
|
y****g
发帖数: 36950 | 4 是不是声卡这类芯片可以用这个
：除了手机芯片，cpu, 其他都在用
： |
h*******i
发帖数: 4386 | 5 二逼大学。
三星现在都超过Intel了，好好学学韩国KAIST/SKKU/SNU是怎么搞科研的吧，言必称香
浓，图灵，跟在米疣屁股后面发垃圾paper, 真没出息。
【在 f***y 的大作中提到】
: http://www.scichi.cn/content.php?id=2339
: 朱煜：精密事业
: 作者：本刊记者 方 方 王涵 来源：科学中国人 发布时间：2017-6-16
: 导读： 蒸汽机作为一个现象级的神器，它的出现打开了人类步入工业文明的大门。
: 它所提供的源源不断的动力，极大地推动了现代工业的发展。而钢铁作为那个时代的“
: 砖和瓦”，造就了巍峨的现代工业社会大厦。如今，芯片已经取代钢铁成为信息时代的
: 基石，提供核心发展驱动力的蒸汽机也被制造芯片的高端装备所取代。
: 早在2013年，我国的芯片进口总值已超过石油成为第一大商品。芯片的广泛应用对社会
: 生活的各个方面产生了巨大影响，国民经济、国家安全也都系于小小芯片的方寸之间。
: 要真正实现经济腾飞、大国崛起，我国必须摆脱在芯片上对外的高度依赖，而拦在通往
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w*****7
发帖数: 4847 | 6 三爽没有被禁运，可以买ASML的。
你太2B了。
【在 h*******i 的大作中提到】
: 二逼大学。
: 三星现在都超过Intel了，好好学学韩国KAIST/SKKU/SNU是怎么搞科研的吧，言必称香
: 浓，图灵，跟在米疣屁股后面发垃圾paper, 真没出息。
|
z*****l
发帖数: 3472 | |
l********e
发帖数: 3986 | |
f***y
发帖数: 4447 | |
p***n
发帖数: 17190 | 10 65nm....
還用的193
EUV 前後開發才20年
相信很快就會趕上
【在 f***y 的大作中提到】
: http://www.scichi.cn/content.php?id=2339
: 朱煜：精密事业
: 作者：本刊记者 方 方 王涵 来源：科学中国人 发布时间：2017-6-16
: 导读： 蒸汽机作为一个现象级的神器，它的出现打开了人类步入工业文明的大门。
: 它所提供的源源不断的动力，极大地推动了现代工业的发展。而钢铁作为那个时代的“
: 砖和瓦”，造就了巍峨的现代工业社会大厦。如今，芯片已经取代钢铁成为信息时代的
: 基石，提供核心发展驱动力的蒸汽机也被制造芯片的高端装备所取代。
: 早在2013年，我国的芯片进口总值已超过石油成为第一大商品。芯片的广泛应用对社会
: 生活的各个方面产生了巨大影响，国民经济、国家安全也都系于小小芯片的方寸之间。
: 要真正实现经济腾飞、大国崛起，我国必须摆脱在芯片上对外的高度依赖，而拦在通往
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f***y
发帖数: 4447 | 11 65nm能用在28nm,40nm。
【在 p***n 的大作中提到】
: 65nm....
: 還用的193
: EUV 前後開發才20年
: 相信很快就會趕上
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M****u
发帖数: 17708 | 12 祖国不是要用量子计算机了么？搞个毛光刻，都他妈夕阳产业了 |
