PDF《开启纳米精度时代》

2000 年,我国高校和研究院所 才逐步形成了相关的研究团队,陆续开展芯片 制造理论、 工艺和装备研发. 庆幸的是,作为我国资助基础研究的主渠 道,自然科学基金委在

2009 年启动该重大研究 计划时,布局了突破芯片制造相关核心技术的 基础研究.

8 年里, 科学家们从基础理论的 好点子 开始, 揭示了纳米尺度与纳米精度下加工、 成形、 改性和跨尺度制造中的尺度效应、表面 / 界面 效应等规律,建立了纳米制造理论基础及工艺 与装备原理,为实现纳米制造的一致性与批量 化提供了理论基础. 例如,清华大学的纳米制造团队提出了化 学机械去除理论,实现了单晶硅原子层的可控 去除, 相关结果发表在 《自然―通讯》 上.美国科 学促进会曾评价: 该发现开创了在原子精度实 现电子材料加工的新方法,这将是未来电路元 器件加工精度进一步提升至原子尺度控制水平 的关键. 关于抛光颗粒的研究作为成果 摩擦 过程的微粒行为和作用机制 的主要内容获得

2018 年度国家自然科学奖二等奖. 随后,科学家将基础研究成果拓展至工程应 用.

2015 年10 月, 国产首台

12 英寸抛光设备进入 芯片制造大生产线,其主要技术指标达到或优于 国际先进水平, 有效实现了关键装备国产化. 没有该重大研究计划支持下的基础研究原 理创新, 就没有生产线上的高端机器.不过, 在 科学家看来,该重大研究计划形成的新原理依 然有许多未实现工业应用, 对 卡脖子 技术的 贡献还有待进一步提升. 学科交叉共融 回顾

8 年来的研发经历,雒建斌对学科交 叉共融感触颇深. 装备本身是个大型机械, 各 个机构的设计离不开机械原理学科,运动系统 的控制离不开自动化学科,而抛光过程则需要 物理和化学知识. 他告诉 《中国科学报》 . 据了解, 在强调学科交叉共融方面, 该重大 研究计划突破传统的一级学科交叉,实现跨学部 交叉. 统计数据显示,

8 年来, 在该重大研究计划资 助的项目中, 交叉项目资助金额占比 18.5%, 资助 项目论文成果涉及

28 个学科. 难能可贵的是,这些交叉学科又在主要的 科学问题上得到共融.例如, 不同学科的科学问 题都具有明显的 制造 属性, 即如何保证纳米 制造过程的高精度、 批量化和一致性. 西安交通大学纳米制造研究团队自

2001 年起从事纳米压印方面的研究,如今已将压印工 艺的精度提高到纳米量级.压印工艺采用机械制 造领域模板复形的概念制造纳米结构,可以形象 地理解为用 月饼印 在月饼表面印出花纹. 据该团队青年科学家邵金友介绍,在传统 压 印技 术 难以 走向工程 应 用的 现实情况 下,2008 年后,团队发明了界面电荷调控的纳米压 印技术, 突破了尺度效应, 使压印力和脱模力都 得到大幅降低,这一技术就是制造学科与物理 学科交叉融合的结果. 另外, 在该重大研究计划集成项目支持下, 制造专家也与化学家的思想碰撞出火花.将电 化学反应原理与模板约束成形技术相结合, 厦 门大学田中群院士研究团队发明了以约束刻蚀 剂层技术 (CELT) 为支撑的纳米结构模板调制 成形新方法,以接触电势诱导腐蚀的去除方式 实现了半导体材料的电化学直接压印成形, 缩 短了半导体材料成形的工艺链.业内专家认为, 这种化学腐蚀和压印相结合的方法,扩大了压 印材料的种类. 凝聚人才队伍 在卢秉恒看来, 凝聚全国范围内的微纳制 造人才, 是该重大研究计划重要贡献之一.