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科学研究
科技新锐 | 他为抛光装置“量体裁衣”
发布日期:2022-03-31 来源:澳门新葡平台网址8883微信公众号 作者: 陈文 图片:邱天舒 访问量:

走出超精密加工实验室,已是凌晨。踏着夜色,智能科学学院副研究员刘俊峰的脚步变得轻快了起来。

就在刚才,他反复建模、测试、验证的抛光装置结构与工艺,终于降低了团队所加工的光学元件最后一段频率误差。这意味着,他们加工的光刻物镜样件精度从纳米级别提升到亚纳米级别。

光刻物镜是加工芯片的核心装备——光刻机的重要部件。光刻物镜设计难度大,对精度要求极高,一度成为芯片制造的“卡脖子”难题。

2014年,超精密加工团队接到了国家某重大专项任务,要求将光刻物镜的加工精度提升到亚纳米级别。当时,年纪轻轻的刘俊峰刚刚博士毕业,加入了超精密加工团队。

“为什么某些频率段的误差总是无法降低?”刘俊峰刚来,却遇上了这个项目的“瓶颈期”。团队带头人戴一帆迅速召集成员开会,大家你一言我一语争论得热火朝天,刘俊峰是新人,又不善言辞,坐在角落静静地听前辈们“头脑风暴”。

“你觉得我们需不需要对抛光装置进行动态分析?”戴一帆询问角落里的刘俊峰。刘俊峰的专业是主动轴动态分析,虽然跟超精密加工有点“不搭边”,却可能是这个项目的关键一环。刘俊峰点点头,接下了这个艰巨的任务。

按照团队以往的经验,在加工光学元件的过程中,他们会习惯性地忽略抛光装置的运动精度和一些细微的振动。一番思想“碰撞”后,他们改变了想法:加工亚纳米精度的元件,对加工状态进行动态分析、监测和修正,必不可少,可称之为“给抛光装置量体裁衣”。

抛光装置的结构是“面子”,工艺参数是“里子”,只有“面子”和“里子”全都合适,才能加工出最完美的光学元件。在这个过程中,要时刻掌握抛光装置所有结构的动态,把它调整到最优状态。

误差表面和高精度表面

刘俊峰抱着必胜的信念,开始了第一次建模和仿真分析。得到理论上的结论后,他投入了验证。没想到,实验数据却给了他当头一棒。“为什么偏差这么大?”刘俊峰既茫然又懊恼。

刘俊峰埋在实验室里,仔细对比建模数据和实际数据,发现一些振动频率和某些元件的振源相吻合。原先把机床一整个结构作为分析对象的做法行不通,要将结构拆分成元件,重新建模分析。

一个机床有十几种结构链,一个结构有七八个元件,一个元件要反复修正很多遍,要逐个分析元件动态,工作量可想而知。

“精益求精、尽善尽美、创造卓越”,刘俊峰脑海里一直回响着前辈们身体力行传承的“超精精神”,两点一线穿梭在办公室和实验室,建模、分析、监测、验证,抓紧每分每秒,得到最精确的答案。因为他知道,每降低一个误差,团队就离亚纳米精度更近了一步。

历时一年,刘俊峰没日没夜的“量体裁衣”终于迎来了胜利:抛光装置调整到了最优状态,随后团队合力,加工出了0.25纳米精度的光刻物镜,相当于20万分之一左右的头发丝。

项目正式验收的那天,刘俊峰怀着平常心等待着团队成员从北京传来消息。“中国终于有能力自主加工出亚纳米精度的光刻物镜了!”验收会上,一位专家代表激动不已。

听到消息,刘俊峰长舒了一口气,自己和团队的努力总算没有白费。来不及庆祝,甚至来不及表露太多欣慰的情绪,刘俊峰转身钻进实验室,投入到了新的挑战中。