微光刻老科学家的故事：亲历光刻技术发展六十年——访中国科学院微电子研究所陈宝钦教授

近年来,美国对中国芯片产业不断围追堵截。受此影响，中国半导体产业开始加大研发力度，尽可能缩短打破海外技术垄断的时间。在业内外看得见的数据背后，是国家的鼎力支持、企业和科研人员的不懈坚持。

有这样一群老科学家，他们将自己的一生奉献给了中国半导体事业。已经80岁高龄的科学家陈宝钦就是其中之一，一辈子都在从事光掩模制造与光刻技术相关的工作。仪器信息网有幸采访到这位多年来为祖国半导体事业奔波的老科学家——陈宝钦教授。

从矿石收音机与半导体结缘

陈宝钦教授1942年出生于福州郊区的一个农民家庭，而世界上第一台现代电子数字计算机埃尼阿克(ENIAC)，也诞生于1946年2月14日的美国宾夕法尼亚大学，当时的计算机是由如同电灯泡一样的真空管组成，也称之为电子管，直到1947年，世界上才出现了第一只半导体晶体管，这时的陈老师也才是个五岁的农村孩子。

而陈宝钦14岁念初中时，突然好奇地按一本科普杂志《知识就是力量》中所介绍方法，利用一根大头钉插在一小块锗矿石上，加上耳机、漆包线线圈和可变电容组装了一个简易的锗矿石收音机，居然非常奇妙地能听到各种各样大大小小微弱的电台吱吱哇啦广播声响。虽然这只是最简单的收音机，可就是这个最原始的《矿石收音机》在他心中播下了半导体科技的种子，启蒙了陈宝钦接下来的半导体结缘之路。

上世纪五十年代，我国制版光刻领域还是空白。半导体处在起步阶段，在黄昆、谢希德、林兰英、王守武、黄敞、高鼎三、吴锡九等归国老一辈科学家的带领下，我国的半导体技术教育、科研和产业开始蹒跚起步。当时全国开始了半导体产业的建设，周总理主持制定“十年科学技术发展远景规划纲要”，将半导体科技等列为国家重要科技项目。由北大、复旦、南大、厦大、东北人大（吉林大学前身）等五校在北大成立联合半导体专门化。1960年，18岁的陈宝钦考入了北京大学物理系物理专业，并于1963年被分到半导体专门化，师从黄昆老师。

毕竟能考入北京大学，也是来自福建学生中的佼佼者，在北京大学前两年的基础课学习中没有什么问题。但在后两年发现开始吃力，毕竟受制于从农村背景出来的孩子，无论在知识面还是各方面基础上都逐渐跟不上来自北京上海大城市同学。尤其是自己记忆力差，反应能力也慢，显然有点笨，有点打退堂鼓准备回家跟奶奶种地去。后来在在一位非常要好的北京同学鼓励下，争口气，坚持下来。虽然来自农村的孩子与来自大城市的孩子相比，智商不足，但是可以用勤奋来补救，从此陈老师采用笨鸟先飞的方法，充分发挥自己超强的联想分析能力、图像识别能力和归纳总结本领，实现了学业上的追赶和逆袭。陈宝钦回忆说，“自己为了跟上老师讲课，课堂上的笔记如鬼画符，时间久了自己都不知道画的什么符，所以每天晚上都躲在学生宿舍楼拐角上一间小会议厅桌子堆里，将白天的笔记认真地整理成图文并茂工工整整的另一套笔记。实践证明，这种学习方法，产生了奇迹般的效果。尤其是原子物理学的一大串经验公式没有什么道理，真的记不住，采用这种办法居然都能记住了，即使忘了，翻到那一页，不用细看，很快就想起来了。”说明勤奋可以补救智商的不足，实现追和赶！

采访过程中，陈老师还展示了几十年保存下来他当年自己耐心整理的工工整整的学习笔记

本应1966年毕业的陈宝钦，由于文革的缘故，1968年才分配工作到中国科学院半导体所。从26岁到半导体所开始，陈宝钦正式开启了其半导体职业生涯。而这些宝贵的经历也为陈宝钦未来在半导体的科研求索之路奠定了精神基础。

亲历光刻技术发展六十年

亲历中国光刻技术发展六十年，陈宝钦已到耄耋之年，花白的头发和风风火火的步伐，显得神采奕奕，精神抖擞。“我年轻的时候喊过一句口号叫做要健康为祖国工作五十年，现在我做到了，这几十年中，最脏的活干过、最苦的活干过、最累的活干过、最危险的活也干过，但是，一辈子最有意思的就是从事微电子、微光刻、电子束光刻研究工作，以及指导研究生、青少年的科普工作。”采访中，他对自己的半导体人生这样总结道。年轻时这些艰苦的磨炼成为他的人生珍贵的精神财富。

正如其所言，从青年时代到耄耋之年，陈宝钦参与到了诸多半导体研究中，将自己的研究经历总结为“一辈子就干一件事：光掩模制造与光刻技术，见证了中国微电子技术特别是光刻技术的从无到有的发展整个过程。”

上世纪六十年代是人工为主的制版光刻技术萌芽年代。1968年，陈宝钦从北京大学刚进入半导体所工作时，整个半导体工艺全是手工的，而他则从利用手术刀、坐标纸和钢板尺手工刻版图，自制光刻胶（感光胶），采用电子束蒸发工艺自制铬板和镉板开始，从事光刻版（光掩模）制造工艺，也曾用废旧的显微镜搭建简易的曝光装置。

人工为主的制版光刻技术萌芽年代，沿用古老传统的照相术及显微镜缩小曝光

七十年代，我国科学家王守觉看到国外同行发表的用拼图感光方式产生版图的图形发生器论文，证实了他早在1965年提出的创新设想并在1966年初见成效的制版途径的正确性，成功地改造成了我国第一台能自动制版的积木式图形发生器。在1975年，33岁的陈宝钦也参加了王守觉先生的团队，把一台工具显微镜改造成“图形发生器”实验并参加了几项光刻机研制工作。而在同期除手动半自动的劳动牌光刻机外，因为电路器件的可靠性稳定性不过关的问题，当年研发的光刻设备基本上都成了一堆废铁。

在这段研究岁月中，因为正好遇上唐山大地震，整个研究所就剩下陈老师和在楼道望风的实验室马俊如主任，就在那样的条件下用手工摇曝光机制备第一批1k位规模的集成电路掩模版，乃至的后来4k、16k、64k位规模的集成电路掩模版。在1979 年和1981年的中国科学院科技进步一等奖中，陈宝钦正是负责其中掩模制造，在其中扮演了重要角色。1982年中国科学院授予先进工作者称号。

中国科学院京区先进工作者

上世纪八十年代，陈宝钦开始研发光学分辨率增强技术之一的相移掩模技术，让只有1微米加工能力的精缩机，通过自已制备的全透明掩模掩模曝光成功完成了制备180纳米的线条和60纳米的园点阵列的实验。

科学院科技进步奖证书

此外，基于多年的研发经验，陈宝钦还研究出了一种别具特色的光学图形合成技术。这是一种基于高精度光学分步重复精密缩小照相机（简称精缩机）进行光学图形投影拼接成像的一种方法。由于精缩机的图形拼接精度高于光学图形发生器，可以利用精缩机的分步重复功能，采用各种称之为“图形词汇”的图形单元高效率地拼接出高精度的周期性比较强的大面积图形，也可以采用不同的“图形词汇”拼出各种高精度复杂的图形。当年正是基于独特的用微米级精缩机当＂光学图形发生器，实现了亚微米精度的《图形合成技术》。由于当年没有激光图形发生器，更没有电子束图形发生器。为了帮助中国科学院长春光机所完成高精度圆光栅模版的任务，就是采用这种光学图形合成技术手工拼接的方法圆满地完成了任务，获得了中国科学院二等奖及国家科技进步三等奖。

通过在掩模制造中的深度钻研，陈宝钦的能力也获得了认可。1986年，109厂与中国科学院半导体研究所、计算技术研究所有关研制大规模集成电路部分人员合并成立中国科学院微电子中心（中科院微电子所前身）。在此之前，1985年，陈宝钦便只身一人带着嫁装（GCA3696PR精缩机）从中国科学院半导体研究生来到微电子中心和原来科学院109厂制版工艺室的六位制版技术人员（带GCA3600FS光学图形发生器）组建了一个计算机辅助设计光掩模制造小组，从事计算机辅助光掩模制造工艺及介观物理课题光学光刻分辨率增强技术研究。

上世纪九十年代是国际上集成电路特征尺寸向深亚微米推进的十年，同期我国改革开放引进了5～8英寸的生产线，开展了亚微米加工技术研究，逐渐开始进入以电子束光刻高精度制版光刻年代。1992年，50岁的陈宝钦来到美国ETEC公司考察电子束光刻机和多头电子束光刻技术，并着手于电子束投影光刻的研发。自此，陈宝钦的工作内容也由特征尺寸100~0.5微米的光学光刻转向精度更高的电子束光刻技术，在1994年参加了中国科学院电工研究所的顾文琪老师从美国引进的二手JEOL6AII电子束可变矩形束掩模曝光机改造升级实验工作。开始有了电子束掩模制版系统。

1992年以后，在以陈宝钦为代表的老科学家们的努力下，我国的微纳加工技术从光学曝光的深亚微米一直做到现在的电子束光刻20纳米，10纳米，乃至能够找到5纳米。尽管我们设备条件落后国外三到五代，经费比国外同样的课题少100倍，甚至1000倍的条件下始终紧紧咬住国际先进水平不松口，与国外同步地开展纳米加工技术的研究。

中国科学院微电子研究所JBX6300FS电子束光刻系统

巧合的是日本爱徳万测试株式会社的字符式投影电子束光刻系统所采用硅镂空掩模版的图形字符库技术与当初陈宝钦研究出的光学图形合成技术的图形词汇库基于相同的原理，异曲同工。当初正是基于这种掩模图形词汇库技术，陈宝钦始终走在国内掩膜光刻技术的前沿，完成了一系列的技术突破。

如今的陈宝钦身体很硬朗，在2018年实现了自己年轻时的承诺，做到了为祖国健康工作50年，而在从事微光刻技术研究开发40年间将特征尺寸缩小1000倍集成度提高千万倍。

为祖国半导体事业奔波，播种微电子的种子

三十年前，国内半导体设备和材料标准化工作刚刚起步，与国际水平相去甚远。面对此情此景，引进、吸收国际标准，转化为国家标准就显得尤为重要。基于此陈宝钦老师就开始投身半导体设备和材料标准化工作，1991年9月24日，国家技术监督局组织成立“中国SEMI标准化工作组”，翻译出版SEMI标准1990中译版。1992年，SEMI中国标准化委员会成立，正式开启了中国半导体设备与材料的标准化历程。

2003年，全国标准化技术管理委员会SEMI中国更名为“全国半导体设备与材料标准化技术委员会”，并申请筹建了“微光刻分技术委员会”。如今，陈宝钦就任全国半导体设备和材料标准化委员微光刻分技术委员会秘书长。2022年第十二届微光刻分技术委员会年会也由合肥芯碁公司承办，在合肥召开。但实际上微光刻分技术委员会在刚成立的前十届年会都是筹的状态。由于国标委没有正式批复成立，委员会也只能自筹经费。

“在微光刻分技术委员会长达十年的筹备历程中，一分经费也没有，怎么办？”，陈教授回忆最初筹备年会时的情况道。面对缺少经费的困境，陈教授联想到了奥运会的申办制，于是决定年会争取发动与微光刻技术相关的企业、高等院校、科研院所的积极性，自愿申报承办会议的办法，并且把每年的微光刻技术交流会和微光刻标准化技术年会合并进行，同时欢迎国外与微光刻建设及半导体设备和材料的厂家参加我们的标准化技术和微光刻技术交流会。结果会议很受欢迎，申请承办年会的单位居然排队到2030年。

好事多磨，在经历了多年的努力下，终于在2020年5月26日，国家标准化建设管理委员会正式批准成立全国半导体设备和材料标准化委员微光刻分技术委员会。微光刻分技术委员会在筹建的这些年里，组织编撰的标准《微电子学微光刻技术术语》报批稿15万字，涉及十一组分类和一千五百条专业术语，配套的宣贯手册稿达25万字，极大的推动了我国在微光刻领域的标准化工作。该标准规定了与微电子学微光刻技术有关的微电子光刻技术术语；先进光刻技术术语；微光刻图形化和图形数据处理技术术语；微光刻感光材料、铬板与基片术语；光掩模与先进掩模技术术语；光刻工艺（曝光、刻蚀与微纳米加工）技术术语；电子束掩模制造与直写技术术语；光刻及掩模质量参数测量和评定术语；掩模制造设备和微光刻设备术语。

陈教授心系祖国微电子事业发展，将一生奉献给祖国微电子事业。退休后除了奋斗在科研第一线和研究生教学第一线外，也活跃在科普第一线，当微电子科学播种机，致力于激发祖国的花朵对微电子的热情，为祖国的微电子事业发展和人才培养持续发光发热。

这些年来，陈宝钦始终为青少年和娃娃们作科普讲座，希望将来在他们中间有的能成长成为微电子科技工匠。由于近五年陈宝钦在全国各地进行了数百场科普讲座，为全国青少年科普工作做出重要贡献，2021年中国科学院授予陈宝钦教授十三五期间科普工作先进个人荣誉称号。2022年4月26日在上海大学线上空中课堂中进行的一场《先进光刻技术》讲座的受众近三万人，2022年5月1日在北京大学网络学院校友会亲子科普直播《微电子如何把沙子炼造成芯片，以魔方为例谈谈学习方法问题》讲座的受众也近一万人。陈宝钦认为，科普要从娃娃抓起，更要从幼儿园开始播种微电子的种子。

每次讲座中，陈教授都以魔方为例畅谈学习方法，生动活泼的科技课堂受到师生的一致好评。陈宝钦从自身经历谈起，到光刻技术发展史，再到半导体集成电路关键工艺技术，最后以魔方为引，启示青少年如何做人、做事、做学问，助力青少年科技创新。也由此收获了诸多“铁粉”。

陈宝钦寄语

半导体制造工艺是人类迄今为止最精细的加工工艺，它要求：最完美的半导体晶体材料、最精密的制造设备、最纯净的气体和化学品材料、最精准的工艺技术、最洁净的厂房环境、最敬业的团队成员，这几个条件缺一不可。需要整个社会重建诚信、重视工匠精神、重整学术道德、重塑民族素质才有希望实现追和赶。本来科学与技术都是全人类的共同财富，可是现在世界上有的政客要把它霸占为己有，我们中国集成电路发展遇到百年变革的挑战和机遇 ，面对无赖堵劫，中国已经没有退路！ 老祖宗告诉我们别理这般小人！ 管好自己的人，看好自己的门，做好自己的事！高端集成电路芯片制造技术和高端光刻机都是世界科技的珠穆朗玛峰，也是一次新的万里长征，需要以攀登科学高峰的精神，踏踏实实努力追和赶，别想投机取巧弯道超车。

做好每一件简单的事，就是不简单；做好每一件平凡的事，就是不平凡。社会分工有不同，一个人能力有大小，只要咱们脚踏实地地努力搞好本职工作，就会对国家有贡献，就会成为社会有用的人才。

陈宝钦研究员，博士生导师，1942年生于福建省福州市，1966年毕业于北京大学物理系，1968-1985年任职于中国科学院半导体研究所，1986年至今于中国科学院微电子研究所。兼职中国科学院大学（国科大）教授；全国半导体设备和材料标准化技术委员会副主任、微光刻分技术委员会秘书长；全国纳米技术标准化技术委员会微纳加工技术工作组副秘书长，计量与测试技术工作组委员；中国科学院老科技工作者协会理事、微电子分会理事长、科学讲师团成员；全国大学生创新创业iCAN金牌讲师团成员；北京电子学会半导体专业委员会副主任、制版分会主任；中国科学院大型仪器设备研发监理，中国科学院重庆绿色智能技术研究院学术委员会委员。