嘉賓簡介
高端光學(xué)顯微物鏡是光學(xué)顯微類精密儀器和設(shè)備的“眼睛”，更是半導(dǎo)體、醫(yī)療儀器、生物醫(yī)藥、材料等硬核產(chǎn)業(yè)檢測儀器和設(shè)備的關(guān)鍵零部件。國產(chǎn)高端光學(xué)物鏡的國產(chǎn)化率整體偏低，呈現(xiàn)“中低端替代率高、高端替代率低”的顯著特征，部分尖端細分場景的國產(chǎn)化率甚至是0%。
高端光學(xué)物鏡為何難做，究竟難在哪里？它如何影響下游光學(xué)設(shè)備系統(tǒng)的整體性能？影響高端光學(xué)物鏡產(chǎn)業(yè)化的因素有哪些，如何破局？
我們特地邀請求是緣半導(dǎo)體聯(lián)盟會員：齊之明光電智能科技（蘇州）有限公司創(chuàng)始人鞏巖接受我們的采訪。鞏巖本科畢業(yè)于浙大光儀系，碩博畢業(yè)于中科院，深耕光學(xué)領(lǐng)域四十載，先后任職中科院長春光機所、中科院蘇州醫(yī)工所，參與嫦娥三號極紫外相機、國家02專項DUV光刻投影物鏡研發(fā)，如今專注于攻堅國產(chǎn)高端顯微物鏡產(chǎn)業(yè)化。
求是緣：能否為我們科普高端光學(xué)物鏡的成像原理、核心功能，以及物鏡性能如何決定整套光學(xué)設(shè)備的綜合水平？
鞏巖：物鏡是光學(xué)顯微成像設(shè)備的核心基石。顯微物鏡本質(zhì)基于光學(xué)物像成像關(guān)系。常規(guī)顯微成像系統(tǒng)是被測物經(jīng)顯微物鏡和管鏡聚焦至成像面，再搭配CMOS或EMCCD等探測器完成圖像采集。這個成像系統(tǒng)的性能決定于成像鏈路中的核心部件——顯微物鏡。
顯微物鏡的研發(fā)關(guān)鍵難點，在于需要在衍射極限下實現(xiàn)高精度成像。評判顯微成像系統(tǒng)能力的核心指標(biāo)是分辨率，也就是物鏡的光學(xué)分辨率。行業(yè)通用計算公式為：分辨率R=kλ/NA其中λ代表工作波長，NA為數(shù)值孔徑（NA=n·sinθ，n為介質(zhì)折射率，θ為孔徑半角），k通常采用瑞利判據(jù)系數(shù)。分辨率數(shù)值越小，設(shè)備分辨微觀細節(jié)的能力越強，光刻機、顯微鏡所有成像設(shè)備的性能都離不開分辨率這一核心指標(biāo)。
業(yè)內(nèi)通過三條技術(shù)路徑提升成像分辨率：
1.提升數(shù)值孔徑NA。孔徑角理論上限為90°，無法無限增大，于是業(yè)內(nèi)就采用浸沒介質(zhì)提升折射率。浸沒介質(zhì)主要有水介質(zhì)和油介質(zhì)。DUV浸沒式光刻物鏡就是采用浸水介質(zhì)，將NA提升至1.35，以達到最大限度的分辨率提升。
2.縮短工作波長λ。光刻機技術(shù)迭代路徑之一就是持續(xù)向短波演進：g線436nm→i線365nm→氟化氪248nm→氟化氬193nm →EUV13.5nm極紫外。波長越短，微觀分辨能力越強。
3.優(yōu)化工藝系數(shù)k。先進制程光刻機就通過多種曝光的形式來減少K因子的數(shù)值。例如193nm浸沒式光刻就是采用多重曝光技術(shù)實現(xiàn)更窄線寬曝光的目的。
顯微物鏡和光刻物鏡的成像原理基本相同。真正理解衍射極限公式，我們就能理解顯微物鏡和光刻物鏡研制的極高門檻。光刻物鏡可以理解為“大號的顯微物鏡”。目前，我國在光刻物鏡上已經(jīng)取得了技術(shù)突破，但還有很多工程化問題有待技術(shù)迭代和完善，高端顯微物鏡面臨相似的問題。
其實，人類獲取的外部信息90%來源于我們的視覺系統(tǒng)，來自于對光的感受。如果人類長期接觸不到光，人很容易出問題。
物鏡之于光學(xué)設(shè)備就如同于眼睛之于我們?nèi)祟悺Ｒ惶坠I(yè)光學(xué)顯微系統(tǒng)通常包括：光學(xué)模塊、位移臺模塊、電控模塊和軟件部分。光學(xué)模塊，尤其是光學(xué)物鏡物是系統(tǒng)性能的核心部分，必須首先要滿足要求，這樣才能采集符合要求的原始圖像數(shù)據(jù)，再通過軟件和AI算法，提升系統(tǒng)的性能。若光學(xué)物鏡模塊本身成像存在缺陷、無法采集達標(biāo)的原始數(shù)據(jù)，后續(xù)所有算法優(yōu)化都無從談起。
求是緣：高端物鏡可適配哪些行業(yè)與細分應(yīng)用場景？
鞏巖：按照光學(xué)系統(tǒng)類型劃分，物鏡分為望遠物鏡、顯微物鏡、照相物鏡三大類；我專注于光學(xué)顯微物鏡技術(shù)和產(chǎn)品開發(fā)。光學(xué)顯微物鏡主要應(yīng)用于所有需要觀測微觀信息的場景。常見的細分場景包含：生物醫(yī)療、材料檢測、半導(dǎo)體量檢測、量子計算、凝聚態(tài)物理等領(lǐng)域。
生物醫(yī)療領(lǐng)域，顯微鏡和顯微物鏡有著廣泛的應(yīng)用，例如，基因測序儀硬件其實就是由“顯微系統(tǒng)+試劑盒”構(gòu)成。高通量的基因測序?qū)︼@微系統(tǒng)要求很高：既需要大的數(shù)值孔徑物鏡看清堿基對，又需要盡可能大的視野，提高通量。基因測序物鏡需要消除四色光色差，因此難度可想而知。
半導(dǎo)體量檢測領(lǐng)域，半導(dǎo)體領(lǐng)域除了光刻物鏡，在量檢測光學(xué)顯微鏡領(lǐng)域，也需要性能優(yōu)異的顯微物鏡。如應(yīng)用于套刻量測的白光顯微鏡對顯微物鏡的指標(biāo)要求就達到頂尖水準(zhǔn)。此外，隨著封測技術(shù)的進步，OAI光學(xué)顯微物鏡也是設(shè)備先進性必須考慮的因素。
量子計算領(lǐng)域，離子阱和中性原子主流技術(shù)路線，目前均依靠高精度顯微物鏡構(gòu)成的光鑷系統(tǒng)實現(xiàn)量子態(tài)精準(zhǔn)操控，是量子測控系統(tǒng)不可缺失的核心部件。
接下來，我再補充一下我的研究產(chǎn)品的應(yīng)用覆蓋場景：
2007年，我在長光所參與國家02專項項目論證和技術(shù)研發(fā)工作，負責(zé)DUV光刻物鏡光機系統(tǒng)和集成裝配技術(shù)研發(fā)；歷時10年，2016年項目順利結(jié)題驗收。交付了中國第一臺DUV193nm的物鏡系統(tǒng)。
2016年后入職中國科學(xué)院蘇州醫(yī)工所，圍繞超分辨光學(xué)顯微鏡開展核心部件和系統(tǒng)研發(fā)；創(chuàng)建了國內(nèi)先進水平的光學(xué)顯微物鏡工程化平臺，可以完成光學(xué)顯微物鏡數(shù)字化制造和測試；并開發(fā)了多個系列的顯微物鏡，可應(yīng)用于醫(yī)療儀器、半導(dǎo)體、量子計算等領(lǐng)域。
作為光學(xué)人，我感慨于光學(xué)檢測看似是傳統(tǒng)學(xué)科，卻憑借綜合優(yōu)勢持續(xù)迭代，在半導(dǎo)體先進制程時代迎來全新發(fā)展機遇。我們也常常感嘆：光學(xué)顯微檢測手段這一古老的學(xué)科又煥發(fā)了新春。
不同顯微檢測技術(shù)手段都有其優(yōu)缺點。通過下圖優(yōu)缺點對比，我們就能理解為何在半導(dǎo)體量檢測應(yīng)用場景中，工業(yè)光學(xué)顯微鏡占比達75%。
檢測方法 | 優(yōu)點 | 缺點 |
電鏡檢測 | 分辨率極高，圖形清晰 | 真空環(huán)境、制樣復(fù)雜
|
電子束檢測 | 分辨率高 | 受限被測材料特性、材料厚度 |
光學(xué)顯微
| 分辨率高、非接觸、速度快、環(huán)境適應(yīng)好 | 穿透淺 |
超聲波檢測 | 穿透深
| 分辨率差 |
求是緣：請您結(jié)合行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，剖析一下高端光學(xué)物鏡研發(fā)制造究竟難在哪里？國產(chǎn)高端物鏡長期難以實現(xiàn)完全自主突破的根本原因是什么？
鞏巖：結(jié)合自己多年光學(xué)物鏡研發(fā)工程實踐，目前國產(chǎn)高端顯微鏡實現(xiàn)完全自主突破的瓶頸，主要集中在三個方面：
首先，顯微物鏡設(shè)計、加工、裝配和測試全流程協(xié)同閉環(huán)技術(shù)和工藝有待提高。
光學(xué)物鏡制造是材料、設(shè)備、工藝深度耦合的系統(tǒng)工程，研發(fā)生產(chǎn)全程需要完成多變量協(xié)同、解耦調(diào)試，整套流程的工藝經(jīng)驗（Know-how）是長期積累形成的核心壁壘。 齊之明團隊從產(chǎn)品設(shè)計源頭實現(xiàn)全鏈路協(xié)同、數(shù)字化量化管控；形成完整可控的數(shù)字化生產(chǎn)閉環(huán)。
其次，上游核心材料、精密設(shè)備依賴進口、國產(chǎn)化進程緩慢。
一款性能優(yōu)異的顯微物鏡需要多種光學(xué)玻璃搭配，才能實現(xiàn)。目前，顯微物鏡研制需要的幾種性能參數(shù)優(yōu)異的玻璃，只能依賴進口。此外，顯微物鏡需要的光學(xué)元件具備優(yōu)異的面形質(zhì)量，適用于微小口徑光學(xué)元件加工的國產(chǎn)離子束設(shè)備目前缺失，國外對中國禁運。
如今國家安全邊界持續(xù)拓展，從傳統(tǒng)國防安全延伸至經(jīng)濟安全、半導(dǎo)體信息產(chǎn)業(yè)安全。高端顯微物鏡的戰(zhàn)略價值逐漸凸顯，行業(yè)迎來發(fā)展窗口期。但材料、高端光學(xué)工程人才培養(yǎng)和設(shè)備國產(chǎn)化的替代無法一蹴而就，需要持續(xù)的資金投入、長期工藝驗證打磨才能逐漸起勢。
求是緣：請您聚焦半導(dǎo)體行業(yè)需求，介紹齊之明光電團隊自研物鏡產(chǎn)品與配套解決方案？
鞏巖：國內(nèi)半導(dǎo)體量檢測設(shè)備企業(yè)過去長期依賴進口鏡頭，當(dāng)前行業(yè)檢測需求呈現(xiàn)三大明確趨勢，也是我們產(chǎn)品研發(fā)的核心方向：
第一，針對“看得越來越準(zhǔn)”的需求，開發(fā)數(shù)值孔徑大、性能要求接近完美的顯微物鏡。
第二，針對“看得更清楚”的需求，開發(fā)紫外/深紫外顯微物鏡，以及近紅外/中波紅外顯微物鏡。
第三，針對特殊場景需求，開發(fā)特殊定制顯微物鏡。例如針對先進封測需求，開發(fā)長工作局，大視場的AOI顯微物鏡。
求是緣：齊之明團隊的愿景是“打造中國人自己的顯微物鏡、做國內(nèi)顯微光學(xué)引領(lǐng)者”，您認為要實現(xiàn)這一目標(biāo)還需在哪些方向持續(xù)突破？
鞏巖：企業(yè)目前仍處于創(chuàng)業(yè)起步階段，想要實現(xiàn)長期發(fā)展，需要同步推進資本、市場、人才、技術(shù)四大核心板塊：
1.資本為先，夯實產(chǎn)業(yè)落地基礎(chǔ)。 創(chuàng)業(yè)發(fā)展如同行軍作戰(zhàn)，資金是前置保障。充足資本才能支撐團隊搭建、高端精密設(shè)備采購、產(chǎn)線建設(shè)與持續(xù)研發(fā)投入，是企業(yè)生存發(fā)展的先決條件。
2.深耕市場，開發(fā)滿足客戶真實需求的產(chǎn)品。 主動對接半導(dǎo)體、量子計算、醫(yī)療、新能源下游設(shè)備廠商，挖掘真實需求痛點，開發(fā)可落地、高性價比的物鏡解決方案；能夠持續(xù)獲得客戶復(fù)購、真正解決行業(yè)難題的產(chǎn)品，才具備長期市場競爭力。
3.健全人才梯隊，完善激勵機制。 高端光學(xué)物鏡屬于交叉學(xué)科精密制造賽道，核心研發(fā)、工藝人才稀缺。企業(yè)需要建立完善的激勵體系，吸引、培養(yǎng)、留住行業(yè)資深工程師與青年科研人員，才能實現(xiàn)技術(shù)積淀和發(fā)展。
4.持續(xù)迭代核心技術(shù)。 光學(xué)技術(shù)迭代速度快，伴隨AI產(chǎn)業(yè)浪潮，半導(dǎo)體行業(yè)將迎來5-6年黃金發(fā)展窗口期。作為核心零部件企業(yè)，我們將緊跟國家產(chǎn)業(yè)政策與行業(yè)發(fā)展趨勢，持續(xù)攻堅核心光學(xué)技術(shù)，把握國產(chǎn)替代機遇。
求是緣：業(yè)界提出“21世紀(jì)是光的世紀(jì)”，結(jié)合前沿技術(shù)，光學(xué)產(chǎn)業(yè)還有哪些新興應(yīng)用落地？
鞏巖：光學(xué)物鏡技術(shù)跨越數(shù)百年發(fā)展，持續(xù)賦能各行各業(yè)，未來多個細分賽道將迎來爆發(fā)式需求：
航空航天領(lǐng)域：星敏感器、超透鏡、深空遙感望遠系統(tǒng)等產(chǎn)品需求持續(xù)擴容，航天產(chǎn)業(yè)將持續(xù)拉動高端光學(xué)系統(tǒng)增量；
半導(dǎo)體先進封測需求：先進封裝OAI檢測、TSV/TGV檢測、芯片Bump凸點檢測，均需要高精度光學(xué)物鏡實現(xiàn)高精度快速檢測；
新能源電池產(chǎn)業(yè)： 動力電池封裝缺陷、焊接微觀檢測，光學(xué)成像方案也大有用武之地。
齊之明光電團隊確立“1+X”長期產(chǎn)品戰(zhàn)略： “1”為核心主業(yè)——高端顯微物鏡研發(fā)量產(chǎn)； “X”為技術(shù)衍生業(yè)務(wù)，依托自研物鏡開發(fā)配套整機光學(xué)模組、檢測設(shè)備，拓寬應(yīng)用邊界，覆蓋醫(yī)療、半導(dǎo)體、新能源、新材料多元賽道，擺脫單一領(lǐng)域依賴。
求是緣：您1986年考入浙江大學(xué)光學(xué)儀器工程系，深耕光學(xué)領(lǐng)域整整四十年，身兼前沿科研科學(xué)家、研究生導(dǎo)師、企業(yè)創(chuàng)始人三重身份，如何看待三者的區(qū)別？更偏愛哪一個角色？
鞏巖：研究前沿技術(shù)、培養(yǎng)人才、創(chuàng)業(yè)三者都具備相同的底層核心基礎(chǔ)：圍繞應(yīng)用光學(xué)這個根基、專注深耕核心技術(shù)。我認為科學(xué)家、博導(dǎo)、創(chuàng)業(yè)人三者角色的轉(zhuǎn)換，只是順應(yīng)國家發(fā)展大勢，在不同的階段做不同的事情。
在中科院做科研工作，主要圍繞國家任務(wù)夜以繼日地攻克難題，完成了多個國家任務(wù)：三代衛(wèi)星激光測距、嫦娥三號、光刻機物鏡系統(tǒng)等。
在中科院帶教研究生也是順理成章的事情。我也希望能將自己的認知和經(jīng)驗傳授給學(xué)生，幫助年輕學(xué)生成長。
作為光學(xué)人，我內(nèi)心更希望能將我?guī)资攴e累的光學(xué)工程經(jīng)驗和產(chǎn)品，走出科研實驗室，推動光學(xué)物鏡工程化、規(guī)模化量產(chǎn)，讓自主高端光學(xué)物鏡產(chǎn)品賦能制造產(chǎn)業(yè)鏈，創(chuàng)造產(chǎn)業(yè)價值，服務(wù)產(chǎn)業(yè)、造福社會。
求是緣：作為浙大校友，您如何看待聯(lián)盟與會員的關(guān)系？對聯(lián)盟服務(wù)產(chǎn)業(yè)有哪些優(yōu)化建議？
鞏巖：“求是緣”聯(lián)盟是一個非常好的產(chǎn)業(yè)生態(tài)圈。我參加了聯(lián)盟蘇州大會，主動申請加入封測專委會。在我看來，聯(lián)盟與會員是相互支撐、共生共榮的命運共同體： 聯(lián)盟本身是輕量化平臺載體，看似“虛”，卻能匯聚全產(chǎn)業(yè)鏈從業(yè)者；依托聯(lián)盟形式多樣的交流活動、資源對接、技術(shù)分享等形式，把平臺資源轉(zhuǎn)化為服務(wù)企業(yè)、推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展的“實”事。各會員企業(yè)依托自身技術(shù)、市場、人脈資源反哺聯(lián)盟，共同完善產(chǎn)業(yè)生態(tài)。
對聯(lián)盟發(fā)展，我有兩點不成熟建議：
1.搭建常態(tài)化深度交流平臺。產(chǎn)業(yè)上下游企業(yè)、科研院所、高校的溝通對接至關(guān)重要，聯(lián)盟應(yīng)持續(xù)組織技術(shù)沙龍、供需對接會、專家分享會，為會員創(chuàng)造穩(wěn)定交流渠道，加速行業(yè)信息互通、技術(shù)協(xié)同。
2.堅持開放包容的生態(tài)理念。 聯(lián)盟不局限于浙大校友，吸納全國各高校科研人員、產(chǎn)業(yè)從業(yè)者加入；融合不同院校技術(shù)體系、產(chǎn)業(yè)資源，打破單一圈層壁壘，多元碰撞更能加速國內(nèi)半導(dǎo)體光學(xué)產(chǎn)業(yè)整體進步。
采訪者后記
被訪嘉賓40年如一日堅守在光學(xué)物鏡領(lǐng)域研發(fā)一線，歷經(jīng)不同角色：科學(xué)家→博導(dǎo)→創(chuàng)業(yè)人，應(yīng)用產(chǎn)品覆蓋：光刻物鏡→生物顯微物鏡→半導(dǎo)體量檢測物鏡。角色在變、產(chǎn)品的下游場景在變，所面臨的挑戰(zhàn)也不同。
在硬科技領(lǐng)域創(chuàng)業(yè)，團隊面臨的問題多維度。既有常見的顯性問題：融資、團隊、管理、市場銷售等；也有不同忽視的隱性核心問題：工程化能力。
眾所周知，實驗室→量產(chǎn)線之間存在一個巨大的工程科學(xué)鴻溝。工程問題關(guān)心的是：在真實工業(yè)條件下，能不能穩(wěn)定、可控、可重復(fù)地做到？如何在多因素、多干擾的復(fù)雜工藝中，找到結(jié)果最穩(wěn)健的參數(shù)組合？
先進的工藝制程需要更精密的誤差控制：工藝越往前走，工藝窗口越窄，參數(shù)越敏感，誤差越容易被放大。精密工藝制造需要扎實的工程化能力：更精確的誤差傳導(dǎo)模型、更系統(tǒng)的參數(shù)優(yōu)化方法、更穩(wěn)健的工藝設(shè)計。
真正的國產(chǎn)替代是工程科學(xué)能力的替代。但工程化能力體系的構(gòu)建不僅是一家初創(chuàng)企業(yè)的問題，也是整個產(chǎn)業(yè)的共同課題。我們的產(chǎn)業(yè)只有先夯實工程化能力根基，兼具原始創(chuàng)新并重，我們的集成電路產(chǎn)業(yè)位置才能逐漸實現(xiàn)追趕→并行→領(lǐng)跑。
采訪人：劉紅
編輯/攝影：馬丹鳳
審閱：常亮、徐若松
感謝聯(lián)盟會員單位代表：華進知識產(chǎn)權(quán)沈誠參與采訪。
感謝聯(lián)盟會員：齊之明光電鞏巖對本次采訪的支持和幫助。
注：部分文字內(nèi)容引用公眾號“病蚌成珠”。
