在半导体技术日新月异的今天，高精微电子装备的地位日益凸显。了解半导体的读者都知道，高端光刻机有十大核心组件和系统，包括极紫外辐射光源系统、照明曝光系统、投影物镜系统、双工作台系统、自动对准系统、调平调焦设备、光栅定位系统、掩膜传输设备和光刻浸没系统等，这些都是大家耳熟能详的。
其实，在高端光刻机内部，还有一种核心设备也是不可或缺的，更是关乎到整个产业的发展。这种设备就是用来实时测量高速运动的掩模工件台、 硅片工件台的 6 自由度位置和姿态信息的激光干涉仪。而且还不止一台，其内部通常集成有多台多轴超精密激光干涉仪。
激光干涉仪又称为光学干涉测量设备，是基于光的干涉原理来完成线性尺寸、角度以及诸如直线度、垂直度、平行度、平面度等几何特征的精准测量工具。此外，它还能够用来测定物体的长度、宽度、厚度、形状以及折射系数等属性，该设备以其卓越的精度、高灵敏度以及非接触式测量能力而受到各行各业的青睐。
作为一种高精度测量设备，激光干涉仪在多个行业中都有着广泛的应用。它被用于数控机床的精密校准、激光加工技术的精确控制，如打标和切割，以及在三坐标测量仪、影像测量设备、自动化系统和机器人技术中实现精确的尺寸测量。在3D打印技术、航空航天和汽车制造、以及半导体行业，激光干涉仪也发挥着至关重要的作用。
在工程学领域，该设备能够测量材料的变化、振动和热膨胀等物理特性。在科学研究领域，它被用于研究光学元件的表面形态、复杂形状物体的三维形态以及物体的运动学。在计量学领域，激光干涉仪则被用作长度标准的基准，以及各种设备校准的关键工具。
在半导体产业中，以国外某种领先的高端光刻机为例，其内部通常集成有包含20个以上测量轴的高速超精密激光干涉测量设备，用以实时跟踪和测量以米/秒计的高速运动台的位置。这种测量的精度要求极高，已经达到了5纳米、2纳米，甚至1纳米的级别。
随着技术的不断进步，目前全球最先进的甚多轴高速超精密激光干涉仪的测量精度已经可以达到亚纳米级别。例如，像ASML和Nikon这样的顶级芯片制造设备制造商，他们使用的激光干涉仪能够实现0.1纳米、0.2纳米这样超高的亚纳米级别精度。
绝不要低估了0.1纳米这一精度的重大意义。人体细胞的大小大概在10至40微米范围内，换算成纳米就是1万至4万纳米。而0.1纳米，即10^-10米，仅仅是十亿分之一米的长度。这个尺度已经达到原子级别，因为原子是构成物质的最基本单元，而0.1纳米的尺寸大约相当于几个原子排列起来的宽度。这样的精度，已经能够映射到原子级别的细微差异，对于科学研究和工程技术领域来说，无疑是极富价值的。
目前，亚纳米级别的精度已然成了高速超精密激光干涉仪的标配。然而，由于技术太过复杂、难度极高，长期以来一直被欧美科技强国垄断。因此，我国由于一直未能掌握这项关键技术，导致在高端光刻机等领域的相关技术研究长期受制于人，处于被动局面。这无疑对我国科技发展和产业升级构成了较大的制约。
令人欣慰的是，在国内科研团队的不懈努力下，历经多年研发，在2022年成功研制出了嵌入式光纤微探头超精密激光干涉仪，这一成果极大地提高了我国激光测量的精度，达到了7纳米的水平。此外，该技术成果还在2023年2月荣获了中国科技协会颁发的“先导技术”奖。
此后，我国科研人员再接再厉，成功研发出了甚多轴超精密高速激光干涉仪，并在高精度激光稳频、光学非线性误差的的精确控制，以及高速高分辨力干涉信号处理等多个关键技术领域，连续取得了重要突破。此外，这些研究成果还促成了系列化产品的形成，为相关行业提供了强有力的技术支持。
这些成果的取得，意味着我国在半导体设备制备领域的技术实力得到了极大提升，为高端光刻机的国产化奠定了坚实基础。然而，我们也要清醒地认识到，高端微电子加工设备领域的技术突破并非一蹴而就，仍然有诸多难题等待我们去解决。在未来的道路上，我们需要继续加大科研投入，提高技术创新能力，不断攀登科学技术的制高点。
