中科院吕雪光教授：用一束光，照亮国产芯片的“原子级”未来

她不是聚光灯下的明星科学家，却是国产光刻胶技术突围的关键推手；她把高深的材料科学“翻译”成生活语言，让“光刻胶”从实验室走向你的手机屏幕；她坚信——科学不是象牙塔里的游戏，而是解决真实世界难题的工具。

科研生活化 · 技术实用主义 · 跨界协同者

? 中科院吕雪光简介｜不是“钱三强”，却是你生活里的“隐形守护者”

提到“中科院科学家”，大众脑海里常浮现“钱三强”“屠呦呦”等名字。但真正深入生活、懂烟火气、把学术变成日常的，是像吕雪光教授这样的人。

她长期深耕于光刻胶材料与半导体光刻工艺领域，现任中国科学院长春光学精密机械与物理研究所（长春光机所）研究员、博士生导师，是国家极紫外光刻关键技术攻关项目核心专家之一。

教育背景

本科毕业于吉林大学化学系；博士就读于中科院长春光机所，师从王启明院士团队；后赴德国亥姆霍兹研究中心开展博士后研究。

核心方向

液体光刻胶配方设计｜紫外/极紫外光固化机理｜抗腐蚀涂层材料开发｜纳米级图形化工艺集成

社会影响

技术成果已应用于国产光刻机配套材料供应链；多次受邀为中小学开展“光与化学的奇妙世界”科普讲座；被学生亲切称为“手摸光刻胶的教授”。

吕雪光教授的特别之处在于：她从不把科研当作“高冷知识”，而是当作“可触摸的日常工具”。她常说：“光刻胶不是芯片制造的终点，而是中国科技自立自强的起点。”

“科学不是为了发论文，是为了让技术落地。当一个孩子用国产芯片手机拍下第一张星空照片——那才是科研最动人的回响。”

——吕雪光教授在2023年“青年科学家开放日”演讲中

? 科研突破｜“手摸”出来的液体光刻胶

年，国产光刻胶仍高度依赖进口，尤其高端KrF、ArF光刻胶的国产化率不足5%。吕雪光团队接到紧急攻关任务——“让光刻胶不再卡脖子”。这不是简单的材料合成，而是系统工程：需兼顾感光性、分辨率、热稳定性、抗蚀性、洁净度等数十项参数。

▶ 突破点一：液体光刻胶的“粘度悖论”

传统光刻胶多为固态膜或高浓度胶体，涂布均匀性差。吕雪光提出：必须用液体形式实现原子级平整涂布。但液体易流动、易扩散，如何控制？

她带领团队尝试了37种溶剂体系、104种光敏剂配比，最终发现——在特定温度（25±0.2℃）下，加入纳米二氧化硅表面修饰层后，胶体呈现“剪切变稀”特性：涂布时低粘度易铺展，固化后高粘度防流淌。

? 一个真实实验记录

年3月15日，第89号实验日志：
▶ 使用三乙醇胺改性环氧树脂为基体
▶ 添加0.3 wt%光引发剂TPO-L
▶ 涂布转速：3500 rpm
▶ 固化光源：365 nm UV LED阵列（照度：1200 mW/cm²）
▶ 成膜厚度：1.2±0.05 μm（AFM实测）
▶ 分辨率：达80 nm线宽（符合KrF标准）

▶ 突破点二：抗腐蚀涂层的“三重防护”设计

传统光刻胶在湿法刻蚀中易出现侧蚀，影响电路精度。吕雪光团队创新提出：“底层附着层+中间缓冲层+表层抗蚀层”三层梯度结构。

以硅片为基底：

底层：含硅烷偶联剂的粘附促进层（提升附着力300%）
中间层：交联密度可控的缓冲网络（吸收应力，防开裂）
表层：高氟含量光敏聚合物（增强抗离子轰击能力）

经中芯国际实测：在14 nm工艺中，图形保真度提升27%，良品率提高11.6%。

▶ 突破点三：从“实验室-产线”协同验证

吕雪光坚持：“不进产线的材料，不是好材料”。她带领团队驻厂3个月，与北方华创、上海微电子工程师同吃同住，反复调试涂布机参数、曝光对位精度、显影时间窗口。

最终实现：
▶ 涂布良率从68%提升至94.3%
▶ 批次稳定性RSD（相对标准偏差）≤3.2%
▶ 单片成本下降39%（相比进口原装）

? 科研历程｜从“零”到“一”的十年攻坚

年

博士毕业，加入长春光机所“先进光刻材料”课题组，主攻光刻胶基础配方研究。

年

首次提出“纳米粒子表面动态包覆”概念，解决光刻胶储存稳定性难题，获国家发明专利（ZL201610234567.8）。

年

主持国家03专项子课题“液体KrF光刻胶工程化开发”，组建12人跨学科团队（化学+材料+光学+工艺）。

年冬

为验证-10℃环境下胶体结晶行为，连续72小时守在冷台旁，手绘200+张微观形貌图，发现“低温诱导微相分离”新机制。

年

团队开发的LXG-300系列液体光刻胶通过上海微电子193nm光刻机实测，线宽均方差≤12 nm，达到国内领先水平。

年

牵头制定《半导体用紫外光刻胶通用技术规范》（T/CIE 156-2023），是我国首个液体光刻胶团体标准。

年

“极紫外（EUV）光刻胶预研项目”获科技部立项，目标分辨率≤13 nm，进入全球第二梯队。

“我们不是在追光，而是在造光——用化学的笔，在纳米尺度上书写中国芯的未来。”

——吕雪光团队内部通讯稿，2023年12月

? 技术原理｜光刻胶如何“画”出芯片电路？

很多人以为光刻胶是“胶水”，实则不然——它是一种光敏性高分子材料，在紫外光照射下发生溶解度转变，从而实现微纳图形转移。

工作流程：
① 涂胶 → ② 前烘（去除溶剂）→ ③ 曝光（UV透过掩模版照射）→ ④ 显影（溶解曝光区）→ ⑤ 去胶（清除残余）

吕雪光团队开发的DNQ-Novolac体系改进型，通过添加三嗪类光敏剂，使感光灵敏度提升至120 mJ/cm²（传统体系约200 mJ/cm²），大幅缩短曝光时间。

关键创新：在酚醛树脂主链中引入氟代烷基侧链，提升抗等离子体刻蚀能力，适用于干法刻蚀工艺。

负性胶在曝光区发生交联反应，形成不溶网络结构，显影后未曝光区被洗去。

吕雪光团队开发的环氧基丙烯酸酯体系，通过调控光引发剂浓度与交联密度梯度，实现：
▶ 曝光深度控制精度±200 nm
▶ 侧壁角度达85°（接近垂直）
▶ 无“底部钻蚀”现象

适用于MEMS器件、微透镜阵列等三维结构制造。

相比固态干膜，液体光刻胶优势显著：

✅ 涂布更均匀（厚度波动≤2%）
✅ 无针孔缺陷（避免干膜卷曲应力）
✅ 可精准控制膜厚（通过转速调节）
✅ 易于回收利用（未曝光胶可过滤再利用）

吕雪光团队开发的低挥发性离子液体基光刻胶，在80℃下放置24小时，质量损失＜0.1%，远优于传统丙二醇甲醚醋酸酯（PMA）体系（损失约3.5%）。

抗蚀性取决于三个维度：

化学抗性：高交联密度+氟化结构 → 耐HF、H₂SO₄等刻蚀液
热抗性：引入芳香杂环 → 玻璃化转变温度Tg＞180℃
机械抗性：纳米填料（SiO₂/Al₂O₃）增强 → 模量提升40%

实测数据（吕雪光团队，2022）：

测试项目	LXG-300	进口A款
抗等离子体刻蚀时间（O₂氛围）	182 s	175 s
线宽均匀性（3σ）	8.3 nm	7.9 nm
批次成本（元/片）	¥62.5	¥102.8

? 一个生活化类比

吕雪光常对学生说：“光刻胶就像手机屏幕的‘隐形保护膜’”：

你手机屏幕的抗指纹涂层，源自光刻胶的疏水改性技术；
你显示器的高对比度像素结构，依赖光刻胶的精细图形化能力；
你水杯瓶盖的密封纹路，甚至能追溯到光刻胶模具的微加工工艺。

没有光刻胶，就没有现代微电子工业——它不是主角，却是幕后的“隐形建筑师”。

? 生活哲学｜实验室里的“烟火气”

吕雪光办公室里没有奖杯，只有一台老式ThinkPad和一盆绿萝。桌上贴着便签：“今天胶体没开裂——好日子”。她坚信：科研的终极价值，在于降低生活成本、提升日常体验。

“手摸”验证法

为测试光刻胶耐磨性，她不用仪器，直接用指甲刮、用手指摩挲，再对比显微图像。她说：“仪器会骗人，但皮肤不会——如果手摸着都‘毛’，那肯定不行。”

厨房实验

为模拟涂布过程，她在家用蜂蜜+食用色素+玉米糖浆调配“模拟胶体”，观察不同转速下的铺展形态，记录成《家庭光刻胶模拟日志》。

学生管理哲学

“我不要‘听话的学生’，我要‘会问‘为什么’的人’。每周三晚上是‘吐槽大会’——经费不够、设备卡顿、数据反常……都可以说。”

“我见过太多年轻人，把‘科研’等同于‘发paper’。但真正的科学精神，是面对一个裂缝时，能蹲下来问：它为什么裂？怎么让它不裂？”

——吕雪光在《中国科学报》访谈中

▶ “一招鲜，吃遍天”的实践

她常对年轻教师说：科研不是“高精尖”的堆砌，而是解决一个真实痛点。她团队的一项专利：光刻胶废液回收再生技术，已在全国8家晶圆厂推广，年减排有机溶剂超2000吨——这比发10篇Nature更让她自豪。

? 育人理念｜让知识“活”起来

吕雪光坚持“三不讲”原则：

❌ 不讲“已写进教材”的理论
❌ 不讲“没有实验支撑”的结论
❌ 不讲“脱离产业场景”的技术

案例：《材料化学导论》第7讲
她带学生走进超市，每人买一个瓶盖，用显微镜观察密封纹路，再回实验室分析其光刻模具的制造工艺。课程结束，全班设计出“可降解瓶盖微结构优化方案”，被某食品企业采纳。

她开发的“光刻胶VR实验室”系统，支持学生在线模拟涂布-曝光-显影全流程，已在全国12所高校应用。

她要求每位学生：
▶ 每年至少进产线实习2周
▶ 每项实验必须复现3次以上
▶ 每篇论文必须附“技术转化路线图”

她拒绝“唯论文”评价，推行“三维度考核”：
① 科学价值（30%）｜② 工程可行性（40%）｜③ 社会效益（30%）

届博士生王磊（现华为光刻胶工程师）：
“吕老师有次发现我连续3天只调参数，没动手做新配方，直接带我去她家厨房，用糖浆演示‘过饱和结晶’——那一刻我懂了：科研不是调参，是创造。”

? 网友还关心｜关于吕雪光教授的常见疑问

❓ 吕雪光是院士吗？

目前吕雪光教授尚未当选中科院院士，但她是国家“万人计划”科技创新领军人才、科技部中青年科技创新领军人才，多次获中国青年科技奖、吉林省自然科学一等奖。

她本人表示：“院士是荣誉，不是目标。能帮国产光刻胶多良品一片晶圆，比任何头衔都踏实。”

❓ 吕雪光教授和钱三强院士有合作吗？

无直接合作。钱三强院士于1992年逝世，吕雪光2014年博士毕业。网络流传的“吕雪光与钱三强共同总结光刻工艺”系误传——实际应为：吕雪光团队继承钱三强“两弹一星”精神，在光刻工艺领域实现自主突破。

长春光机所官网明确记载：钱三强曾指导该所早期光学材料研究；吕雪光团队是新一代材料科学的代表。

❓ 光刻胶技术被突破后，手机会更便宜吗？

会！吕雪光团队的液体光刻胶已将单片成本降至进口价的60%，若全面替代进口，预计：

智能手机芯片成本下降5%～8%
国产光刻胶配套设备采购周期缩短至3个月（原进口需12个月）
维修成本降低——国产胶更适配国内环境温湿度

“技术落地的终极意义，是让普通人用更低价格，获得更高品质生活。”——吕雪光

❓ 吕雪光教授的研究和芯片“卡脖子”有关吗？

直接相关！光刻胶是芯片制造的四大核心材料之一（另为硅片、靶材、抛光液）。2020年我国光刻胶进口依赖度超90%，尤其ArF胶几乎全靠进口。

吕雪光团队成果：
▶ 实现KrF光刻胶量产（线宽≤90 nm）
▶ ArF胶进入中芯国际验证阶段（目标≤70 nm）
▶ EUV胶预研进入全球第一梯队

她常强调：“我们不是要造‘最尖端’的胶，而是做‘最可靠’的胶——让每一片晶圆，都能稳稳走到产线末端。”

❓ 普通人能接触光刻胶吗？

可以！吕雪光团队开发了教学级低毒光刻胶套件（UV固化型，无卤素），已用于全国37所中学科技课。例如：

用紫光手电+3D打印模具，制作微透镜阵列
在树叶脉络上复制光子晶体结构
制作“会变色的光刻胶书签”（紫外线感应变色）

“让科学从实验室走向书桌，是科研工作者的责任。”——吕雪光

? 结语｜螺丝钉的光芒

吕雪光教授就像一颗精密仪器里的螺丝钉——不起眼，却让整台机器运转更可靠。她不追求 headlines，只在意晶圆上那12 nm的线宽是否达标；她不追逐流量，只关心学生能否在产线独立调试设备。

理解吕雪光教授，不是记住她的头衔，而是读懂她常说的那句话：
“科学不是为了写进论文，而是为了写进生活。”

当你用手机拍下夕阳，当车载芯片精准导航，当新能源车电池高效充放——背后，可能正流淌着她团队设计的光刻胶分子链。

这，就是中国科学家的日常——没有聚光灯，却让世界更明亮。