光刻機，作為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)“皇冠上的明珠”，是衡量一個國家高端制造能力的核心標(biāo)志，其研發(fā)與制造水平直接決定著集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展高度。而超精密測量技術(shù)，作為光刻機核心部件工件臺實現(xiàn)精準(zhǔn)定位的“眼睛”，是我國光刻機國產(chǎn)化進程中亟待突破的關(guān)鍵“卡脖子”技術(shù)之一。

▲李星輝

近幾年，清華大學(xué)深圳國際研究生院副教授李星輝團隊的科研成果，頻頻出現(xiàn)在精密測量與精密制造領(lǐng)域的頂級期刊或新聞上——無論是實現(xiàn)三自由度亞納米級位移測量的“零死區(qū)集成式外差光柵干涉儀”，還是在第二十九屆全國發(fā)明展覽會上斬獲金獎的原子級精度多維光柵干涉儀；無論是將納米級到毫米級結(jié)構(gòu)集成于同一基底的“跨尺度混合光刻”技術(shù)，還是為大面積光柵制造開辟新路徑的“周期相位同步鎖定曝光拼接”……他們研究聚焦的方向，本質(zhì)上就是為光刻機裝上“一雙能在高速運動中看清原子尺度偏差的眼睛”。

原子有多??？一根頭發(fā)絲的直徑，大約相當(dāng)于50萬個碳原子并排的寬度。通俗易懂地講，如果把地球直徑（約1.2萬公里）作為一把尺子，李星輝團隊研發(fā)的測量系統(tǒng)，能在這把尺子上分辨出一?；ㄉ椎募?xì)微變動。這不是科幻，而是他們正在實現(xiàn)的精度。

聽起來極為小眾的技術(shù)，卻是大國重器的關(guān)鍵一環(huán)。而李星輝，用十多年的時間，將自己的人生刻進了國家戰(zhàn)略需求的坐標(biāo)軸里。

緣起精密，擇圳深耕——從求學(xué)探索到錨定核心賽道

對機械制造的興趣，是李星輝踏入精密制造領(lǐng)域的最初契機。年少時，他便對汽車、拖拉機等交通工具的制造原理充滿好奇，這種對機械的天然熱愛，成為他專業(yè)選擇的重要指引。2004年，李星輝考入武漢大學(xué)機械設(shè)計制造及自動化專業(yè)，開啟了他在精密制造領(lǐng)域的求學(xué)之路。本科階段的基礎(chǔ)知識積累，為他搭建了機械制造的知識框架，而隨著行業(yè)向精密化、智能化發(fā)展，他越發(fā)感受到這一領(lǐng)域的魅力與價值，也堅定了深耕其中的決心。

在求學(xué)之路上，李星輝始終圍繞精密制造這一主線穩(wěn)步前行，完成了從基礎(chǔ)理論到高精尖領(lǐng)域的層層進階。碩士階段，他進入西安交通大學(xué)攻讀機械工程專業(yè)，將研究方向轉(zhuǎn)向機械電子工程，其間他通過學(xué)校的交換留學(xué)項目赴日本東京工業(yè)大學(xué)進行為期一年的聯(lián)合培養(yǎng)。在精密工程研究所開展科研期間，他對精密工程產(chǎn)生了濃厚的興趣。博士階段，他再度遠(yuǎn)赴日本東北大學(xué)攻讀納米機械學(xué)專業(yè)，將研究視角進一步聚焦到精密制造的微觀領(lǐng)域，向著更精細(xì)、更精準(zhǔn)的方向探索。多年的求學(xué)經(jīng)歷，讓他形成了從宏觀到微觀、從理論到應(yīng)用的完整知識體系，也為后續(xù)的科研工作奠定了堅實的基礎(chǔ)。

博士期間的訪學(xué)經(jīng)歷，更是為李星輝的科研視野打開了新的窗口。他先后赴清華大學(xué)、韓國科學(xué)技術(shù)院訪學(xué)，在清華接觸并學(xué)習(xí)了光柵制造技術(shù)，在韓國科學(xué)技術(shù)院掌握了光學(xué)精密測量的核心方法，不僅拓展了自己的知識領(lǐng)域，更親身感受了頂尖科研團隊的研究氛圍，這種沉浸式的學(xué)習(xí)體驗，為他后續(xù)的科研工作注入了新的靈感與動力。

2014年，恰逢深圳市大力引進海外高層次人才，而深圳作為先進制造的示范城市，有著濃厚的產(chǎn)業(yè)氛圍和旺盛的高端裝備需求，與李星輝的研究方向高度契合。帶著對祖國的熱愛和對科研的追求，他扎根清華大學(xué)深圳國際研究生院，開啟了科研之路。這一扎，就是十余年。

扎根深圳的科研之路，有成長，也有磨礪。2020年，恰逢清華大學(xué)人事制度改革落地，李星輝順勢轉(zhuǎn)入教研序列的發(fā)展軌道，直面新的職業(yè)發(fā)展挑戰(zhàn)。這份挑戰(zhàn)也成為凝練研究方向的契機，在學(xué)校的全力支持下，他得以整合更優(yōu)質(zhì)的學(xué)術(shù)資源，將研究核心堅定錨定在面向光刻機需求的光柵尺技術(shù)領(lǐng)域，潛心深耕六自由度光柵干涉測量技術(shù)的攻堅之路，讓所有研究方向緊緊圍繞國家先進制造的核心需求穩(wěn)步推進，在精密制造的賽道上，步履愈加堅定。

技破難題，芯向未來——六自由度測量技術(shù)的光刻機攻堅

光刻機的運行，是一個極其復(fù)雜的動態(tài)過程。

在光刻機的核心組成部分中，工件臺承擔(dān)著晶圓的承載與超精密定位任務(wù)，其定位精度直接決定著芯片的制造精度。

晶圓需要在光刻機內(nèi)部高速移動、精確定位，運動速度可達(dá)每秒兩米，運動范圍可達(dá)半米見方，而定位精度卻要求達(dá)到納米級甚至原子級。這就像讓一架超音速飛機在跑道上高速滑行，卻要求它最終停穩(wěn)時與目標(biāo)位置的偏差不超過一根頭發(fā)絲直徑的萬分之一。

更難的是，運動過程中難免存在各種誤差——不僅有你想要的前后左右移動，還有你不想的上下顛簸、左右搖晃、前后傾斜。只有把這些誤差運動全部測量出來，才能真正校正它們。

▲李星輝課題組合影（2025年年底）

這就是李星輝團隊主攻的“六自由度光柵測量技術(shù)”。所謂六自由度，指的是物體在空間中圍繞x、y、z三軸的移動和繞著這三根軸的轉(zhuǎn)動，代表著空間全維度的精密測量。用李星輝的話說，“六自由度光柵測量技術(shù)”是一項能夠“解鎖空間全維度”的技術(shù)。它測量的就是物體在空間中6個方向的運動：前后、左右、上下、俯仰、偏擺、滾轉(zhuǎn)。當(dāng)這些維度全部被解耦、被測量、被校正，才能實現(xiàn)納米級甚至原子級的超精密定位，光刻機精密運動的真正精度才能得以實現(xiàn)。換句話說，六自由度測量，就是給精密運動系統(tǒng)裝上一雙能看到“空間全維度”的眼睛，而“這雙眼睛”的核心，就是光柵干涉測量技術(shù)。

事實上，李星輝對多自由度光柵測量技術(shù)的研究，早在2011年博士期間便已開始，十余年來，他見證和親歷了相關(guān)技術(shù)歷經(jīng)無數(shù)次實驗與迭代，攻克了一個又一個世界級技術(shù)難題。

比如大面積光柵的加工難題。光柵是光柵干涉測量技術(shù)的核心元件，光刻機工件臺的大行程運動，需要配套大尺寸的光柵，而500毫米級的大面積光柵加工，對加工工藝的要求達(dá)到了極致，是公認(rèn)的世界級難題。李星輝團隊反復(fù)摸索加工工藝，探索大面積加工的技術(shù)瓶頸，提出了多項適配光刻機工件臺大面積光柵加工的新技術(shù)，為超精密測量中硬件基礎(chǔ)提供了有益思路。

比如高速運動下的信號采集難題。2米/秒的高速運動，要求信號采集系統(tǒng)具備極高的響應(yīng)速度，同時還要保證采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。李星輝團隊通過研發(fā)高速信號采集技術(shù)，融合先進的算法處理方法，實現(xiàn)了高速運動下的精準(zhǔn)信號采集，解決了高速度與高精度之間的矛盾。

再比如從“相對測量”走向“絕對測量”難題的攻克。李星輝介紹：“比如空間望遠(yuǎn)鏡，它的主鏡面太大，做不成一整塊，需要許多小塊拼接起來。但每個小塊都有一個絕對的姿態(tài)和位置，如果跑了，你要把它調(diào)回去，就必須知道它原本的絕對位置在哪里。這就需要用絕對式測量?！?/p>

這個問題，在李星輝主持的一項名為“基于混合編碼平面光柵的絕對式六自由度納米/亞角秒測量機理與系統(tǒng)”的國家自然科學(xué)基金項目中得到了系統(tǒng)攻關(guān)。該研究早在2017年便已開始前期研發(fā)，歷經(jīng)6年的技術(shù)積累，終于迎來了規(guī)?；难芯恐С?。項目提出一種全新的技術(shù)路線：將平面二維光柵與絕對編碼融合，通過多束衍射光的空間指向變化和干涉相位，鎖定空間六自由度絕對位置。這相當(dāng)于在光柵上嵌入一把“絕對坐標(biāo)尺”，讓測量系統(tǒng)不僅能知道“走了多少”，還能知道“在哪里”。這一技術(shù)不僅適配光刻機的需求，更能滿足深空探測、高能激光物理、大科學(xué)裝置等領(lǐng)域?qū)Τ軠y量的需求，為我國大型光學(xué)構(gòu)件的研發(fā)與制造提供了核心解決方案。在項目研發(fā)過程中，團隊克服了經(jīng)費有限、加工工藝限制、供應(yīng)商體系缺失等諸多難題，自主研發(fā)核心加工工藝，遇河搭橋、逢山開路，讓項目得以順利推進，2026年結(jié)題時，會產(chǎn)出一系列具有自主知識產(chǎn)權(quán)的核心成果。

2025年年底，李星輝團隊的多自由度光柵測量技術(shù)斬獲第13屆澳門國際創(chuàng)新發(fā)明展金獎，這一獎項不僅是對團隊技術(shù)成果的高度認(rèn)可，更彰顯了我國在這一領(lǐng)域的研究實力。

如果說“絕對式六自由度測量”是李星輝團隊多年積累的技術(shù)積淀，那么他的下一站，是“原子精度”。

2026年開年，李星輝和團隊一項新的國家自然科學(xué)基金面上項目“面向極紫外光刻機的原子精度六自由度光柵測量關(guān)鍵技術(shù)研究”面臨啟動。

極紫外光刻（EUV）是目前全球最先進的光刻技術(shù)，用于生產(chǎn)7納米及以下制程的芯片。它的工作原理是用極短波長的光照射晶圓，在硅片上刻出極其精密的電路。在這個過程中，工件臺的定位精度直接決定了芯片的良率和性能。

李星輝團隊的新項目就是為極紫外光刻機開發(fā)一套具有“原子級精度”的六自由度測量系統(tǒng)，這是他們在納米精度測量基礎(chǔ)上的又一次探索。項目提出的科學(xué)目標(biāo)，是突破“大行程多維光柵測量原子級精度機理”和“多維原子級精度測試、校準(zhǔn)與全局誤差分析”這兩個關(guān)鍵科學(xué)問題，最終建立一套原子精度六自由度外差光柵測量的建模方法與制造工藝。為更好實現(xiàn)目標(biāo)，團隊提出了“外差六自由度光柵測頭+合成孔徑光柵”的創(chuàng)新技術(shù)路線，方案包含多項自主研發(fā)的創(chuàng)新：雙頻激光光源系統(tǒng)、零死區(qū)的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計、人工智能算法的融合等。項目的實施，將為我國極紫外光刻機的國產(chǎn)化奠定核心技術(shù)基礎(chǔ)，推動我國集成電路制造技術(shù)向世界先進水平邁進。

值得一提的是李星輝團隊的科研探索，既有前沿技術(shù)的突破，也注重技術(shù)落地的價值閉環(huán)。在前沿端，團隊在《極端制造》發(fā)表的分焦面超像素陣列光刻研究突破了傳統(tǒng)超像素制備的技術(shù)限制，大幅提高了生產(chǎn)效率與參數(shù)可控性，為中紅外偏振成像系統(tǒng)提供了新的解決方案，讓光刻技術(shù)的應(yīng)用邊界向更廣闊的領(lǐng)域延伸；在產(chǎn)業(yè)端，廣東省重點項目——“四讀數(shù)頭四光柵”技術(shù)研究，雖經(jīng)費規(guī)模不大，卻在全省芯片制造賽道上贏得了廣泛認(rèn)可，成為技術(shù)從實驗室走向產(chǎn)業(yè)的重要橋梁，也為后續(xù)與眾多頭部企業(yè)的合作鋪平了道路……

在李星輝看來，光刻機的研發(fā)不僅是解決“卡脖子”問題的關(guān)鍵，更是推動我國超精密工程技術(shù)整體提升的重要契機。而他和團隊核心目標(biāo)清晰且篤定——聚焦于光刻機工件臺的超精密定位環(huán)節(jié)，致力于實現(xiàn)這一核心技術(shù)的自主可控，為我國光刻機國產(chǎn)化開發(fā)掃清關(guān)鍵技術(shù)障礙，讓國內(nèi)的光刻機研發(fā)團隊能夠在自主技術(shù)的基礎(chǔ)上穩(wěn)步前行。

聚智筑隊，融研于產(chǎn)——打造精密制造的科研與產(chǎn)業(yè)閉環(huán)

科研的突破，從來不是一個人的孤軍奮戰(zhàn)，而是一個團隊的協(xié)同攻堅。在十余年的科研生涯中，李星輝始終堅信：要想在光刻機這一“卡脖子”領(lǐng)域啃下硬骨頭，必須打造一支既能仰望星空、又能腳踏實地的科研隊伍。

▲李星輝（左四）與課題組學(xué)生參加國際學(xué)術(shù)會議

隨著研究的逐步推進與平臺的持續(xù)搭建，李星輝所在的團隊形成了三大研究方向與技術(shù)平臺，布局涵蓋納米光柵干涉測量、先進光柵與光刻制造等多個前沿領(lǐng)域。但研究越深入，李星輝越意識到，科研的核心不在于“大”，而在于做強、做精、做深，在一個細(xì)分領(lǐng)域內(nèi)做到世界領(lǐng)先。基于這一理念，團隊主動將資源和精力都聚焦在光刻機多自由度光柵干涉測量這一核心領(lǐng)域，讓團隊的研究方向更加精準(zhǔn)，攻堅能力也更加強大。這一選擇意味著有所放棄，但李星輝非常篤定，真正有價值的研究往往需要長期主義的堅守。正如他常對學(xué)生說的：“攻克‘卡脖子’技術(shù)，得坐得住冷板凳?！?/p>

如今，這支隊伍已發(fā)展至約五十人的規(guī)模，形成了完整科研梯隊。這是一支典型的理工交叉團隊：機械、自動化、電氣、測控等工科專業(yè)的科研人員，與數(shù)學(xué)、物理等理科背景的研究者并肩作戰(zhàn)。學(xué)科的碰撞與融合，為技術(shù)突破提供了多元的思維視角。而在研究內(nèi)容上，團隊實現(xiàn)了從技術(shù)突破到器件開發(fā)、再到系統(tǒng)集成的全鏈條貫通——不僅能攻克核心難題，還能將技術(shù)轉(zhuǎn)化為工程樣機，讓科研成果不再停留在實驗室階段，為產(chǎn)業(yè)應(yīng)用奠定堅實基礎(chǔ)。

團隊的發(fā)展并非一帆風(fēng)順?？蒲薪?jīng)費的波動、學(xué)生對熱點選題的偏好，都是李星輝需要面對的挑戰(zhàn)。但他始終堅守在光刻機研究賽道，向?qū)W生講明這項研究的國家戰(zhàn)略價值，讓團隊中的每一個人都明白：有些路看起來窄，走下去卻可能越走越寬。正是這份堅守，讓團隊在光刻機超精密測量領(lǐng)域形成了核心優(yōu)勢，在國內(nèi)擁有了較高的知名度，也吸引了更多志同道合的科研人才加入，形成了師生同心、攻堅克難的良好氛圍。

在人才培養(yǎng)上，李星輝有著自己的標(biāo)準(zhǔn)。他常說，做超精密測量研究，首先要“眼里有光”——科研興趣是核心驅(qū)動力，只有真正熱愛，才能在枯燥的實驗中保持熱情，在細(xì)微處捕捉創(chuàng)新的靈感。再就是要“沉得下心”——這項研究有很多硬骨頭要啃，需要學(xué)生泡在實驗室里反復(fù)操作實驗，調(diào)設(shè)備，沒有踏實肯干的精神，很難走遠(yuǎn)。他還格外看重學(xué)生的數(shù)理基礎(chǔ)和跨學(xué)科能力，“因為精密測量走到深處，拼的往往是物理直覺和數(shù)學(xué)功底”。在學(xué)生眼中，李星輝是一位“勤奮、有親和力、負(fù)責(zé)任”的老師。這份印象，來自一日復(fù)一日的相處——他辦公室的燈常亮到深夜，學(xué)生隨時可以敲門進來討論問題；組會上，他希望一針見血地點出關(guān)鍵，卻從不以批評的方式打擊年輕人的信心；實驗遇到瓶頸時，他會挽起袖子和學(xué)生一起調(diào)設(shè)備……這種影響，也延續(xù)到學(xué)生離開實驗室之后。他培養(yǎng)的碩士和博士，大多進入工程物理研究院、華為、比亞迪等以先進制造和精密工程為核心競爭力的龍頭企業(yè)，成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新生力量。

李星輝的團隊保持著一種獨特的研究節(jié)奏：從技術(shù)突破，到器件開發(fā)，再到系統(tǒng)集成，整個鏈條都是貫通的。團隊研究方向偏硬件，要做工程樣機。這種“貫通”的模式，正是為了解決科研成果產(chǎn)業(yè)化過程中的一個普遍難題——高校有“技術(shù)”，企業(yè)要“產(chǎn)品”，中間有鴻溝。面對鴻溝，李星輝團隊的解法是：往前走一步?！拔覀兺こ虡訖C方向走了一步。企業(yè)那邊也會配一個技術(shù)團隊，不是直接拿來就用的那種，而是前期就介入，和我們一起消化技術(shù)。雙方密集溝通，每周都有例會，逐步融為一體。驗收方式、使用場景的調(diào)整，都能及時反饋。”這種緊密的合作模式，讓科研成果成功走出實驗室，落地到產(chǎn)業(yè)場景中——既為多家頭部企業(yè)解決了精密測量難題，也讓技術(shù)在應(yīng)用中不斷驗證、迭代，反哺基礎(chǔ)研究，形成了“基礎(chǔ)研究—技術(shù)開發(fā)—產(chǎn)業(yè)應(yīng)用”的良性閉環(huán)。

對產(chǎn)學(xué)研深度融合的重視和實踐，也讓李星輝本人被推薦為深圳市產(chǎn)教融合促進會副會長。雖然身兼科研、教學(xué)、社會服務(wù)等多重工作讓他很忙，但他選擇堅持，“總需要有人去做這些工作。我感興趣，也有相關(guān)經(jīng)歷，那就優(yōu)化好時間，貢獻一些力量”。而他優(yōu)化時間的秘訣是“凡事預(yù)則立”——周中，他將大部分時間投入科研和學(xué)生培養(yǎng)，與團隊探討技術(shù)難題、指導(dǎo)學(xué)生實驗；周末，則集中處理學(xué)會工作、產(chǎn)教融合事務(wù)。“天道酬勤”一直是李星輝信奉的科研道理，“沒有捷徑可走，唯有一步一個腳印，才能抵達(dá)極致的精準(zhǔn)”。而他，也愿意和一群“眼里有光的人們”，向著更小尺度、更高精度的道路開拓。

站在“十五五”開局之年，李星輝對團隊的未來有著清晰的規(guī)劃：繼續(xù)聚焦光刻機“卡脖子”技術(shù)，將研究領(lǐng)域拓展至AI芯片先進封裝等集成電路制造裝備方向；同時，進一步深化產(chǎn)業(yè)融合，推動原子精度六自由度光柵測量的產(chǎn)業(yè)化落地。他希望，錨定國家制造之需，以微米之微、納米之精，在超精密測量的賽道上步履不停，讓更多自主核心技術(shù)，成為中國高端制造的堅實底氣。

專家簡介

李星輝，清華大學(xué)深圳國際研究生院副教授、博士生導(dǎo)師。于日本東北大學(xué)獲納米力學(xué)博士學(xué)位，曾在東京工業(yè)大學(xué)、韓國科學(xué)技術(shù)院訪學(xué)。

他主要從事精密測量與智能裝備研究，包括納米光柵干涉測量、先進光刻制造及人工智能自動光學(xué)檢測。主持國家自然科學(xué)基金、廣東省重點等項目20余項，在光刻機核心測量部件、六自由度納米光柵尺等領(lǐng)域取得原創(chuàng)性成果。

發(fā)表學(xué)術(shù)論文200余篇，入選全球前2%頂尖科學(xué)家榜單，獲日內(nèi)瓦國際發(fā)明展銀獎、全國發(fā)明展金獎等榮譽。擔(dān)任《光學(xué)精密工程》學(xué)科執(zhí)行主編。積極推動產(chǎn)學(xué)研融合，成果在半導(dǎo)體、新能源等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)廣泛轉(zhuǎn)化應(yīng)用。