第264章 水的奧秘

“水,而且是18兆歐的去離子純水。”周碩用力的點了點頭。

水,我們這個星球上面無數生命的源泉。它由一個氧原子和兩個氫原子組成,在常溫常壓下爲無色無味的透明液體。

它有很多的物理特性,比如說溫度不同導致的密度和形態變化,重水、輕水、超臨界水等不同的特殊狀態,以及流動性、熱傳導性、溶解性和導電性等等,這種地球上最常見、可以說是成分最簡單的物質之一,想要寫完它的全部知識卻需要一本最厚的書。

但具體到光刻機技術上,爲什麼周碩說水可以讓0.8微米工藝,短時間內跨越到0.5微米技術?

這還要從光刻機工藝提升的兩個方向說起。

所謂的製程工藝,究竟指的是什麼呢?製程,實際上就是單晶硅晶圓上面的線寬。構成集成電路的基礎,是單晶硅圓片上通過光刻腐蝕出來的線條。這些線條的粗細,也就決定了同一塊芯片能夠集成多少晶體管,能夠達到什麼樣的性能。

而光刻機上決定線寬的因素,主要是光源和鏡片這兩種。光刻機生產芯片,其本質上和照相機並無太大區別。光線照射景物然後反射到照相機的鏡頭上,最後在膠片上形成影像。這個影像不就是比實物要小的多的多了嗎?

同樣,光刻機在單晶硅圓片上留下來的線條,可也不是一筆一筆刻上去的。而是通過對光學掩膜版進行曝光,然後讓這些設計好的邏輯電路影像通過一組組鏡頭。最終得到比掩膜版要小得多的圖像。這樣對光敏感的光刻膠,就會被有選擇的光照所去除。這些沒有光刻膠覆蓋的晶圓部分。就會在接下來的工藝中成爲晶體管的結構基礎。

不斷的追求鏡片加工極限,就是光刻機提高工藝水平的主流選擇。這也是爲什麼全世界只有三家光刻機生產商。而最爲著名的就是日本尼康和荷蘭阿斯麥()。尼康本身就是日本戰前做潛艇潛望鏡的廠家,後來則是相機業的霸主。而阿斯麥的鏡頭則來自於卡爾蔡司,這家公司幹嘛的就不用說了,地球人都知道。光刻機離開了這兩家光學企業,什麼摩爾定律都得去見鬼。

當然,這並不是說就沒有其他辦法來提高工藝條件了。除了鏡頭,實際上使用何種光源也會導致線寬的不同。不同波長的光波,就如不同規格的刻刀。波長越短的光波,就能夠在光刻膠上留下越細的痕跡。最早的光刻機因爲加工精度不高。使用的汞燈只能提供365nm的i線光。後來更換了準分子激光之後,光波才降低到了193nm的激光。

未來想要縮小刻蝕的分辨率,甚至還要繼續上14nm的極紫外光。至於10納米以下,可能人類的科技就已經研究出其他的加工方式了吧。

當然這些只是不準確的科普說法,如果具體要解釋一下光波和刻蝕分辨率的關係,或者解釋一下照準系統的最大分辨率概念之類的……

本書的長度恐怕會有些不足,以及略有騙稿費的嫌疑。雖然這些知識如果真的講出來千字3分就太便宜了。本着經不輕傳的道理(其實作者也不懂)就不多說了。

言歸正傳,塗岸北腦海中靈光一現,正是水的一種特性。那就是光通過液體介質後光源波長就會縮短。其縮短的倍率即爲液體介質的折射率。也就是說光刻機的光源如果在照射到光刻膠之前先在水中穿行一次,就相當於換了一個更細的刻刀。

而水的折射率是1.44,當0.8微米波長的光線穿過水之後,0.8除以1.44豈不正是0.56微米?如果這項技術真的有可行性。那確實是可以在不提高精密製造水平的前提下,得到更高一代的芯片製程技術。

這麼簡單的原理,周碩當然不是第一個想到的。用水縮短光源的波長來提高製程工藝。是未來光刻機普遍採用的技術。也就是學名叫做沉浸式光刻機的設備。通過不斷努力,未來的光刻機早就已經實現了這項技術。不僅是折射率1.44的水。更開發出折射率更高的液體。沉浸液成爲鏡片和光源之外,第三個能夠快速減小線寬的因素。

“怎麼樣。大家現在還有什麼疑問沒有?”

在場的十四個研發人員都是周碩一手挑出來的大才,誰的心思不是一點就透。有幾個甚至就是中科院裡,參加了0.8微米全套工藝開發的研究員。他只是透出一點話頭,這羣人的眼睛立刻就亮了起來。

使用水作爲沉浸液還面臨着很多的問題,比如說光刻膠的溶解、水中的雜質和穩定性,蒸發擾動以及水中氣體的去除……

但這些問題和提高精密製造水平,根本不可同日而語。精密製造那是拼基礎積累的領域,但拼化學和系統設計,中國人可是太有信心了。

傳承自蘇聯的中國科學家,在系統設計方面可是深諳如何用巧妙方法克服困難要求的。至於某些方面技不如人的自卑,那就完全沒有必要了。這種處境既可以叫窮國的無奈,也可以叫發展中國家的後發優勢,全看人們從什麼角度解讀了。

以中國未來取得的成就來看,大可自豪的說是屬於後一種角度。

“唔,我看這個路線說不定可以。”塗岸北緩緩的點了點頭,笑道:“周校長這個辦法確實是奇思妙想,我看有嘗試一下的必要。”

“我也覺得能成。”他身邊之前質問周碩的中年男人,也不自覺的點頭道:“如果光刻膠的防溶解配方一時拿不出來,我看可以增加一組鏡頭把水和晶圓隔離開。”

“水中的氣體可以通過真空法去除,這樣我們就只需要考慮蒸發造成的擾動了……”

這十四個研究狂人,在周碩指出了路線之後,很快就一個個都找到了自己專業的切入點。絲毫不在意之前自己還對這個計劃表示反對,和實打實的科技成果比起來,面子值幾個錢?國家投入十幾個億,花費了三年時間才把工藝從1.2微米推進到0.8微米。如果被自己從0.8微米再推進到0.5微米,恐怕當前實驗室裡又要多幾個能領國.務.院津貼的了吧!

周碩笑着點頭道:“大家不要着急,我已經爲你們每個人的研究內容,專門寫了個計劃書。接下來一個月,我們只要能夠按部就班的完成計劃書裡的研究任務,肯定就能準時的拿出0.5微米工藝生產線。”

塗岸北看着周碩從一旁推出來的文件車,窘迫的笑着搖了搖頭說道:“之前真不應該懷疑周校長,你可從來都是謀定而後動啊!有這種東西也不早拿出來,不然哪來這麼多麻煩?”

周碩拱了拱手,笑嘻嘻的說道:“怪我、怪我,塗老你千萬大人有大量!”

這也是周碩一直以來在研究管理上的心得,直接上來就拿出試驗計劃,下面人難免會覺得反正是老闆的項目,做起來多少會有些懈怠沒有動力。但如果事先通過啓發的方式,讓下面人瞭解了自己的思路和意圖,那麼他們就會把這個實驗當做是自己驗證知識的過程。可別小看這似乎多此一舉的行爲,周碩又不是全知全能的神。給出的試驗計劃裡難免有疏漏和謬誤的地方,研究員的積極性和主觀能動性這時可就是實驗成敗的關鍵了。

衆人從周碩推出來的文件車上,?取了自己負責方向的計劃書。在超淨室裡面,即使是紙質文件也不能裸露出來的,每一份文件的每一頁,都是用透明塑料進行了嚴格的密封。這讓他們拿到手裡之後,計劃書顯得頗有分量。

塗岸北翻了幾頁實驗計劃書,感嘆的向周碩問道:“既然有這樣的技術,我們何必去買日本人的設備?改造一批國產的0.8微米工藝生產線,我們立刻就能追上國際主流水平了。”

周碩微微搖了搖頭,遺憾的說道:“這就是我把它命名爲杜鵑計劃的原因,沉浸式光刻機在目前的技術上並不成熟。又不是呆着沒事我才把實驗室設在地下的,建造成本就多出來不知道多少倍造價。但地下實驗室也有很多好處,比如說溫度恆定、精密設備受到的干擾少等等。要知道沉浸式光刻機的關鍵在水,而水一旦受到一絲晃動,放大到芯片上都是不能接受的。”

“我們的0.5微米工藝,除了光源以外仍然是0.8微米的底子,這勢必就會造成生產困難和良品率極低。只有讓日本人相信我們已經掌握了0.5微米工藝,爲了扼殺我們的研究成果,打開向國內供應0.5微米生產線的口子。接下來得到他們的0.5微米線,才能補全這條線的工藝基礎。”

他斬釘截鐵的說道:“只要能夠真正和美、日站在同一個起跑線上,我不信中國人就一定會在這場比賽中仍然落敗。”

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