第11章 多重曝光

  清晨六點,崑崙一號實驗室。

  林遠舟已經在這裡坐了一整夜。

  面前的三塊屏幕上鋪滿了密密麻麻的仿真數據。最左邊是光刻對準的誤差分布圖,中間是多層曝光疊加的模擬結果,右邊是一串還在運行的參數優化程序。

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  咖啡杯空了四次。

  趙愷推門進來的時候,第一反應是看了一眼林遠舟的臉色——黑眼圈比昨天又深了一圈,但眼睛裡的光反而更亮了。這種反差在過去三個月里他見過無數次,每次都意味著同一件事。

  林遠舟又搞出東西來了。

  」你不會又通了一宿吧?」趙愷把一袋包子和一杯豆漿放在旁邊的空位上。

  」嗯。」

  」你的身體不是鐵打的——」

  」坐下。」林遠舟轉過身來,目光銳利而專注,」我要給你看一個東西。」

  趙愷乖乖坐下了。和林遠舟相處這麼久,他已經學會了識別這種語氣——不是商量,是通知。

  林遠舟把中間屏幕的畫面放大。

  那是一張模擬圖——一片矽晶圓的表面,被放大到納米級別。圖上用不同顏色標註了五層光刻圖案,每一層都用細密的線條勾勒出複雜的電路結構。

  」這是5nm製程的光刻方案。」林遠舟說。

  趙愷皺了皺眉。5nm的事他知道——林遠舟一直在研究5nm工藝方案,但要把設計變成現實需要EUV光刻機。而華國買不到EUV光刻機。

  」但是——」

  」不需要EUV。」

  趙愷愣住了。

  林遠舟伸手點了點屏幕上那五層不同顏色的圖案:」多重曝光。用現有的DUV光刻機,對同一層電路進行五次獨立曝光。每次只印一部分圖案,通過精密對準疊加,最終拼出完整的5nm解析度電路。」

  」我知道多重曝光。」趙愷說,」但是——五次?!業界最多做到三次,對準精度就已經崩了。五次的話,累積誤差——」

  」我解決了。」

  兩個字,輕描淡寫,像是在說」我吃過早飯了」。

  趙愷張了張嘴。他想說點什麼,但面對林遠舟那雙平靜得近乎冷漠的眼睛,所有的質疑都卡在了嗓子眼裡。

  」怎麼解決的?」他最終問。

  林遠舟切換到最左邊的屏幕,調出了一張複雜的數學模型圖。

  」傳統的多重曝光對準採用的是全局補償算法——把整片晶圓當作一個剛性平面來處理。但實際上,晶圓在光刻過程中會發生微小的熱變形——溫度升高0.1度,直徑300毫米的晶圓就會膨脹幾十納米。三次曝光的累積熱變形已經接近對準精度的極限了。」

  他說到這裡頓了一下。這些知識來自科技樹——但他必須用」推導」的方式呈現出來。昨晚他花了整整八個小時,把科技樹灌入大腦的完整方案拆解成了一系列看起來符合正常科研邏輯的推導步驟。

  」我的方案是——把全局補償改成分區自適應補償。」

  他在屏幕上畫出一張網格圖。晶圓被分成了數百個微小的區域,每個區域獨立計算熱變形量並進行對準校正。

  」晶圓不是一塊均勻的平面,它的熱膨脹在不同位置是不一樣的——邊緣比中心膨脹更大,靠近散熱孔的區域比遠離散熱孔的區域膨脹更小。分區自適應補償根據每個區域的實時溫度數據,獨立調整對準參數。」

  趙愷盯著屏幕上的網格圖,目光漸漸從困惑變成了震驚。

  」這樣做的話,五次曝光的累積對準誤差可以控制在——」他飛速心算了一下,然後停住了。

  因為他算出來的數字不可能。

  」1.2納米。」林遠舟替他說出了答案。

  趙愷倒吸一口冷氣。

  1.2納米的對準精度。這比當前最先進的EUV光刻機還要好——EUV的標稱對準精度是1.5納米。

  」你在告訴我——」趙愷的聲音有些發顫,」用老一代的DUV光刻機,通過多重曝光加上你的分區補償算法,可以達到比EUV更高的對準精度?」

  」理論上,是的。」

  趙愷沒有再說話。他轉頭看向窗外,目光穿過實驗樓的玻璃幕牆,仿佛能看到太平洋對岸那台龐大而精密的光刻機正在轟鳴。

  」我知道。」林遠舟說。


  你不讓我買最好的刀?沒關係。我用磨刀石把舊刀磨出來的刃,比你的新刀還鋒利。

  趙愷的呼吸變得急促起來。他不再是一個旁觀者了——作為一名優秀的晶片驗證工程師,他迅速從震驚中恢復過來,開始用專業的眼光審視這套方案。

  」分區自適應補償的實時溫度數據從哪來?」

  」在晶圓的切割道區域嵌入微型溫度傳感陣列。這些傳感器不會占用有效晶片面積,但能提供實時的溫度分布數據。」

  」傳感器的精度?」

  」0.01度。」

  」這種精度的微型溫度傳感器——」趙愷頓了一下,」市面上有嗎?」

  」沒有。」林遠舟平靜地說,」我設計了一種。基於石墨烯熱電偶原理,可以在標準半導體工藝中集成。製造工藝參數在這裡——」他打開右邊屏幕上的一份文檔。

  趙愷看了一眼文檔的頁數。

  兩百三十七頁。

  」你昨晚寫了兩百三十七頁的工藝文檔?」趙愷的聲音已經不是震驚了,是一種近乎無奈的麻木。他開始懷疑自己的室友是不是根本不需要睡覺。

  」一百二十頁是之前寫的。」林遠舟說,」昨晚補了剩下的一百一十七頁。」

  趙愷深吸一口氣,決定不再糾結」一個人一晚上寫一百一十七頁工藝文檔」這件事是否符合人類的生理極限。因為在林遠舟身上,」人類的生理極限」這個概念似乎已經失效了。

  」那——什麼時候上實驗?」

  」今天。」

  上午十點,崑崙一號實驗室的淨化間。

  林遠舟穿上了全套的無塵服——白色連體衣、面罩、手套、鞋套。趙愷和另外三名被臨時抽調過來的工程師也做了同樣的裝備。

  淨化間裡的空氣經過了二十四級過濾,每立方米的微粒數量不超過十個。溫度恆定在22.0度,濕度恆定在45%。任何一個參數的波動都可能影響實驗結果。

  實驗用的是研究院現有的那台DUV光刻機——型號是阿斯麥集團的NXT:1980Di,不是最新款,但在阿斯麥集團的出口管制清單上它的位置已經岌岌可危了。如果新一輪封鎖落地,華國很可能連這個型號的維修零件都買不到。

  這正是林遠舟趕時間的原因之一。他必須證明,即便是這台」舊」光刻機,也能做出5nm的東西。

  」首先。」林遠舟站在光刻機的操控台前,聲音通過無塵服的面罩變得有些悶,」我們需要先安裝溫度傳感陣列。」

  他從一個密封的容器里取出了一片特製的晶圓——和標準的300毫米矽晶圓相比,它的切割道區域多了一圈肉眼看不見的微型傳感器。這些傳感器是他昨天下午用研究院的薄膜沉積設備製作的,趙愷幫忙做了焊接和校準。

  」溫度傳感陣列就緒。」趙愷確認道。

  」好。開始第一次曝光。」

  光刻機啟動了。紫外光源發出的193納米深紫外光透過掩膜版,將第一層電路圖案投射到晶圓表面的光刻膠上。

  第一層只包含整體電路圖案的20%——所有橫向走線和部分接觸孔。

  曝光時間:28秒。

  」第一次曝光完成。」操控台的數據流穩定地滾動著,」傳感器數據回傳正常。開始熱變形補償計算——」

  林遠舟的目光鎖定在溫度分布圖上。晶圓中心溫度22.03度,邊緣22.07度。差異只有0.04度,但在5nm的尺度上,這個差異足以讓對準偏移4納米——超過了精度要求。

  」分區補償參數載入。」他在鍵盤上輸入了一組數據。

  第二次曝光。

  這一次印的是所有縱向走線和另一部分接觸孔。對準精度要求比第一次更高——兩層圖案之間的疊加誤差必須控制在2納米以內。

  曝光完成。

  」對準偏差——」趙愷盯著檢測數據,聲音發緊,」0.8納米。」

  0.8納米。

  淨化間裡另外三名工程師沒有說話,但林遠舟能感覺到他們屏住了呼吸。0.8納米的對準精度——在DUV光刻機上,這是一個他們此前認為物理上不可能達到的數字。

  第三次曝光。1.1納米偏差。

  第四次。0.9納米。

  第五次——最後一次。也是最關鍵的一次。

  這一層印的是最細微的特徵結構——柵極和鰭片。5nm製程的核心就在這裡。如果這一層的對準出了問題,前面四次曝光全部白費。

  林遠舟的手指懸在確認鍵上方。

  淨化間裡安靜得能聽見空氣循環系統的嗡嗡聲。

  他按下了按鍵。

  紫外光照亮了晶圓。

  二十八秒。

  數據跳出來的那一刻,趙愷的手抖了一下。

  」對準偏差:0.7納米。五次累積總偏差:1.1納米。」

  1.1納米。

  比EUV光刻機的1.5納米標稱精度低了整整26%。

  淨化間裡沉默了五秒。

  然後趙愷摘下面罩——這嚴重違反了淨化室操作規程——喊了一聲:」成了!」

  另外三名工程師幾乎同時爆發出壓抑的歡呼。有人把拳頭砸在了操控台的邊緣,有人蹲在地上捂著臉,肩膀在顫抖。

  林遠舟沒有動。

  他站在光刻機旁邊,看著屏幕上那個」1.1nm」的數字,心裡平靜得像一面湖。

  他看著那個數字,喉嚨發緊。

  華國不再需要EUV光刻機。

  阿斯麥集團三十年的技術壁壘,被一套數學算法和一排石墨烯傳感器擊穿了。

  而西方對華國半導體產業的整個封鎖戰略——從光刻機禁運到材料斷供——建立在一個已經過時的假設之上:華國需要EUV才能做5nm。

  但他們不需要了。

  在林遠舟的意識深處,科技樹發出了一聲清脆的鳴響——不同於之前的低沉嗡鳴,這一次的聲音更像是水晶碰撞。

  「多重曝光替代方案 — 實驗室驗證通過」

  「靈感點 +50」

  「當前靈感點:2060」

  50點。不多,因為這只是實驗室驗證——真正的大筆靈感點要等到技術量產落地。但這個節點的意義不在於靈感點本身,而在於它打通了一條全新的技術路徑。

  他在意識中展開科技樹。多重曝光方案的節點從之前若隱若現的暗灰色變成了明亮的翠綠色,與5nm工藝節點之間的連線完全貫通。兩個節點之間的光芒交織在一起,形成了一個穩定的環路——5nm晶片的製造,不再依賴任何外部設備供應。

  技術自主。完全自主。

  他又看了一眼更上方的節點。碳基晶片的輪廓在迷霧中若隱若現,需要500靈感點解鎖。他現在有2060——綽綽有餘。但他決定再等等。碳基晶片的解鎖不是急事,先把5nm多重曝光方案推向量產,才是眼下最重要的目標。

  量產成功的靈感點回報,遠比實驗室驗證豐厚。

  他退出意識空間,睜開眼睛。

  消息傳出實驗室的速度比光還快。

  一個小時後,方明德的電話就打來了。

  兩個小時後,方明德本人就站在了崑崙研究院的大門口——他的專機是在接到電話後十五分鐘起飛的,從京都到鵬城一刻鐘沒有耽擱。

  他在實驗室里看完了全部數據——五次曝光的對準記錄、分區自適應補償的算法文檔、石墨烯溫度傳感陣列的設計參數——然後沉默了很久。

  」林工。」方明德的聲音比往常慢了半拍,帶著一種林遠舟很少在他身上聽到的情緒。不是震驚,不是興奮——是一種商人看到棋盤徹底傾覆時的戰慄。

  方明德沒有說話。他走到窗前,看著窗外鵬城的天際線。摩天大樓的玻璃幕牆在午後的陽光下閃閃發光。

  」阿斯麥集團的市值現在是三千八百億歐元。」方明德說,」它的市值建立在一個前提上——全世界想做先進位程晶片的人,都必須向它買光刻機。」

  他轉過身,看著林遠舟。

  」你剛才做的事情——用一台老款DUV光刻機加上你的算法,達到了超越EUV的精度——如果這項技術推廣開來……」

  他沒有說完。

  林遠舟替他說完了:」阿斯麥集團的千億市值,要動搖了。」

  方明德看了他很久。

  然後這位華芯國際的掌門人、華國半導體產業最精明的商人,緩緩地、鄭重地點了一下頭。

  」不是動搖。」他說,」是地震。」

  窗外的陽光照進實驗室,落在光刻機的金屬外殼上,折射出冰冷的光芒。

  林遠舟低頭看了一眼手機。屏幕上跳出了一條新聞推送——國際材料科學大會下月將在日沃舉行,議程更新,新增一場主題演講:《超導材料在先進位程晶片中的潛在應用》,演講者——維克多·科瓦列夫,普羅米修斯實驗室。

  超導材料。先進位程。

  這不是一篇普通的學術報告。

  這是一封信。

  寫給他的。

  林遠舟盯著那行字看了十秒,然後把手機放進口袋。

  他抬起頭,對方明德說:」方總,5nm的量產方案,我三天內給您。」

  方明德張了張嘴,想說什麼,最終只是搖了搖頭,笑了。

  」你說三天,那就三天。」