2015年4月16日凌晨两点,伏羲实验室的刻蚀机调试车间依然灯火通明。李工戴着放大镜,正趴在设备控制台前,逐行核对机械臂的运动参数。屏幕上跳动的蓝色光标映在他布满血丝的眼睛里,旁边的保温杯里,半杯枸杞茶早已凉透。“李工,第12组参数调试完成,机械臂定位误差0.002微米,还是没达到0.001微米的目标。”年轻工程师小陈的声音带着浓浓的疲惫,他手里的笔记本上,已经记满了密密麻麻的测试数据。
14纳米刻蚀机的核心指标之一,就是机械臂的定位精度——0.001微米的误差要求,相当于一根头发直径的万分之一。自从2月中旬原型机组装完成后,这个指标就成了横在团队面前的“拦路虎”。两个多月来,团队成员平均每天只睡4个小时,调试方案改了37版,定位精度却始终在0.002微米徘徊。“再试一次,把机械臂的运动轨迹从线性插值改成贝塞尔曲线,或许能减少启停时的惯性误差。”李工揉了揉发胀的太阳穴,手指在键盘上快速敲击,修改着控制程序。
这样的深夜攻坚,在伏羲实验室已是常态。穿过刻蚀机车间的走廊,光刻机研发团队的陈研究员正带领团队进行14纳米工艺的预研测试。光刻胶涂布机的喷头在晶圆表面缓缓划过,形成一层均匀的薄膜,随后晶圆被送入曝光机。“曝光能量120mJ/cm2,焦距350nm,开始曝光!”操作员小李按下启动键,屏幕上实时显示着光刻图案的成像效果。当图案刷新出来时,所有人都屏住了呼吸——晶圆中心的图案清晰完整,但边缘区域出现了轻微的模糊,线宽误差超过了0.005微米。
“还是边缘光学畸变的问题。”陈研究员叹了口气,拿起晶圆放在显微镜下观察,“物镜系统的像差补偿算法,在大视场范围内还是不够精准。”他转身看向身后的光学工程师小张,“小张,你带两个人,把过去一周的像差数据整理出来,用神经网络重新训练补偿模型,天亮前必须出第一版测试结果。”小张用力点头,从抽屉里摸出一包速溶咖啡,撕开后直接倒进嘴里:“放心吧陈老师,保证完成任务!”
实验室的休息区里,散落着几个蜷缩的身影。刚从调试现场下来的机械工程师老王,靠着沙发就睡着了,手里还攥着轴承的设计图纸;负责EUV光源研发的王教授,趴在桌子上写着实验方案,笔尖的墨水在纸上晕开了一小片;几个年轻的学生趴在电脑前,屏幕上是正在运行的仿真程序,键盘旁的外卖盒早已空了,只剩下几滴油渍。墙上的时钟指向凌晨四点,窗外的天色泛起了鱼肚白,而车间里的机器轰鸣声、键盘敲击声,却丝毫没有减弱。
林渊的办公室灯也亮着。他面前的桌子上,摊着各团队的进度报表和技术难题清单,旁边放着一杯早已冷却的咖啡。自从实验室进入14纳米攻坚阶段,他每天只睡5个小时,凌晨必到各车间巡查一遍。当他走进刻蚀机车间时,看到李工正蹲在机械臂下方,用手电筒照射着导轨的连接处。“李工,休息会儿吧,身体扛不住。”林渊递过一瓶热牛奶,“我看了你们的调试记录,贝塞尔曲线的思路是对的,但或许可以在导轨上加一层纳米级的润滑涂层,减少摩擦误差。”
李工眼睛一亮,立刻站起身:“对啊!我怎么没想到这个!之前光顾着优化程序,忽略了机械结构的摩擦影响。”他当即联系实验室的材料团队,要求紧急制备一种聚四氟乙烯纳米涂层。两个小时后,涂层样品送到了车间,团队成员连夜对导轨进行涂层处理。当重新启动机械臂进行测试时,屏幕上的定位误差数值跳动着下降,最终稳定在0.0009微米——达标了!“成了!我们成功了!”小陈激动地跳了起来,抱住身边的同事,眼泪忍不住流了下来。李工则瘫坐在椅子上,长长地舒了一口气,手里的热牛奶终于有机会喝上一口。
刻蚀机的突破并没有让林渊放松警惕,因为EUV光源的研发正陷入更大的困境。当天上午,林渊来到EUV研发车间,看到王教授正对着实验数据发愁。“林总,极紫外光的输出功率始终上不去,目前只有10W,远达不到量产所需的50W。”王教授指着光谱分析仪上的曲线,“我们尝试了增大激光泵浦能量,但每次功率超过12W,靶材就会出现烧蚀现象,导致光源不稳定。”
EUV光刻机的核心就是极紫外光源,其技术难度堪称“人类工业皇冠上的明珠”——需要将锡靶材加热到10万摄氏度,使其电离成等离子体,再通过激光激发产生13.5纳米的极紫外光。全球只有米国Cymer公司掌握成熟技术,而他们对龙国实行严格的技术封锁。“我们不能照搬Cymer的靶材加热方式,或许可以采用‘双脉冲激光’方案。”林渊提出了自己的想法,“第一束激光先将锡靶材预热到5万摄氏度,第二束激光再集中能量激发,这样既能提高等离子体的转化率,又能避免靶材烧蚀。”
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