第1620章 从40nm到27nm的跨越

十几分钟后。

换上防护服的一行人跨过双层气密闸门,轻手轻脚地踏入到崭新设立的无尘测试间。

视线透过防护面罩的视窗,栾文杰几乎瞬间就捕捉到了房间中央那座巨型光学平台。

形似手术台却被放大数倍,其上密布着调整架、导轨与传感器接口,几束不同颜色的指示激光束在平台上方交错扫描,令人有些目眩。

平台周围,则是七八个身着连体式白色无尘服、头戴全封闭护具的忙碌身影。

张汝宁,还有他的团队。

大部分人都沉浸在自己的任务里,对身后气密门的开启与访客的到来浑然不觉。

只有坐在主控电脑前的何修军此时任务较轻,眼角余光瞥见了气密门开启的微弱指示灯变化,以及随后鱼贯而入的常浩南众人。

他下意识地要起身,但动作刚到一半,就看到常浩南隔着面罩对他压了压手掌,示意继续工作。

何修军立刻会意,强行按捺住心中的惊异,重新将注意力聚焦到屏幕上跳动的数据和波形图上。

直到大约二十分钟后,伴随着仪器发出一阵清脆的提示音,控制台上的最后一组指示灯随之由红转绿。

张汝宁如释重负地舒了口气,肩膀微微松弛下来。

然后习惯性地转身,准备招呼大家短暂休息。

然而,这一转身,整个人瞬间就僵住了。

几米开外,正伫立着几个身影。

跟他们一样,都穿着封闭的白色无尘服。

由于面罩的存在,看不太清楚面孔。

只能从体型和动作习惯中分辨出,为首二人中的左边那位,应该是常浩南。

至于剩下几人,则不像是火炬实验室的成员。

“常院士?”

张汝宁的声音透过面罩,显得有些瓮声瓮气,但还是能听出明显的错愕,眼神也在几人之间游移不定。

栾文杰倒是知道眼前就是常驻火炬实验室进行系统研发的长光集团技术团队,但因为同样的原因,也分不清其中谁是谁。

好在常浩南及时开口,向二人分别介绍了对方的身份。

这下,栾文杰总算有了精确的目标,上前几步来到张汝宁面前,主动跟他握了握手。

而后者在听过刚才的介绍之后,就已经脑子嗡的一声愣住。

工建委一把手!

他下意识地就想说些“欢迎领导视察指导”之类的场面话,但到了嘴边却又猛地卡住——

眼下可是在火炬实验室的地盘上,自己身为临时来此工作的合作方,做出欢迎表态似乎有喧宾夺主之嫌。

结果僵在原地,一时不知如何是好。

一股微妙的尴尬瞬间弥漫开来。

“栾主任,刚刚被提升起来的那两个模组,就是我们专门给SMEE ArF-1800光刻机研发的物镜系统,还有作为对照组的ArF-1500物镜”

又是常浩南及时开口,把众人的注意力转移到了旁边的测试平台上。

无形的压力瞬间消失,张汝宁如蒙大赦,立刻接上话题:

“我们刚刚进行的测试,就是在193nm的DUV光源条件下,对比新旧两种物镜方案的性能……”

栾文杰并非光学系统或者半导体出身,之前也没看过光刻机被大卸八块之后的样子,所以下意识来到体积更大的1500模组旁边,左右看了一圈然后才瞄向另一边体积更加紧凑的1800模组。

“体积大了这么多?”

显然,他是把更大的模组当成了更先进的。

当然传统上,光刻系统的物镜组也确实是性能和体积成正比。

只不过常浩南的路子实在不同寻常。

张汝宁赶紧解释:

“我们采用了火炬实验室提供的负折射材料,结合常院士提出的‘折反镜一体设计’理念,大大简化了物镜组的光学设计。”

听到“简化”两个字,栾文杰才意识到自己把目标给搞反了。

好在还没把脸给丢出去,所以又故作沉着地踱步到更小的那个模组旁边,微微俯身,似乎想从眼前繁复的结构中找出些许相似之处。

只是理所当然地失败了。

“传统的折反式物镜组内部包含超过三十片精密镜片,用于校正像差、色差,并尽可能提升数值孔径……不仅结构复杂,体积和重量很大,而且其中的反射元件对于加工精度的要求非常苛刻。”

张汝宁进一步介绍道:

“而在更新的1800物镜组里面,大部分功能被集成在少数几片核心镜片上,独立光学元件的数量缩减到14个,所以体积比老型号小了一半以上……”

“……”

就在这时,一直坐在控制电脑前的何修军突然站了起来。

“张组长,最新一组测试数据已经处理完成!”

他走到张汝宁同时也是走到栾文杰身边,汇报道:

“193nm波长下,1800物镜组的等效数值孔径(NA)实测最大值为1.8009,最小值为1.7996,NA一致性达到±0.0013,该数值远优于我们设计指标要求的±0.006,也完全符合设计方案中理论NA值1.80的预期……”

“全视场振幅极化量RMS(均方根值)实测最大11.85%,最小11.80%……”

“全视场相位延迟量RMS实测最大3.77nm,最小3.45nm……”

实际上,这里面的多数参数都是之前就已经测完的,而且往常也不需要他专门汇报一遍。

报告导出来,大家分别翻阅就行了。

但此刻面对亲临一线的栾文杰,这份详尽到几乎冗余的数据汇报,就显得格外“恰到好处”且分量十足。

“等等。”

果然,栾文杰打断了后续的参数报告。

他既然是专程来考察光刻机,那对于这些基本参数自然有所了解。

虽然被一大堆突然涌入的数据搞得有些头脑发胀,但还是敏锐地捕捉到了其中最关键的部分。

NA值,1.80!

“我记得之前提交上去的那份评估报告里,最高规格的数值孔径预估是1.70?”

面对这个问题,张汝宁脸上露出一丝茫然。

他并不清楚有个什么评估报告的事情。

常浩南则立刻接过话头解释道:

“栾主任,那份报告里使用的1.70数值,值是我们在进行不同技术路线横向比较时设定的……嗯……参照基准,当时为了公平对比,说明镥铝石榴石体系的优势,我设定的前提是其他所有条件,比如光源、视场、机械平台等都保持一致。”

“但在实际设计过程中,因为物镜组的整体结构变得简单了很多,所以这套系统的底镜有效视场比之前的1500物镜组拓宽了大约15%……换句话说,在相同NA值要求下,光线通过物镜边缘区域的入射角度可以更小,这极大地减轻了设计超高NA系统时最难克服的边缘像差压力……”

“……”

“总之,”他最后总结道:“这0.1的额外提升,是设计自由度增加带来的实际工程红利,也是新方案综合优越性的直接体现。”

栾文杰未必完全听懂了他的长篇大论,但眼前的结果显然令他心情大好:

“所以常院士,刚才你提到华芯国际能以MPP工艺大批量生产新一代的7nm芯片,关键就在于这个1.80的NA值?”

常浩南点头:“正是。”

接着,又从旁边拿过一张表格递给对方:

“1.80的数值孔径,相当于我们把193nm DUV光源的等效波长压缩到了107.22nm,对比NA值1.35的老体系,相当于把特征尺寸的理论极限从40nm一举推进到27nm左右!”

栾文杰的视线表格上飞速移动,最终找到了27nm对应的节点尺寸——

三星的5nm,或TSMC的7nm++,或英特尔的10nm。

总之,已经是目前最强的一档。

是过去一般认为,只有EUV光刻机才能够涉足的领域。

看到对方的视线已经不再移动,常浩南终于给出了阶段性的结论:

“这个能力,足以覆盖当前TSMC、三星等厂商定义的7nm,乃至未来3-5年内可能出现的更先进节点的全部生产需求!而且,都是依靠单次曝光工艺就能稳定实现的。”

“更重要的是,ArF-1800光刻机的主体架构,除了这个革命性的物镜组以外,其余光源系统、精密工件台、掩模台以及对准器等核心子系统,都沿用了ArF-1500平台上的成熟设计,最大程度地保证了设备的可靠性用户的转产速度。”

说到这里他稍作停顿,让栾文杰有些缓冲的时间。

之后,又掷地有声地强调:

“这意味着,一旦设备交付,华芯国际能够在最短时间内完成产线切换和产能爬坡,无需漫长的调试和适应期,供应链的每一个环节,从材料、设计到制造,都牢牢掌握在我们自己手中,稳定、安全、可控!”

(本章完)

第1621章 现在和未来,都是我们的

或许是为了给这番论述一个直观的注脚,张汝宁走到测试平台旁,小心翼翼地从特制载物架上取下一片晶圆,交到栾文杰手中。

经过特殊处理的硅片表面光滑如镜,肉眼看去并无特殊之处。

但旁边的显示屏随之亮起,清晰地呈现出一个由无数细微线条构成的、边缘锐利无比的字母。

“F”。

“受限于这里的条件,我们没有完整的晶圆台和光刻胶处理线,无法制造出包含复杂电路的完整芯片。”张汝宁指着屏幕解释道,“但是,您看到的这个字母‘F’,其每一笔划的线宽,都是严格按照30nm的特征尺寸设计并光刻出来的。”

他伸手轻轻点在屏幕上那个清晰锐利的“F”上,加重语气:

“30nm,已经超过了TSMC当前7nm工艺所能达到的实际精度。”

栾文杰双手捧着那片小小的晶圆,如同捧着一块稀世珍宝。

尽管根本不可能分辨出30nm的细微线条,但他依旧看得无比专注——

这手掌上的方寸之间,蕴含着足以撼动全球半导体、乃至全球科技格局的力量。

沉默,持续了足有一分钟。

终于,栾文杰长长地、极其缓慢地吁出一口气,动作轻柔地将晶圆交还给张汝宁。

似乎还带着些许不舍。

“这块晶圆,我们会做专门保存。”常浩南看出了对方的心思,出言道,“这是我们在半导体生产领域反超的起点,以后可以放进工建委的博物馆里。”

说起这个,他突然想起了那块至今还放在地下仓库里面的B2碎片。

“算了。”栾文杰低声感叹,声音透过面罩显得有些沉闷,“这东西就算能展出,我们怕是也抢不过国博……”

一个玩笑,让现场的气氛轻松了不少。

但很快,他又话锋一转。

“我之前去华芯国际调研的时候,听他们的技术专家提到过。”栾文杰提出了一个更长远的问题,“在当前硅基CMOS工艺的物理框架下,制程的极限大概在5nm或者3nm附近,如果按照刚才计算的107.22nm等效波长来推算……”

“是否意味着,未来我们这台ArF-1800,也有可能通过技术优化,用于生产下一代,甚至下两代的产品?这关系到我们战略窗口期的长短!”

这个问题,张汝宁已经等待了很久。

“跟刚才那张表上的情况一样,业界宣传的‘5nm’、‘3nm’这些节点名称,仍然是制程迭代的代称,跟实际的最小物理特征尺寸并非严格的一一对应关系。”

他解释道:

“所谓‘5nm’节点实际对应的特征尺寸,业界预估会在25nm左右,至于‘3nm’,则可能对应到15-18nm区间。”

张汝宁隔着面罩整理了一下护目镜,继续深入技术本质:

“对于25nm的特征尺寸,ArF-1800仍然可以通过双重曝光技术实现,就是良品率会比单次曝光生产30nm级别的产品时有所下降,工艺整合的复杂度也会提升,不过技术路径是确定存在的。”

尽管隔着面罩,但众人还是能感觉到,栾文杰原本皱着的眉头舒展开来。

而张汝宁语气却变得慎重起来:

“至于20nm以下级别的特征尺寸,将是另一个维度的挑战……实际上,随着芯片制程逼近硅材料的物理极限,量子隧穿效应将变得无法忽视,晶体管将难以有效关断,漏电流剧增,同时微观层面的不确定性会急剧放大,导致器件性能的波动性大幅增加。”

“一般认为这个临界尺寸会在10nm左右,但考虑到衍射极限的存在,以及任何工业产品都不可能做到真正意义上的完美无缺,就算是使用EUV光刻机,要想稳定量产特征尺寸在20nm以下的产品,也会非常非常困难,而且良率会不可控制的降低。”

随后,他做了一个总结性的判断:

“我个人认为,随着边界效应的递增,未来芯片性能提升的主要驱动力,将从过去单纯依赖制程微缩,转向更依赖于芯片架构创新、先进封装技术、还有底层驱动软件和算法的深度优化……”

张汝宁坦诚地摊了摊手:

“只不过,这后面几项,就不是我们搞光学的人能专精的了。”

这番论述,让栾文杰登时陷入沉默,面罩下的呼吸明显变得粗重了几分,白色的雾气在护目镜内侧迅速凝结又消散。

半导体科技即将撞上当前理论天花板!

这对于单纯追求技术进步的科学家而言或许令人沮丧,但对于此时此刻正面临外部高压、急需时间窗口来巩固自身产业链的华夏来说,却是个绝佳的良机。

“好!好!好!”

栾文杰连说了三个好字,声音透过面罩带着压抑的激动,却很好地控制住了情绪外露:

“常院士张研究员,还有各位奋战在一线的同志们,你们的成果和这番分析,给了我,也给了决策层最急需的底气和最清晰的方向!”

他用力地点了点头,目光再次扫过平台上那小巧却蕴含巨大能量的物镜模组,以及那片刻着“F”字的晶圆,仿佛要将这景象深深印入脑海……

……

大约一小时后,参观结束。

一行人换掉密闭难受的防护服,重新回到外部空间。

“我回去之后,会以最快速度,将今天的所见所闻,特别是ArF-1800物镜系统的实测性能数据、量产能力评估以及关于技术极限的战略分析,形成一份详实报告。”

解除了身上的束缚之后,栾文杰的语气变得轻快起来:

“这份报告将作为最核心的决策依据,直接呈送最高层,它将为我们在即将到来的、更高层面的科技博弈中,提供最坚实的支撑和最有力的反击武器!”

说完,他不再耽搁对常浩南示意了一下,便转身带着随行人员准备离开。

然而,常浩南的声音却又一次从身后传来:

“栾主任,请留步。”

栾文杰脚步一顿,疑惑地回头。

常浩南已走到他身边,脸上带着一种古怪的笑意,目光投向无尘室侧壁另一扇不起眼的门:

“时间还早,既然来都来了,那么隔壁还有一点‘小东西’,或许也值得花几分钟看一眼……不会耽误太多时间。”

栾文杰现在满脑子都是那份即将出炉的报告,但对方的神情和语气勾起了他强烈的好奇心。

除了之前那瓶维生素B以外,这位总顾问口中的“小东西”,都相当不简单。

“好!”他果断点头“既然你都说值得看,那必然值得。走!”

两人在警卫陪同下,很快通过连接通道,进入了隔壁的另一个实验室。

这里的氛围与刚才的超净光学室截然不同。

没有厚重的无尘服要求,只需在门口戴上防护眼镜即可。

室内光线明亮,但显得有些空旷冷清,远不如刚才那边人头攒动。

只有栗亚波一人,正全神贯注地俯身在一座相对小巧的光学平台前,小心翼翼地调整着几个精密调整架上的旋钮。

他显然注意到了来者,只是手边的工作一时间放不下。

直到这时,栾文杰才想起来,刚才确实一直都没看见这位常浩南的得意门生。

平台的主体是一个稳固的光学面包板,上面架设着激光器、光束扩束准直器、几个装有特殊透镜的调整架、一个黑色的圆柱形遮光罩,以及远处一个带有精密位移台的成像屏。

整个装置透着一股……豪华的朴素感。

(本章完)

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