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)

第1622章 突破阿贝极限!

“常院士,这是……?”栾文杰环顾四周,有些不解。

相比旁边关乎国家半导体命脉的光刻机测试,这里的设备显得过于“普通”了。

“一项纯光学的……原理性验证实验。”常浩南言简意赅,目光落在栗亚波身上,“我们准备了快半年,最近才真正具备了测试条件。”

“纯光学?验证什么?”栾文杰心中的疑惑更甚。

“很快您就知道了。”常浩南依旧卖了个关子,示意栾文杰耐心观看,目光也投向了栗亚波的操作。

只见栗亚波最后确认了一下所有光学元件的共轴性,然后极其小心地将一块巴掌大小、表面布满极其细微黑白条纹的金属板插入一个特制的靶标架中,并微调了一下位置和角度。

接着走到控制电脑前,手指在键盘上快速敲击了几下。

嗡……

一声轻微的启动声,位于平台一端的光源被点亮。

霎时,一束鲜艳夺目的红色激光束激射而出,经过扩束准直后变成一道直径大约几个毫米的平行红光,射入中间黑色的遮光罩内。

而当光线从另一端射出时,已经略带上了一丝难以察觉的模糊感。

最终,这束光线投射在数米开外的精密成像屏上,形成一个边界柔和的光斑。

“红光?”栾文杰有些惊愕地低呼出声,“还是可见光?”

在他的认知里,要突破极限,理应使用波长更短的紫外光甚至极紫外光才对。

常浩南似乎早料到他有此一问,平静地解释道:

“我们要测试的,是一个理论上‘不可能’被传统透镜实现的结果……如果使用波长太短的光,那么……对测试系统本身的精度和噪声要求会很高,甚至大概率无法测出有效结果。”

他这边话音刚落,一直紧盯电脑屏幕的栗亚波已经抬起头:

“找到了。”

从他的脸上看不出太多情绪,但声音有些发颤:

“成像清晰!我找到靶标的成像结果了!”

“快!”

常浩南立刻上前几步,接替栗亚波坐到了显示器前面。

栾文杰也按捺不住好奇,迅速凑到旁边。

屏幕上显示的并非什么复杂的电路,而是一系列明暗相间、等宽等距的竖条纹图案。

条纹边缘锐利,对比度极高。

他快速搜索了一下脑海中的知识,并没有想起来符合当前场景的答案。

但看着面前师生二人的这副架势,已经能冥冥中感觉到,眼前这东西恐怕不太寻常。

好在,常浩南并没有让对方的疑惑持续太久。

“这是分辨率测试靶标的一部分。”他指着屏幕上的竖条纹解释道,“根据光学成像的瑞利判据,使用波长λ=632.8nm的可见红光时,一个传统透镜的理论分辨率极限δ大约是0.61λ/ NA……换算到我们这个系统里,大概是在316nm左右。”

他指着屏幕上最清晰的那组条纹旁边标注的一组编号:

“您看这里,第10组第5元素,它对应的线对宽度是308nm……也就是说,对于一块正常意义上的透镜而言,在632.8nm波长下,不应该看清楚靶标上第10组第5元素以下的图案。”

常浩南说到这里,刻意停顿了一下:

“但是……”

他没有继续说下去,而是移动鼠标,在屏幕上快速搜索着。

很快,光标停留在屏幕靠左侧的一个区域。那里清晰地呈现出一个由三条竖直亮线组成的图案,亮线之间是等宽的黑线。

这个图案在屏幕上的标注正是“Group 10, Element 5”!

“嗯?”

栾文杰失声惊呼,身体不由自主地前倾,几乎要贴到屏幕上。

瑞利判据是物理学基础,他刚才已经听明白了这个测试的意思。

308nm,已经超过,至少是贴近了632.8nm波长所对应的分辨率极限

然而,眼前的三条亮线是如此清晰锐利,边缘平滑,没有一丝一毫的模糊或弥散感。

根本不像是在逼近理论极限,反而像是在分辨一个远大于极限的物体!

常浩南脸上依旧保持着那种掌控一切的平静,没有立刻解答栾文杰的震惊。

他只是再次移动鼠标控制着屏幕上的成像区域向下移动。

画面切换,来到了标注为“Group 10, Element 6”的区域。

这里的线条图案更加细密。

然而,图形中的三条亮线依旧清晰可辨。

其锐利程度与9-5相比,几乎没有肉眼可见的衰减!

“10组6元素,对应分辨率274nm!”

旁边的栗亚波适时报出数据。

栾文杰的双眼已经瞪得溜圆,彻底被眼前的景象所震撼。

274nm!

刚才的结果或许还能用误差解释。

但这此,已经明确无误地突破了632.8nm红光下理论衍射极限。

这完全颠覆了光学常识!

常浩南依旧沉默着,手指稳健地操控鼠标。屏幕上的画面继续向下移动:

Group 11, Element 1 (对应分辨率约244nm)–清晰!

Group 11, Element 2 (约218nm)–清晰!

Group 11, Element 3 (约194nm)–清晰!

……

栾文杰的心跳随着每一次画面切换而加速,呼吸也变得急促起来。

每一次清晰成像的出现,都在无情地冲击和粉碎着百年光学理论的基石!

画面再次切换:

Group 11, Element 4–三条亮线依然顽强地保持着可分辨的状态。

虽然对比度相比前面几组有所下降,亮线似乎也略微变细,但它们依旧清晰地并列着,中间的黑缝明确存在!

这已经将衍射极限甩开了相当一段距离!

栾文杰感觉自己的情绪似乎被调动了起来,他死死盯着屏幕拳头不自觉地握紧。

常浩南再次点击。

画面切换到了 Group 11, Element 5。

这一次,屏幕上的景象终于发生了变化。

那三条本应清晰独立的亮线,此刻却如同被水浸润的墨迹,边缘模糊,相互粘连、融合在一起,形成了一片边界不清的、亮度略高的弥散光斑,再也无法分辨出任何独立的线条结构!

“看不清了!”几乎是同一时间栾文杰和栗亚波两人异口同声地喊了出来!

脱口而出之后,前者才意识到自己好像有点失态。

但好在这里也没外人,所以他很快又重新盯上了眼前的屏幕。

“这个图案是11组5元素(Group 11, Element 5)!”

他准确地喊出了刚刚变得模糊的那个靶标元素的编号,声音因为激动而有些变调。

常浩南点点头,目光锁定在屏幕上最后那个清晰的图案上:“没错,所以最后一个能清晰分辨的,就是11组4元素。”他随即转向栗亚波,“亚波,靶板说明书。”

栗亚波立即把说明手册翻开,铺在键盘前面。

这本手册详细记录了USAF 1951分辨率靶标上每一组、每一个元素对应的精确线宽和分辨率数值。

由于11组的元素极其细微,极少在常规测试中使用,其具体数值连常浩南也无法立刻记清。

实验室里瞬间安静下来,只剩下几人略显粗重的呼吸声。

所有人的目光都聚焦在常浩南沿着表格不断移动的指尖上。

沿着目录快速找到11组,然后顺着元素编号向下移动,最终稳稳地停在了一个数字下面:

“Group 11, Element 4…… Resolution:0.173μm…… 173nm。”

173纳米!

这个数字如同一个惊雷,在小小的实验室里轰然炸响!

常浩南抬起头,目光扫过满脸震撼的栾文杰和激动得脸颊泛红的栗亚波,他的声音平静,却蕴含着足以改写教科书的力量:

“632.8nm波长红光下的理论衍射极限分辨率,按最宽松的瑞利判据计算,大约是316nm。按更严格的斯派罗判据或实际工程经验,通常认为在350nm附近。”

他顿了顿,每一个字都掷地有声:

“而我们观测到的、最后一个清晰可辨的11组4元素,其对应的分辨率是173nm。”

“即使考虑到测试中可能存在的微小误差,这个结果也明确无误地表明——”

常浩南的声音陡然拔高带着宣告般的穿透力:

“我们成功突破了传统光学成像系统的阿贝衍射极限!”

(本章完)

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