“按照公式算下来,干式光刻机的物理极限就是65nm。要想再往下做45nm或者28nm,必须缩短波长 $\lambda$。”
“那就换更短波长的光源啊!”赵子明在旁边急得直跺脚,“既然193nm不行,咱们能不能搞157nm的?”
“搞不了。”朱教授痛苦地抓了抓稀疏的头发,“157nm的F2激光会被空气和所有普通玻璃吸收,必须用萤石(caF2)做镜头。萤石矿和加工技术全被美国人控住了,我们连一块镜片都买不到。”
这是一个完美的死局。
光源波长 $\lambda$ 缩短不了(买不到设备),$NA$ 值提不上去(空气折射率限制)。向阳集团的技术之路,似乎在65nm这个节点上,被一堵看不见的空气墙彻底挡死了。
实验室里一片死寂,只有通风扇嗡嗡的转动声。
林向阳没有说话。他不是神,他不知道ASmL是怎么做的。但他是一个极致的理科生,他相信物理学不会只有一条路。
他走到实验台旁,那里放着半杯纯净水,还有一支用来画图的铅笔。
他端起水杯,准备喝一口润润嗓子。
突然,他的动作停住了。
透过玻璃杯的侧面,他看到了那支插在水里的铅笔。
在水面和空气的交界处,铅笔“断”了。水下的那部分铅笔,看起来比水上的部分要粗,而且位置发生了明显的偏移。
折射。
初中物理知识。光从一种介质进入另一种介质时,传播速度发生改变,从而导致光路偏折。
林向阳的脑海中仿佛有一道闪电划过。他死死地盯着那杯水,仿佛那不是水,而是真理的海洋。
“朱老。”
林向阳的声音有些发颤,他举起那杯水,“为什么铅笔在水里看起来是断的?”
朱教授愣了一下,没好气地说:“折射率不同啊。空气的折射率 $n$ 约等于1,水的折射率 $n$ 约等于1.44。光在水里走得慢,波长变短了。”
“波长……变短了?”
林向阳捕捉到了那个关键词。
他猛地放下水杯,快步走到黑板前,抓起粉笔,在那行公式下面重重地画了一条线。
“我们一直在想怎么换光源,怎么把193nm的光源换成157nm的。但这路不通。”
“但是,如果我们不换光源,而是换介质呢?”
林向阳转过身,眼中的光芒亮得吓人。
“朱老,您刚才说,水的折射率是1.44。”
“如果我们把镜头和晶圆之间的空气抽干,注满这杯水呢?”
他在黑板上写下了等效波长的公式:
$$\lambda_{eff} = \frac{\lambda_{air}}{n}$$
“把193nm除以1.44……”林向阳快速计算,“等于134nm!”
“朱老,看!”林向阳指着那个数字,声音因为激动而拔高,“134nm!这比我们要死要活都搞不到的157nm光源还要短!”
“只要加一杯水,我们手里的193nm光源,就能发挥出比顶级F2激光还要强的分辨率!”
轰——
就像是一颗深水炸弹在朱克勤的脑海中炸开。
老教授猛地站起来,浑身颤抖。他冲到黑板前,盯着那个简单的除法算式。
这是最基础的光学原理。基础到任何一个物理系的大一新生都懂。但在光刻机这个精密到令人发指的领域,所有人都习惯了“真空”和“洁净空气”,从来没有人敢往那个充满了杂质和导电风险的“水”上去想。
“水……做介质……”
朱教授喃喃自语,手里的烟头烧到了手指都浑然不觉,“如果 $n=1.44$,代入 $NA = n \cdot \sin(\theta)$……$NA$值可以突破1!理论上可以达到1.35!”
“那分辨率……”朱教授迅速心算,“可以推进到45nm,甚至……28nm!”
“我的天……”赵子明在旁边听傻了,“林总,你是说,咱们往光刻机里灌水,这机器反而变强了?”
“不仅是变强,是进化。”
林向阳看着众人,语气坚定,“既然前面的路被封死了,那我们就把路淹了,游过去。”
“这就是——浸没式光刻。”
“不行!这太疯狂了!”
一直没说话的化工疯子陈志平突然站了出来,一脸的惊恐,“林总,我是搞化工的。理论上你是对的,但工程上这是自杀!”
“你知道水有多脏吗?哪怕是超纯水,里面也有离子。而且水在高速流动时会产生气泡!对于纳米级的光刻来说,一个微小的气泡就是一颗核弹,光线一散射,芯片就全是麻