接下来两天,主楼会议室的门,几乎从未关闭。
烟雾缭绕的空气里,混合着钢笔划过纸张的沙沙声、激烈的辩论声、偶尔因找到思路而提高的兴奋语调,以及暖气管片单调却持续的嗡鸣。
讨论进入了真正的深水区。
不再仅仅是确定“五微米”这个目标,而是围绕着如何实现它、稳定它,以及看清下一步的路径,展开了一场场触及筋骨的“技术解剖”。
光刻技术本身,被拆解成一个个子系统。
光学部的张工将一叠厚厚的像差分析数据拍在桌上:“球差、彗差、像散、场曲……我们的复消色差物镜设计理论没问题,但加工装配的累积误差让这些‘魔鬼’全跑出来了。尤其是这个场曲,视场边缘的像质塌陷得厉害,导致芯片边缘的图形永远比中心的模糊、变形。”
他指向一张光学传递函数曲线图,边缘视场的曲线就像体力不支般早早垂下了头。“不解决这个,五微米工艺的均匀性就是空谈。我们需要更精密的定心磨边机,需要装配环境恒温恒湿,更需要一套严格的装调检测流程,而不是靠老师傅‘感觉’对上了就行。”
精密机械室的王工接着摊开工作台的运动误差分析图,那上面用不同颜色的线条标注着定位误差、直线度误差、角度摆动误差,像一幅抽象的、令人头疼的地形图。
哈工大的周工补充道:“蜗轮蜗杆的背隙可以调,但磨损带来的误差是时变的。更麻烦的是导轨的直线度,我们在三米长的花岗岩平尺上检测,微米级的起伏像连绵的小山丘。工作台跑过去,就像车开在坑洼路上,能不抖吗?”
他带来的振动测试记录显示,车间地面的低频振动频谱与工作台误差出现的高峰时段惊人地吻合。
“隔振是系统工程,光给光刻机穿‘厚底鞋’不够,得给整个车间,甚至整栋楼做‘减震地基’。”
材料匹配成了新的焦点。
光刻胶,这种当时国内尚属空白、完全依赖极少量进口或简陋自配的神秘感光材料,其性能的不稳定成了最大的“黑箱”。
专门研究光刻胶的工程师苦笑:“不同批次的胶,灵敏度能差一倍;涂胶的均匀性,转速差十转,厚度能差几十个纳米;前烘温度波动两度,显影时间就得跟着变。我们现在是在用做化学实验的精度,去要求微米级的图形转移。没有标准化的胶,没有自动化的涂胶显影设备,工艺窗口窄得像条缝。”
检测与良率控制,更是让所有人眉头紧锁。
如何判断一块曝光后的图形是合格的,靠老师在显微镜下一片片数线条、量宽度,效率低下且主观。
陈光远指出:“我们需要快速的、定量的检测手段。哪怕是最简单的光学对比度测量仪,或者自己搭建一套基于光电倍增管的透光率扫描系统。把‘看起来差不多’变成‘数据达标’。良率统计也不能只算最后封装测试通过的,要从涂胶开始,每一步的损耗、缺陷类型和数量都记录下来,画出‘缺陷地图’,倒逼前道工序改进。”
讨论从单项技术,不可避免地扩展到系统集成。
光刻机不是光学、机械、控制、材料的简单堆叠,它们之间存在着复杂的耦合与干扰。
武水院的赵工再次强调了电力质量问题,并提出了一个更细致的监测方案。
在光刻机电源入口、控制柜、乃至关键电机和灯源处,都加装简易的电压电流记录仪,同步记录时间戳,一旦出现曝光缺陷,可以回溯到是否是某一时刻的电网扰动所致。
这个想法得到了积极响应,记录数据、建立关联,正是他们开始共识的工作方法。
就在讨论有些陷入“问题太多、无从下手”的疲惫感时,吕辰将之前与宋教授、谢凯推敲过的两个跨界思路,正式提了出来。
“第一个思路,我们称之为‘模拟实验与数字化双胞胎’。”吕辰走到黑板前,画了一个光刻机的简化示意图,又在旁边画了一个虚拟的方框。
“在真正昂贵的硅片和光刻胶上试错,成本太高。我们能不能先纸上谈兵,再沙盘推演?”
他解释道:“纸上谈兵是指,集中数学和物理力量,尝试建立光刻过程的关键数学模型。比如,光源通过物镜成像的光强分布模型、光刻胶曝光反应的化学动力学模型、甚至初步的热膨胀和应力变形模型。不用很精确,哪怕是最简化的版本,也能帮助我们理解各参数之间的影响关系,预测可能出现的缺陷模式——比如,如果照明不均匀度超过5%,边缘线条宽度会如何变化?”
他顿了顿,看到几位理论出身的研究员眼睛开始发亮,继续道:“沙盘推演则更直观。我们可以用透明玻璃或石英片代替硅片,用掺有荧光染料或遮光微粒的特殊液体模拟光刻胶的流动和分布。用改装的电影摄像机加显微镜头,拍摄曝光瞬间光强分布的变化、模拟胶在旋转涂布时的流动形态。这能让我们看见过程,比如基片表面微小不平整如何导致胶厚不均,气流如何干扰图形。”
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