1996年5月,魔都,微电子装备研究中心,计算光刻联合实验室。
三个月前,这里还只是一间堆满服务器和草稿纸的,略显拥挤的办公室。
如今,它已被改造成一个配备了,国内最顶尖计算资源的、充满未来感的数字战场。
一排排黑色的服务器机柜,在恒温恒湿的环境中低吟,指示灯如繁星般闪烁。
空气中弥漫着一种电子元件散热后特有的、淡淡的臭氧味。
陈向东站在一块巨大的,占据整面墙壁的白板前,手里捏着马克笔,眉头紧锁。
白板上,密密麻麻写满了光学模型、数学公式、算法流程图,以及大量被红笔圈出、打上问号的难点和矛盾点。
他面前,坐着十几位从星火基地和全国各高校、研究机构抽调来的顶尖数学、物理和计算机专家。
他们中的许多人,是国内最早接触计算光刻概念的少数派。
此刻,他们正盯着白板上那些复杂的推导,眼神中充满了亢奋与焦灼交织的光芒。
计算光刻,这个在当时对绝大多数人来说,闻所未闻的名词,却是攀登7纳米,乃至更先进制程光刻机这座高山时,必须攻克的关键技术之一。
简单来说,就是用极其复杂的数学模型和算法,去预先补偿和校正光刻过程中,由于光的衍射、散射,干涉等物理效应导致的图形畸变,使得最终在硅片上印出来的电路图案,尽可能接近设计目标。
没有先进的计算光刻软件,再精密的EUV光刻机,也只是一堆昂贵的废铁。
而这一领域,同样被ASML、Synopsys、Brion等少数西方公司和研究机构牢牢垄断,对龙国实行严格的技术封锁。
“问题在于逆问题求解的收敛速度和精度。”一位戴眼镜、面容清癯的中年数学家,指着白板上一组复杂的偏微分方程组,语气带着学术讨论特有的尖锐。
“现有的迭代算法,在处理7纳米节点全芯片级别的光学邻近效应修正(OPC)时,计算量已经大到无法接受。
按照我们目前的算力,修正一颗指甲盖大小的芯片,可能需要......几个月。”
“这完全没有工程实用性。我们需要一种......全新的、更高效的数学工具。”
“不仅是OPC。”另一位负责光源与掩模联合优化(SMO)的专家接口,语气同样凝重。
“EUV光源的波长极短,对掩模缺陷和表面粗糙度极其敏感。我们的SMO模型,必须将掩模的三维散射效应考虑进去,这又引入了海量的计算。现有的算法框架,根本跑不动。”
会议室里,陷入了短暂的沉默。所有人都意识到,他们面对的,是一个理论深度和工程复杂度,都远超磐石算法的挑战。
这不再是单纯的信息处理,而是要在微观世界的物理极限边缘,用数学和算法,与光的本性进行一场近乎不可能的博弈。
陈向东放下马克笔,转过身,目光扫过在座的每一位专家。他看到了他们眼中的疲惫,也看到了那疲惫之下,如同磐石般坚硬的,属于龙国最顶尖头脑的骄傲与执着。
“各位老师,前辈。”陈向东开口,声音带着一丝沙哑,但异常清晰:“我们面临的困难,我很清楚。计算光刻,是光刻机这颗皇冠上,最璀璨,也最难打磨的宝石之一。
西方在这个领域,积累了超过二十年。我们想用三年、五年追上,无异于愚公移山。”
他顿了顿,目光变得更加坚定:
“但天梭的经历告诉我一件事,愚公移山,靠的不是力气,是方向,是坚持,是一代人接着一代干下去的韧劲。”
“我们现在的算力不够,算法不够成熟。但我们可以从最基础的地方做起。”
“第一,建立全芯片级别的光学仿真基准数据库。没有实验数据,我们就用最笨的办法,用我们自己的物理模型,一个一个结构,一个一个工艺条件,把仿真数据跑出来,建立一个属于我们自己的、可验证的基准库。”
“第二,算法上,我们不是西方那套暴力计算的老路。我们和磐石算法的团队合作,尝试将稀疏表示,压缩感知、以及我们自己在智能优化算法上的积累,引入到OPC和SMO的求解框架中来。
目标不是一步到位,是在可接受的时间内,把精度做到可用的水平。”
“第三,”陈向东看向负责硬件和系统集成的工程师:“我们需要一种面向计算光刻专用加速的异构计算架构。
通用CPU算力不够,我们就自己设计专用的加速卡,把最耗时的卷积、FFT(快速傅里叶变换)等运算,用硬件加速实现。
这个,我们星火基地有启明架构的积累,可以尝试。”
他的思路,清晰、务实,没有好高骛远地追求一步登天,而是将宏大的目标,拆解为一个个可以逐步攻克的具体战役。
这,正是天梭团队在过去几年中,用无数次失败和最终突破,所锤炼出的宝贵经验。
“说得对!”一位白发苍苍,是国内最早从事集成电路 CAD研究的资深教授,猛地一拍桌子,声音洪亮的说道。
“我们当年搞熊猫系统,龙国首套自主EDA系统的时候,条件比现在还不如!不也是一行一行代码,一个单元一个单元库,硬啃下来的?
算法不行,就用笨办法堆!算力不够,就想办法优化!关键是,要动起来!要干起来!”
“小陈,你说得对!我们先建库,先搭框架!哪怕第一版只能跑通最简单的测试结构,那也是零的突破!”
会议室里的气氛,瞬间被点燃。专家们开始热烈地讨论起,具体的技术路线和分工,虽然争论依旧激烈,但那种弥漫在空气中的焦灼和无力感,已经消散了大半,取而代之的是一种开干了的实干氛围。
陈向东看着这一幕,心中涌起一股热流。
他知道,攀登光刻机这座高山的征程,才刚刚迈出第一步。前方,是比天梭之路更加漫长,更加陡峭、更加充满未知的险途。
但此刻,他比任何时候都更加确信,山,就在那里。但人,也已经准备好了。
愚公移山,子子孙孙,无穷也。
而龙国科技工作者的接力棒,也必将在这一代人手中,握得更紧,传得更远。
星火,已从通信的田野,蔓延至芯片制造最深的根基。
燎原之势,不可阻挡。
1996年6月,魔都,某处不对外开放的研究基地。
这里比星火基地更加隐秘,门禁森严,甚至连陈向东也是第一次踏入。
穿过两道生物识别门,和一道金属探测门,他眼前豁然开朗了起来,一个巨大的、充满未来感的洁净实验室,展现在他面前。
实验室中央,是一台被防震基座牢牢固定、结构极其复杂、闪烁着金属冷光的实验装置雏形。
它不像传统光刻机那样庞大笨重,反而有一种精密、紧凑、充满设计感的气质。
各种管线、光纤和冷却系统,如同血管般缠绕在主体结构上。
最引人注目的,是装置核心部位,那个浸泡在某种清澈透明液体中的、正在缓缓移动的晶圆承载台。
液体在精密温控系统的作用下,保持着恒定的温度和流动状态,几乎没有一丝气泡。
陈向东愣住了。他虽然不是光刻专家,但基本的常识告诉他,光刻机的物镜和晶圆之间,通常是空气或真空,从来没有听说过中间要加液体的!
“看不懂了?”一个熟悉的声音从他身后传来。
陈向东猛地转身,只见谢建军穿着一件白大褂,正站在实验室入口处,脸上带着一种他从未见过的,混合着自信,与某种深邃洞察力的微笑。
“谢?您怎么....这是......”陈向东指着那台浸泡在液体中的实验装置,一时语塞。
谢建军走到实验台前,目光落在那清澈的液体上,缓缓说道:
“这是去离子超纯水。折射率,大约1.44。”
“传统的193nm ArF干式光刻,光线通过空气(折射率=1)照射到晶圆。而如果在物镜和晶圆之间,填充一层高折射率的液体……………”
“光的波长,在介质中会缩短。等效波长,可以从193nm,缩短到134nm左右。”
“分辨率,相应提升大约40%。
等效波长134nm!分辨率提升40%!
陈向东的呼吸,瞬间变得急促起来。他虽然不专攻光刻,但长期从事芯片设计,太清楚这意味着什么了!
这意味着,不需要开发更复杂、更昂贵,更遥遥无期的极紫外(EUV)光源,只需要在现有的193nm ArF干式光刻机基础上,加入一层水,就能实现相当于下一代,甚至下两代光刻机的分辨率!
“这………………这真的可行吗?”陈向东的声音因为激动而微微颤抖:“水的均匀性、气泡、热效应,对光路的扰动......这些问题......”
“所以,我们在这里,已经秘密研究了四年。”谢建军的声音平静,却带着一种洞穿时间的笃定。
“从1992年开始,我们就组建了最早的浸润式光刻预研团队。光学模拟、流体力学仿真、温控系统、抗气泡涂层材料,以及最重要的,核心专利布局。”
“到今天为止,我们已经提交了超过两百项国内外发明专利,涵盖了浸润式光刻的核心原理、关键结构、工艺方法和应用场景。”
“换句话说,”谢建军看向陈向东,眼中闪过一丝属于重生者的、洞悉未来的光芒:“当几年后,有人终于想到这个主意的时候,他会发现………………
“所有的路,都已经被我们,提前堵死了。”
陈向东只觉得一般电流,从脊椎窜上头顶,浑身汗毛都竖了起来!他终于明白,为什么谢建军在面对ASML、尼康等巨头的技术封锁时,始终保持着一种近乎可怕的从容!
原来,他手里早就握着这张,足以改变游戏规则的王牌了!
“那......我们为什么不早点拿出来?”陈向东忍不住问道。
“时机。”谢建军走到窗边,望着窗外上海夏日的天空:“现在拿出来,我们守不住。专利是纸,技术和产业才是铁。
我们没有成熟的光学系统,没有高精度的工件台,没有配套的光刻胶......贸然公开,只会引来疯狂的围剿和抄袭,我们反而会成为别人的垫脚石。
“我们需要等。等天梭在国内站稳脚跟,等LPE材料成熟,等磐石算法完善,等我们自己的精密光学和精密制造能力,一步步跟上来。”
“等到那个时候,我们再把这把刀,亮出来。”
“一刀,”
“封喉。”
陈向东沉默了。他望着那台浸泡在水中的实验装置,仿佛看到了一个横跨十数年,布局深远、环环相扣的宏大棋局。
从轩辕到龙睛,从龙睛到天梭,从破喉到磐石,从LPE到浸润式光刻......每一步,看似独立,实则都是这盘大棋上,不可或缺的棋子。
“谢董,”陈向东深吸一口气,目光变得无比坚定的说道:“我明白了。计算光刻那边,我会加快进度。我们要为这把刀,配上最锋利的刃。”
“好。”谢建军转过身,拍了拍陈向东的肩膀,目光深邃而悠远:“向东,记住。我们这一代人,注定是栽树的。也许看不到枝繁叶茂的那一天,但只要根扎得够深,布局够远………………”
“后人,就一定能在树下,乘凉。”
窗外,夏日的蝉鸣,声声入耳。
而在魔都这座隐秘的实验室里,一粒足以改变全球光刻产业格局的种子,已经在先知之眼的凝视下,提前十年,悄然埋下。
1996年7月,魔都,浦东,一处不起眼的机械加工厂。
厂房外表斑驳,招牌褪色,与周边日渐兴起的开发区景象格格不入。门口连个像样的保安都没有,只有一位打着瞌睡的老师傅。
但穿过堆满废旧模具的院子,经过一道需要虹膜识别的厚重钢门,内部却是另一番天地。
恒温恒湿的精密加工车间,数十台从德国、瑞士、日本辗转购入的高精度数控机床,以及一群平均年龄超过五十岁、眼神锐利如鹰的老师傅。
这里,是星火体系下最隐秘的一环,精密光学与超精密加工基地,代号渊。
接待谢建军和陈向东的,是一位身材干瘦、穿着沾满油污工作服、头发乱糟糟、指甲缝里带着机油黑线的中年人。
他叫秦师傅,真名秦卫国,是基地的技术总负责人。没人知道他过去的履历,只知道他的手艺,是从当年搞两弹一星,光学跟踪测量系统的老厂子里带出来的。
“谢总,您上次说的那个浸没式用的投影物镜......我们琢磨了一下。”
秦师傅拿出一张画满复杂草图、沾着机油痕迹的牛皮纸,铺在工作台上,语气平淡得像在讨论修自行车:“难,但不是搞不定。”
他指着草图上几个关键部位:“您要求的那几个参数,特别是末端透镜组的曲率和表面粗糙度,还有那个......防水防渗的特殊镀膜......我们跟光学材料所那边聊了,他们能做,但良率很低,成本很高。”
“另外,那个高速、高加速度、纳米级定位精度的工件台......”秦师傅挠了挠乱糟糟的头发说道:“伺服电机和驱动控制,我们自己攒了一套,性能指标能达到您要求的百分之八十。
剩下的百分之二十,需要一种......特种陶瓷导轨,和磁悬浮减震系统。这东西,国内没人做过。”
陈向东听得暗暗心惊。秦师傅口中轻描淡写的难,放在国际光刻机巨头那里,都是需要投入数亿美金,耗费数年才能攻克的关键技术。
而在这间貌不惊人的厂房里,一群平均年龄超过五十岁的老工人和老工程师,竟然已经凭着有限的资料,和谢建军提供的方向性指点,硬生生啃下了大部分骨头。
“导轨和减震系统的问题,我来想办法。”谢建军沉吟片刻后说道:“我认识几个当年从苏联精密机械与光学研究所出来的老专家,他们手里应该有类似的成熟设计方案。我去把他们请来。”
“秦师傅,你们这边,继续按这个方向优化。进度上,我不给你们硬性期限,但质量上,必须做到世界一流。
我们不做则已,要做,就要做到让别人无路可走。”
“明白。”秦师傅点了点头,没有多余的话,收起草图,转身又回到了那台正在调试的、闪烁着金属冷光的精密机床上。
走出渊基地,陈向东的心情久久不能平静。他第一次如此真切地感受到,谢建军口中的布局,是何等的深远和周密。
从最上游的LPE材料,到核心的磐石算法,再到计算光刻的软件攻关,以及此刻亲眼所见的,超精密加工硬件的默默蓄力......
一条从材料、设计、软件到制造的、完整的自主光刻机产业链,正在所有人视线之外,如同潜龙一般,在深水中悄然成形。
“谢,您到底....还藏了多少底牌?”陈向东忍不住问道。
谢建军没有正面回答,只是望着浦东那片正在大兴土木,充满生机的土地,缓缓说道。
“向东,你知道,为什么历史上,那么多看似强大的帝国和公司,最终会轰然倒塌吗?”
陈向东想了想:“因为......傲慢?因为跟不上时代?”
“都对,但不全对。”谢建军摇了摇头说道:“最根本的原因,是它们把自己的命门,放在了别人手里。
粮食依赖进口,能源依赖海运,核心技术依赖别人授权......平时歌舞升平,一旦风浪来袭,最先被卡住喉咙的,就是那些看似最强大的巨人。”
“我们这一代人,吃的亏,还不够多吗?”
“所以,”他看向陈向东,目光深邃如渊:“我宁愿把摊子铺得大一些,把根扎得深一些,把布局做得久一些。
哪怕十年、二十年见不到回报,哪怕被人嘲笑是好高骛远,重复投资……………”
“只要有一天,当风暴真正来临的时候,我们能挺直腰杆,说一句,我们,不求人。”
陈向东默默咀嚼着这句话,只觉得胸中有一股热流涌动。
他仿佛看到了,在那间不起眼的厂房深处,在那群默默无闻的老工人布满老茧的手中,在那一行行不为人知的代码和图纸里,一种名为自主的力量,正在如同地火一般,无声地奔涌、积蓄。