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第385章 那一杯水的灵感

    2014年4月20日,新竹科学园区,台积电总部。

    张教授坐在那间宽大的办公室里,手里握着他标志性的烟斗,但并没有点燃。

    桌上放着两份文件。

    左边,是来自美国应用材料和阿斯麦的“合规告知函”。措辞虽然委婉,但意思很赤裸:如果不停止接方向阳集团的先进制程订单,台积电未来的设备采购可能会遇到“不可预见的技术审查”。

    右边,是向阳集团发来的“天元4号”(20nm工艺)追加订单,数量惊人:1500万颗。

    “董事长,美国那边的压力很大。”

    运营副总站在办公桌前,神色焦虑,“科恩那边虽然没有明说,但暗示已经给够了。如果我们继续给林向阳流片,可能会引火烧身。是不是……把这单退了?理由可以用产能不足。”

    张忠谋沉默了许久,拿起那份订单,手指轻轻摩挲着纸面。

    他是一个纯粹的商人,但他也是一个极其讲究契约精神的工程师。

    “产能不足?”张忠谋哼了一声,那是对这种蹩脚谎言的不屑,“台积电什么时候需要靠撒谎来做生意了?”

    他站起身,走到窗前,看着外面繁忙的厂区。

    “林向阳这个年轻人,我有印象。他能在那个贫瘠的土地上搞出光刻胶,搞出90纳米,是个值得尊敬的对手。或者说,未来的对手。”

    “如果我们现在断供,那就是在帮美国人搞政治绞杀,这不是生意的做法。”

    张忠谋转过身,眼神变得锐利如刀。

    “传我的命令。”

    “启动‘Super hot Run’(超级急件)流程。把其他不急的单子往后挪,腾出Fab 12和Fab 14的产能。”

    “告诉林向阳,我给他三个月时间。这1500万颗芯片,我一颗不少地给他造出来。三个月后,让他自己保重。”

    副总愣住了:“董事长,这可是把产能拉爆了啊!而且美国那边……”

    “我只承诺了‘不再接受新订单’,没说‘不履行旧合同’。”张忠谋把烟斗叼在嘴里,虽然没火,但他似乎尝到了某种决断的味道。

    “做生意,要留一线。也许十年后,我们还得跟这个年轻人打交道呢。”

    ……

    三天后。北京,向阳大厦。

    “林总!台积电回函了!”

    赵子明冲进办公室,兴奋得差点摔一跤,“张教授够意思!他没砍单,反而给我们开了绿灯!只要我们在三个月内付清全款,1500万颗‘天元4号’,在7月份之前全部交货!”

    林向阳看着那份加急的回函,心中涌起一股暖意,也有一丝悲凉。

    1500万颗。加上之前的库存,够向阳手机的高端线卖整整一年。

    这也就是张教授能做的极限了。这是一张昂贵的“缓刑通知书”。

    “一年。”

    林向阳竖起一根手指,看着面前的核心团队,“不管是科恩的封锁,还是台积电的情分,都只给了我们一年的时间。2015年的夏天,如果我们的国产光刻机还停留在90nm,那我们的高端手机就得退市。”

    “90nm做矿机、做电源、做低端芯片够了。但要做跑得动安卓系统的旗舰cpU,至少要到45nm,甚至28nm。”

    林向阳转头看向王博:“老王,调整部署。”

    “‘盘古2号’现在的状态最好,良率已经稳定在90nm。把它彻底转为生产机。全力生产‘隐形者’(门罗币芯片)和后续的逻辑芯片,给集团造血。”

    “那‘盘古1号’呢?”王博问。那是第一台拉回来的老机器,也就是最早那台180nm的底子,虽然经过多次魔改,但已经显出疲态。

    “把它停下来,拉回‘深渊’的核心实验区。”

    林向阳的眼中闪过一丝疯狂的光芒。

    “这台老伙计,要再做一次大手术。这一次,我们要把它变成……一艘‘潜水艇’。”

    ……

    北京西郊,“深渊”实验室休息区。

    空气中弥漫着高浓度臭氧和焦灼的味道。

    朱克勤教授正对着黑板上的一堆光学公式发呆,脚下是一地的烟头。化工疯子-陈志平也在,手里拿着一瓶光刻胶的成分表,眉头紧锁得能夹死苍蝇。

    黑板上写着光刻机的终极判决——瑞利判据(Rayleigh criterion):

    $$R = k_1 \frac{\lambda}{NA}$$

    其中,$R$是分辨率(越小越好),$\lambda$是光源波长,$NA$是数值孔径。

    “死胡同。这就是个死胡同。”

    朱教授把粉笔头狠狠地扔在地上,声音沙哑,“林总,物理定律锁死了我们。我们用的光源是193nm的ArF(氟化氩)准分子激光。在空气中,$NA$(数值孔径)的理论极限是1,实际上做到0.93就是顶峰了。”

    “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,芯片就全是麻子!”

    “还有光刻胶!现在的光刻胶是亲水的,一碰到水就化了。难道我们要给每一片晶圆穿雨衣吗?”

    陈志平摊开手,指着那台精密的“盘古1号”:“这等于要把一台显微镜扔进洗衣机里,还要让它拍出高清照片。这根本做不到!”

    “做不到也要做。”

    林向阳把那支铅笔从水杯里拿出来,在桌子上重重一顿。

    “因为我们没得选。”

    “陈老,光刻胶怕水,那你就去研发一种疏水的顶涂层,像荷叶一样把水隔开。你是全中国最好的化工专家,我相信你搞得定。”

    “王博,气泡的问题交给你。我要你利用向阳云的算力,模拟流体力学模型。设计一个特殊的喷头,能在镜头下形成一个稳定的‘水桥’,让水流快到气泡来不及产生就被带走。”

    “朱老,您负责改光路。把镜头的焦距重新标定,适应水的折射率。”

    林向阳走到那台已经有些沧桑的“盘古1号”面前,抚摸着它冰冷的金属外壳。

    “这台机器,是我们最早从垃圾堆里捡回来的。它已经老了,本来该退役了。”

    “但现在,我们要给它做个大手术。失败了,它就是一堆废铁;成功了,它就是我们冲破科恩封锁线的核潜艇。”

    林向阳转过身,目光扫过在场的每一个人。

    “美国人封锁了萤石,封锁了光源,封锁了路。”

    “但他们封锁不了水。”

    “我们要用这一杯水,淹死他们的技术霸权。”

    朱克勤教授盯着林向阳那张年轻而坚毅的脸,又看了看黑板上那个打破常规的公式。他突然笑了起来,那是科学家在绝境中看到真理之光时的狂喜。

    “好一个‘把路淹了游过去’!”

    老教授狠狠地拍了一下桌子,“老陈,老王,别愣着了!咱们这帮老骨头,这回要下海了!我就不信,咱们中国人连水都玩不转!”

    ……

    与此同时。美国,华盛顿。

    科恩正在听取ASmL技术代表的汇报。

    “你是说,尼康和佳能还在死磕157nm干式路线?”科恩问。

    “是的,先生。”技术代表恭敬地回答,“157nm的萤石镜头加工难度极大,目前良率很低。ASmL也在观望。不过,我们监控到,向阳集团最近似乎停止了寻找萤石,转而在市场上大量采购……工业级超纯水设备?”

    “超纯水?”科恩愣了一下,随即嗤笑一声,放下了手中的酒杯,“怎么?林向阳是发现芯片造不出来,打算改行卖瓶装水了吗?”

    “可能是在清洗旧设备吧。”技术代表耸耸肩,语气轻蔑,“毕竟他们的光刻机是从垃圾堆里捡回来的,工艺落后,良率低,多洗洗也是正常的。那种90nm的老古董,除了能当洗衣机用,还能干什么?”

    科恩放心了。

    “盯着台积电。”科恩下令,“张忠谋虽然答应了我们的要求,但他还是给了林向阳一年的备货期。我不喜欢这个老狐狸的两面三刀。”

    “不过,一年之后,当这批库存用完,我要看到向阳集团因为没有芯片而窒息。”

    “他想用90nm做手机?那是做梦。那是十年前的技术。”

    科恩重新端起酒杯,看着窗外的波托马克河。

    他嘲笑着林向阳的“卖水”行为,却不知道,大洋彼岸那个年轻的天才,正是从一杯最普通的水里,看到了颠覆整个半导体物理大厦的裂缝。

    当科恩还在为封锁了天空而沾沾自喜时,林向阳已经带着他的团队,潜入了深海。