江州,啟明防務技術研究院,地下二層。
光子工廠的基建工程正在瘋狂推進。
為了隔離輻射,光源被安放在厚達兩米的混凝土掩體中。而光刻機車間,在距離掩體50米之外的地方。
這意味著,這束寶貴的193nm鐳射,必須穿過一條長達50米的真空管道,經過至少8次反射,才能到達光刻機的曝光台。
第一次聯調測試。
“光源功率:100W,發射!”丁院士下達指令。
掩體內的S**B光源發出幽幽藍光。
但在50米外的光刻機入口處,功率計的讀數卻讓所有人倒吸一口涼氣。
接收功率:0.5W。
損耗率:99.5%。
“光呢?”王海冰咆哮道,“99.5瓦的能量去哪了?被鬼吃了嗎?”
“被鏡子吃了。”張教授長春光機所拿著一片剛剛拆下來的反射鏡,臉色慘白。
鏡片中心,原本光潔的膜層已經發黑、起泡,彷彿被煙頭燙過一樣。
“林董,我們遇到了反射率災難。”
“193nm光子能量太高。普通的鋁膜反射率隻有90%。經過8次反射,0.9的8次方,隻剩下43%。”
“這還是理論值。實際上,鏡片吸收了能量後發熱,膜層結構破壞,反射率會進一步雪崩。”
“剩下的99.5瓦能量,全部變成了熱,燒毀了我們的光學係統。”
林遠看著那片廢鏡。
“我們需要更高的反射率。”
“多少?”
“99.9%。”張教授伸出三根手指,“少一個9,光就送不到。”
要做到99.9%的反射率,金屬膜鋁、銀是不可能的,必須用全介質多層膜。
利用光的乾涉原理,鍍上幾十層高折射率和低折射率交替的材料,讓反射光疊加增強。
“材料選什麼?”林遠問。
“對於193nm,隻能選氟化物。”張教授在白板上寫下化學式,“氟化鑭LaF3做高折射率,氟化鎂MgF2做低折射率。”
“但是,氟化物有個致命弱點應力大,易裂。”
“我們要鍍60層膜,總厚度3微米。這層膜的內應力,足以把基底玻璃拉彎,甚至直接崩裂。”
實驗室裡,IBS鍍膜機再次啟動。
“第一爐,60層LaF3/MgF2。”
出爐。
“哢嚓。”
鏡片還沒拿穩,膜層就像乾裂的土地一樣,碎成了一片片魚鱗。
“張力太大了。”張教授搖頭,“膜層想收縮,基底不讓崩了。”
“那就反向補償。”林遠提出了方案。
“在鏡片的背麵,也鍍一層膜!”
“這層膜不需要光學效能,隻需要它的應力與正麵膜層相反且相等。”
“正麵拉,背麵也拉。兩股力抵消,鏡片就平了。”
這需要極高的應力控製精度。膜厚誤差不能超過1納米。
經過二十次試鍍,報廢了價值上千萬的鏡胚後。
終於,一片雙麵鍍膜的反射鏡,完整地走下了生產線。
反射率測試:99.92%。
“過關了!”
解決了“吃光”的問題,接下來是“跑偏”的問題。
50米的距離。
這就像是在百米開外,用鐳射筆射中一隻蒼蠅的眼睛。
光束指向穩定性PointingStability要求:<1微弧度μrad。
也就是說,光源端抖動1微米,到了50米外,光斑就會偏離好幾毫米,直接打在牆上。
“林董,我們穩不住。”
負責機械結構的工程師指著地基震動監測儀。
“雖然我們做了隔振地基,但周圍環境的震動太大了。”
“江鋼的重卡路過、隔壁車間的衝壓機、甚至50公裡外的高鐵經過,都會通過地殼傳導過來微震。”
“這些震動頻率在1Hz到100Hz之間。對於光路來說,這就是大地震。”
光斑在靶麵上瘋狂跳動,根本無法鎖定。
“被動隔振彈簧、氣墊沒用。”汪韜看著資料,“低頻震動隔不掉。”
“必須上主動穩像。”
林遠下令。
“1.感測器:在光路每一個轉折點,安裝PSD位置敏感探測器。實時捕捉光斑的偏移量。”
“2.執行器:把反射鏡座,換成壓電陶瓷快速反射鏡FastSteeringMirror,F**。”
“3.演演算法:汪總,上盤古控製模型。搞一個高頻寬閉環反饋係統。”
“當PSD檢測到光斑偏了0.1微米,F**要在0.1毫秒內,偏轉0.001度,把光踢回去!”
係統搭建完畢。
F**反射鏡發出高頻的“滋滋”聲,它在以每秒1000次的頻率微調角度,對抗著來自大地的震動。
“啟動閉環控製。”
螢幕上,原本亂跳的光斑,突然像被釘子釘住了一樣,死死地停在靶心中央。
抖動量:0.5微弧度。
“穩住了!”
但是,還沒等大家高興太久。
“警報!F**驅動器過熱!”
“壓電陶瓷發熱嚴重!線性度下降!”
高頻震動帶來了巨大的熱量,導致壓電陶瓷的遲滯效應變大,控製精度開始漂移。
“加散熱!”林遠當機立斷。
“給每個鏡座,加裝半導體製冷片TEC,恆溫控製在25±0.01度!”
這是一場與“熵”的戰鬥。為了維持那一束光的穩定,背後是無數套複雜的溫控、電控係統在瘋狂運轉。
光強夠了,光路穩了。
但在連續執行了24小時後,一個新的問題出現了。
“光功率在衰減。”
王海冰看著監控曲線。
“每小時衰減1%。照這個速度,三天後就沒光了。”
“去檢查鏡片。”
工程師開啟真空管道,取出了反射鏡。
所有人倒吸一口涼氣。
原本晶瑩剔透的鏡片表麵,覆蓋了一層薄薄的、黑色的物質。
“是碳。”張教授用光譜儀測了一下。
“哪裏來的碳?”林遠問,“我們的管道是超高真空UHV,10的負9次方帕。怎麼會有碳?”
“光化學汙染。”
漢斯嘆了口氣。
“真空係統裡,不可避免地會有微量的有機揮發物VOCs。比如密封圈釋放的烷烴、泵油的蒸汽。”
“在193nm高能光子的轟擊下,這些有機分子會發生裂解,碳原子沉積在鏡片表麵,形成石墨層。”
“石墨對紫外光是強吸收的。這層膜越厚,吸收越強,鏡片越熱,最後炸裂。”
這是深紫外光學係統的癌症。A**L當年為瞭解決這個問題,花了整整五年。
“換金屬密封圈?換無油泵?”王海冰問。
“沒用。哪怕是一個分子的有機物,時間長了也會累積。”
“不能防,隻能洗。”
林遠提出了方案。
“我們不能每次都把鏡子拆下來洗。那樣光路又要重新調。”
“我們要搞原位清洗。”
“在每個反射鏡倉裡,安裝一個射頻等離子體發生器。”
“當我們不曝光的時候,向倉內通入微量的氧氣。”
“激發氧等離子體。”
“活性氧原子O會與鏡片上的碳發生反應,生成二氧化碳氣體,被真空泵抽走。”
“這叫光刻機的透析。”
風險就是氧等離子體如果不控製好,會連同鏡片上的鍍膜一起腐蝕掉。
“汪總,這又需要你的演演算法了。”
“根據碳沉積的速率,精確控製清洗時間和功率。多一秒傷膜,少一秒洗不凈。”
一個月後。
所有子係統就位。
高反射率氟化物膜、主動穩像F**係統、原位等離子清洗係統。
“全係統聯調。”
林遠站在光刻機車間。
50米外,地下掩體裏,S**B光源全功率輸出。
“光閘開啟!”
一道看不見的深紫外光束,穿過了漫長的真空管道,在8麵反射鏡上跳躍、折射。
它躲過了地麵的震動,穿透了黑色的碳膜,最終……
轟擊在光刻機的照明係統入口處。
功率計讀數跳動:
接收功率:65W。
傳輸效率:65%!
雖然損失了35%,但這對於193nm波段來說,已經是工程學的奇蹟。這65W的功率,依然是傳統光源的1.5倍!
“光到了!”
王海冰激動得熱淚盈眶。
他們用一堆並不完美的零件,通過極致的係統工程和演演算法補償,搭建起了一條通往納米世界的光之高速公路。
慶功宴上,大家都很沉默。
隻有他們自己知道,這束光背後,是多少個不眠之夜,是多少次在物理極限邊緣的試探。
“林董,”漢斯喝了一口啤酒,“這套傳輸係統,造價太高了。”
“光是那些F**鏡子和控製係統,成本就超過了光源本身。”
“如果要在全國推廣,這筆錢……”
“錢不是問題。”林遠看著手中的酒杯。
“問題是,我們把裝置做成了精密儀器,這很難維護。”
“我們需要把這套係統傻瓜化。”
“下一步,我們要搞整合光路。”
“把這些分立的鏡子、感測器、控製器,全部整合到一個真空光模組裡。”
“像搭積木一樣,一節一節拚起來。”
“這就需要標準的製定。”
林遠放下了酒杯。
“通知李俊峰。”
“啟明聯盟,成立先進光源與光學傳輸委員會。”
“我們要製定中國光路標準。”
“所有想給工業之心供貨的光學廠商,必須按這個標準來。”
就在這時,顧盼匆匆走了進來,神色古怪。
“老闆,有個意外的訊息。”
“怎麼了?”
“尼康的人來了。”
“日本人?”林遠眉頭一皺,“東和財團派來的?”
“不。”顧盼搖頭。
“是尼康總部的造反派。”
“他們說,他們被A**L壓製了太久,快要破產了。”
“他們聽說我們在搞計算光刻和新型光源,想帶槍投靠。他們手裏,有我們最缺的一樣東西大數值孔徑High-NA物鏡設計圖。”
林遠笑了。
敵人的聯盟,開始瓦解了。
在生存麵前,沒有永遠的敵人。
“讓他們進來。”
“我想聽聽,這些曾經的光刻機霸主,能開出什麼價碼。”
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