帝国重器

    
    “光刻机的定位分辨率一般来说，比制程分辨率会高一到两代。”
    “我们新科目前采用的芯片制程是0.35微米技术，定位分辨率则能够达到0.25微米水平。”
    “按照正常的研发序列，我们接下来五年时间里会陆续开发出0.18和0.13微米级别的定位分辨率技术。”
    “受限于我们目前的技术水平，到2004年我们最多可以把定位分辨率推进到90纳米。”
    送走了林千军，王中军在实验室的闭门小会里露出了一脸愁容。
    大家打完了鸡血，热情却不能直接变成科研成果，而科学技术又从来不以人的意志为转移。
    所以在说到具体问题的时候，该掉头发还是要掉头发的。
    “情况就是这么个情况，我们现在能够做到0.25微米已经是为了追赶国际先进水平，付出极大压力之后的成果了。”
    “可是如果要满足有关单位的需求，我们的纳米光栅必须达到100纳米的分辨率。这已经不是亚微米技术，而是微纳米的范畴了。也就是说，我们需要跨越至少五年时间的技术发展，将定位分辨率提前推到100纳米。”
    王中军说到这里不由皱起眉头，手摸着烟盒却没有打开：“都说说吧，有什么思路没有？”
    下面实验室里的研究员们面面相觑，跟着一起犯起了难。
    “继续采用化学蚀刻法怎么样？如同通过多次曝光的技术……”
    “不行的，化学蚀刻法的各向异性太差了。即使是重复曝光蚀刻，也会导致两侧侵蚀，精度必然达不到100纳米的要求。”
    纳米光栅的制作技术，其实和制作芯片差不多，一样是通过在硅片上涂抹光刻胶，然后反复曝光、蚀刻，最后形成符合精度要求的光栅。不过目前业界通常采用的化学蚀刻方法，却在微纳米级条件下并不适用了。
    化学蚀刻法用通俗的话来说，就是在晶圆上涂布光刻胶，然后通过曝光去除光刻胶，再用腐蚀性材料对暴露出来的硅片进行腐蚀，最后形成集成电路需要的结构。
    但这也有一个问题，湿法化学蚀刻用的蚀刻液在蚀刻中，各向异性的不佳会导致在光刻胶覆盖下的晶圆同样也有一部分被侵蚀了。反过来说，就是湿法化学蚀刻的各向同性性能很好，不仅能向下侵蚀，同样也能向左右侵蚀。
    这样一来，对精度要求高的情况下，这种技术显然就天然不适用了。
    第一个提议被毙了，这无疑让其他人谨慎了许多。原本还想开口的人，脸上也皱起了眉头。
    “100纳米的测量能力，美国人有没有？他们是怎么实现的？”
    “怎么没有？没有这个能力，哈勃望远镜怎么上天？劳伦斯实验室的光学加工设备有10纳米的精度、1纳米的定位分辨率，早就走到我们的终点线了。”
    “1纳米的精度啊，他们是怎么实现的！”下面小声讨论的人，听到自己竞争对手的成绩，甚至都要忍不住要赞叹出来。
    劳伦斯利弗莫尔实验室的光学车床，可以说是全世界加工精度最高的设备了。早在八十年代，在开发哈勃望远镜的过程中，美国空军就掌握了100纳米精度、80厘米直径的超精密大型球面的加工能力，为后来的一系列锁眼卫星扫平了最大的障碍。
    “怎么实现的？砸钱呗，为了减弱地震波对设备的影响，在整个实验室的地基上配了减震，这种事情咱们连想都不敢想吧？”
    “怎么不敢想？”
    谁也没想到，一直在前面默不作声的王中军，竟然突然说了一句话。
    “不就是钱吗？如果给房子装减震就能提升加工精度，那我们干嘛不这么做？”
    “给房子装减震……很费钱的吗？”
    王中军这话一说出来，下面人竟然稍微安静了片刻，然后纷纷深吸了一口气。
    是啊……新科差钱吗？
    下面这些研究员的思维，主要还是没放开。一方面是之前的工作都是按部就班，主要方向就是挖掘现有技术的极限。从湿法蚀刻向干法蚀刻转变，或者再远点就考虑等离子刻蚀，这已经是业界最新动态了。
    另一个人难免受社会环境影响，这种付出极大成本去减少很微弱误差的投入产出比，总感觉未免有些败家了。
    虽然王中军的实验室每年的科研经费都不缺，可花钱毕竟也是需要想象力的。51
    “当然，给房子装减震暂时还不到这一步。”
    王中军若有所思，沉吟着说道：“不过，这确实是一条路子。”
    正常的科研计划，当然是要考虑经济效益的，需要循序渐进来逐渐将一项技术发展成熟，然后再进行下一代技术的研发。
    谁都知道碳化硅、氮化镓这些材料比硅晶圆的性能更好，但半导体产业还不是在吃单晶硅这条路线，还不知道要吃到哪一年去呢。
    不把单晶硅的潜力挖光、不在经济上无利可图，产业界怎么有动力去更新换代？
    但问题是，如今摆在王中军面前的并不是一个正常的研发项目。
    微纳米级的纳米光栅，不仅时间紧、任务重，而且还关系到国家战略。就是在这个时候，我们才有一个优势，可以不去讲所谓的经济规律，去拼尽全力的做一件事。
    在这一代中国人心中，时代的使命感仍然充满了崇高的精神。
    成本，并不应该在王中军这个项目的考虑之中。
    “我们必须推翻目前的技术路径，蚀刻法的加工精度是无法满足需求的。我们必须要有更高的加工能力，必须跳出目前的半导体加工思路……”
    “更高加工能力……原子力显微镜怎么样？”
    王中军的自言自语，让所有人都有些目瞪口呆。
    “主任，你想怎么用原子力显微镜？那个咱们所一共也没几台，所长宝贝着呢！”
    原子力显微镜在九十年代的中国确实是个稀罕玩意，不仅贵而且还不好买。实验室里要是有一台，就好像学校里开的机房一样，恨不得拿白布好好罩起来，谁也别用。
    而且国内对原子力显微镜的应用还处于摸索阶段，属于那种拿它随便扫描一片树叶，都能到期刊上发一篇论文。
    这么宝贝的设备，就怕王中军狮子大开口，占用了其他实验室的份额。
    “原子力显微镜有三种操作方式，分别是非接触式、接触式和轻敲模式。”王中军的眼神忽然明亮起来，笑容中多了一些自信：“如果我们将轻敲模式的进程设定为负数，其实它的探针完全可以在材料上进行极为精细的加工啊！”
    “可是……”
    下面有人情不自禁的摇头：“这样一来，那探针也废了吧？”
    原子力显微镜的原理并不复杂，就是用一根针头去“摸”出一幅图像来。针头可以和操作对象接触、不接触或者接触之后迅速离开——也就是轻敲模式。
    当针头与被扫描物体接触，就会有多种力在这个过程中产生影响。通过对这些数据的计算，就能得到扫描的图像了。
    可想而知，这样的探针必然是非常脆弱。像半导体所这样主要观测硬质材料，大多数时候使用的都是非接触模式，即使如此还经常会因为碰到材料突起导致探针损坏。只有观测生物材料等软质材料的时候，才会使用接触扫描。
    正常使用中如果有谁敢把探针进程设置为负数，那他这辈子都别想进实验室的大门了。
    “不对，IBM前几年就用原子力显微镜操作过单个原子，所以这个路线应该是可行的。”
    “IBM只是刻了三个字母，我们要刻几百条光栅线，探针不知道要用掉多少，这成本差别也太大了！”下面的研究员听的都快要疯了，这种实验设想如果被所长知道，光栅实验室非得做一辈子冷板凳吧！
    “探针？一个探针大概是两百美元，如果我们用进口探针，那确实太贵了。”
    “但这个设想的难点不在成本，而是花钱也没有现成的探针可以用。为了在单晶硅上刻画光栅，我们需要硅探针，这样在刻痕的过程中才不至于污染材料。同样我们也需要分辨率更高、更容易被去除杂质的针头，硅材料很难做到我们需要的分辨率精度，此外还需要新的刻蚀方法……”
    想到这里，王中军不仅没有着急，反而是松了一口气。
    做科研不怕累、不怕浪费脑细胞，只怕找不到前进的方向。
    当找到这个思路之后，他的脑海里迅速将这条路径需要解决的问题大致的列了一遍。问题不少、而且不小，但是，肯定有实现的可能！
    就像刘慈欣在《朝闻道》里说的那样，相比于人类意识到宇宙存在所用的时间，人类从牛顿到诞生出爱因斯坦不过是一瞬间而已。
    “如果说那个原始人对宇宙的几分钟凝视是看到了一颗宝石，其后你们所谓的整个人类文明，不过是弯腰去拾它罢了。”