Chương 57: Giọt Nước Xuyên Thấu
Thuộc tiểu thuyết Toàn Cầu Công Nghệ: Thao Túng Kỷ Nguyên
Tác giả: Hà Tinh Vân · Thể loại: Đô Thị · Đăng ngày · 1908 từ · khoảng 10 phút đọc
Chín giờ sáng ngày thứ hai trăm bảy mươi.
Không gian trong phòng sạch Class 1 của Viện AIMR tĩnh lặng.
Đây là cấp độ phòng sạch cao nhất, nơi không khí chỉ được phép chứa duy nhất một hạt bụi kích thước nửa micromét trong một foot khối. Ánh sáng vàng cam từ dàn đèn an toàn rọi xuống khối trụ buồng chiếu quang học bằng titan sừng sững giữa phòng.
Khối buồng chiếu cao gần ba mét. Vỏ ngoài bọc lớp hợp kim Invar màu xám mờ.
Bên trong lồng kim loại này là cụm hai mươi tư thấu kính quang học làm từ đơn tinh thể florua canxi CaF2. Trọng lượng toàn bộ khối thấu kính lên tới bốn trăm kilôgam. Mỗi thấu kính được chú Bảy tiện vòng đỡ vi cơ riêng biệt với hệ thống sưởi nhiệt điện trở bù quang sai nhiệt.
Nam mặc bộ đồ bảo hộ trùm kín từ đầu đến chân. Anh cúi người kiểm tra khe hở hẹp ở đáy thấu kính cuối cùng.
Lê Vân đứng cạnh tủ lọc hóa chất. Trên tay cô là bình thủy tinh thạch anh chứa dung dịch nước khử ion UPW:
"Hệ thống lọc nước khử ion mười tám mêga-ôm đã vận hành ổn định anh Nam. Nước được xử lý qua màng thẩm thấu ngược hai cấp, sục khí ozone khử trùng và chiếu xạ tia cực tím chân không để phân hủy chất hữu cơ. Tổng lượng cacbon hữu cơ TOC đo được dưới 0.5 phần tỷ."
Nam ngẩng đầu lên, gật đầu hài lòng:
"Nước khử ion UPW là linh hồn của kỹ thuật quang khắc nhúng nước ArFi. Chỉ cần lẫn một bọt khí hay một hạt bụi kích thước vài chục nanomet, chùm laser 193 nanômét sẽ bị khúc xạ lệch hướng ngay."
Chú Bảy đứng bên cạnh, tay cầm chiếc kính lúp soi vào vành vòi phun bằng titan:
"Tao vẫn chưa hiểu tại sao lại phải nhúng nước vào giữa kính với tấm wafer hả Nam? Đang phơi sáng khô ráo sao không để nguyên mà lại làm cho ướt sũng thế này?"
Nam mỉm cười giải thích cặn kẽ cho người thợ cả:
"Đây là rào cản vật lý Rayleigh chú ạ. Độ phân giải của máy quang khắc tỷ lệ thuận với bước sóng ánh sáng và tỷ lệ nghịch với khẩu độ số NA. Với không khí có chiết suất bằng một, khẩu độ số tối đa chỉ đạt 0.93. Nó khiến đường mạch chip bị chặn cứng ở mức sáu mươi lăm nanomet."
Vân tiếp lời Nam, mắt ánh lên vẻ hào hứng:
"Nhưng nước khử ion UPW ở bước sóng 193 nanômét lại có chiết suất n bằng 1.44. Khi chùm tia laser excimer đi từ thấu kính xuyên qua màng nước mỏng trước khi chạm vào wafer, bước sóng hiệu dụng của nó sẽ co lại. Nó giảm từ 193 nanômét xuống chỉ còn 134 nanômét!"
Chú Bảy vỗ trán đánh bốp:
"Hóa ra là mượn nước để bẻ cong ánh sáng! Khẩu độ số nhờ thế mà tăng vọt lên đúng không?"
"Đúng vậy chú," Nam tiếp lời. "Khẩu độ số tương dụng tăng thẳng lên 1.35. Chúng ta có thể in được những đường mạch vi mô bốn mươi lăm nanomet mà không cần phải đổi sang nguồn sáng EUV đắt đỏ hàng trăm triệu đô-la."
Hoàng Tuấn từ buồng điều khiển máy tính bước ra, tay cầm bảng sơ đồ thủy lực:
"Nhưng thách thức lớn nhất nằm ở đầu phun nhúng cục bộ Immersion Showerhead anh Nam. Khoảng cách giữa thấu kính cuối cùng và tấm wafer chỉ vỏn vẹn một milimét. Bàn wafer bên dưới đang chạy với vận tốc năm trăm milimét mỗi giây và gia tốc mười lăm lần trọng trường."
Nam nhìn vào bản vẽ mặt cắt đầu phun:
"Đúng vậy. Ở tốc độ cao như thế, nước rất dễ bị xé rách thành giọt bắn tung tóe. Giọt nước đọng lại trên wafer sẽ bay hơi để lại vết khoáng làm hỏng mạch. Nghiêm trọng hơn là các bọt khí vi mô sinh ra do chuyển động xoáy. Bọt khí năm mươi nanomet sẽ tán xạ ánh sáng, biến con chip thành phế phẩm."
"Chú Bảy gia công vành vòi phun rèm khí nén tới đâu rồi chú?" Nam hỏi.
Chú Bảy tự hào chỉ vào chiếc vòng kim loại titan đặt trên bàn đệm nhung:
"Xong rồi cháu! Tao tiện bằng hợp kim titan xốp thiêu kết vi mô. Vòng trong có ba mươi sáu lỗ phun nước khử ion áp lực nhẹ. Vòng ngoài là rãnh hút chân không áp suất âm kết hợp khe thổi khí nitơ áp suất cao tạo thành một tấm rèm khí nén Air Curtain bao quanh. Nước chỉ được phép nằm gọn trong vòng tròn đường kính bốn mươi milimét ngay dưới tâm thấu kính. Không một giọt nào lọt ra ngoài!"
Nam đón lấy chiếc vành đầu phun titan từ tay chú Bảy:
"Độ nhẵn mặt tiếp xúc thế nào chú?"
"Mài rà phẳng lì bằng bột kim cương hạt mịn," chú Bảy khẳng định. "Tao bao thử kín nước ở vận tốc quét một mét mỗi giây."
"Tiến hành lắp đặt đầu phun nhúng vào bệ thấu kính!" Nam ra lệnh dứt khoát.
Bốn người thợ trẻ Nam Phát cùng kỹ sư cơ điện tử cẩn thận gá lắp đầu phun titan vào đáy khối thấu kính CaF2.
Từng đường ống teflon dẫn nước và ống hút chân không bọc vỏ bện thép không gỉ được siết chặt bằng đầu nối bích kim loại.
Nam đưa một tấm wafer mười hai inch phủ sẵn màng keo cản quang DUV lên mâm trượt từ tính Maglev.
Bàn gá wafer nâng lên, áp sát vào đáy đầu phun nhúng với khoảng hở đúng một milimét.
Nam gạt công tắc bơm tuần hoàn nước khử ion UPW.
Một dòng nước trong vắt, không một gợn sóng hay bọt khí từ từ điền đầy khe hở một milimét. Áp suất âm của hệ thống hút chân không và rèm khí nitơ lập tức khóa chặt khối nước thành một màng mỏng phẳng lặng như gương.
Nam bấm phím khởi động bàn trượt:
"Chạy thử nghiệm quét màng nước ở vận tốc năm trăm milimét mỗi giây!"
Bàn trượt wafer vút đi trên bệ đá granite.
Nó lao qua lao lại với gia tốc lớn. Dưới đáy thấu kính, màng nước bám chặt vào bề mặt wafer đang chuyển động. Nước liên tục được bơm vào và hút thu hồi tuần hoàn với lưu lượng sáu trăm mililit mỗi phút.
Không một giọt nước nào bị văng ra ngoài. Bề mặt wafer sau khi lướt qua thấu kính khô ráo, không để lại bất kỳ vệt ẩm hay hạt nước đọng li ti nào.
Camera hồng ngoại tốc độ cao quét liên tục vùng nước dưới thấu kính.
Màn hình hiển thị hình ảnh phóng đại mười nghìn lần.
Vân chăm chú quan sát từng điểm ảnh, cất tiếng reo vui:
"Màng nước đồng nhất ổn định! Mật độ bọt khí vi mô bằng không! Áp suất màng chất lỏng duy trì ở mức 1.05 bar!"
Nam thở phào nhẹ nhõm. Anh hướng mắt lên đỉnh buồng chiếu:
"Kích hoạt nguồn laser excimer ArF 193 nanômét! Chuẩn bị phơi sáng kiểm tra độ phân giải quang học!"
Hoàng Tuấn bấm nút mở cửa chớp màn trập laser.
Một xung chùm tia cực tím sâu 193 nanômét từ buồng cộng hưởng bệ đá granite lao thẳng qua tấm mặt nạ hoa văn thạch anh.
Chùm tia sáng mang theo hình ảnh sơ đồ vi mạch đi vào cụm hai mươi tư thấu kính CaF2. Kích thước chùm hoa văn được thu nhỏ chính xác bốn lần theo tỷ lệ quang học.
Tia sáng lao qua thấu kính cuối cùng, đâm xuyên qua màng nước chiết suất 1.44 và hội tụ chuẩn xác xuống lớp keo cản quang trên mặt đĩa silicon.
Một âm thanh 'tách' gọn lỏn vang lên khi màn trập đóng lại.
Mâm trượt hạ xuống. Tấm wafer mười hai inch được cánh tay robot gắp sang bể rửa dung dịch hiện hình và đưa thẳng vào buồng kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường FE-SEM.
Chùm electron quét qua các rãnh mạch vừa in trên nền wafer.
Hình ảnh phóng đại một trăm nghìn lần hiện lên trên màn hình máy tính trung tâm.
Những đường hoa văn song song sắc nét, vuông vức, thẳng đều như những thanh ray thép hiện ra rõ mồn một. Không có hiện tượng nhòe biên. Không có vết méo góc do tán xạ ánh sáng.
Lê Vân dùng thước đo điện tử đo bề rộng đường mạch:
Khoảng cách rãnh mạch nhỏ nhất: 42.5 nanomet. Khẩu độ số tương dụng thực đo: NA = 1.348. Độ sâu tiêu cự DOF: 180 nanomet. Độ đồng đều kích thước tới hạn CD: sai số dưới 1.2 nanomet.
Vân quay lại nhìn Nam, giọng run lên vì vui sướng:
"Bốn mươi hai nanomet! Đường mạch in sắc nét, vuông vức! Công nghệ quang khắc nhúng nước ArFi của chúng ta đã thành công trọn vẹn rồi anh Nam ơi!"
Tiếng hò reo bùng nổ khắp phòng sạch Class 1.
Chú Bảy tháo găng tay, đập mạnh vào vai Hoàng Tuấn rồi ôm chầm lấy Nam:
"Mấy chục nanomet bé xíu như sợi tơ nhện mà chúng ta in ra rõ mồn một thế này! Thợ Việt Nam mình làm được máy quang khắc nhúng nước rồi!"
Dưới lồng ngực Nam, quả cầu AI Khởi Nguyên (Origin Core) rung lên từng nhịp dạt dào, tỏa ra vầng sáng ấm áp:
*Xác nhận đột phá quang học đỉnh cao: Hoàn thiện cụm thấu kính thu nhỏ 4:1 và Công nghệ quang khắc nhúng nước ArF Immersion (ArFi).* *Khẩu độ số tương dụng đạt NA 1.35. Độ phân giải chạm mốc 42 nanomet.* *Chính thức san bằng khoảng cách công nghệ với các dòng máy in vi mạch DUV hàng đầu thế giới.* *Trao thưởng: +250 Điểm Ảnh Hưởng Cấp 2.* *Tổng điểm tích lũy: 4.400 / 15.000 Điểm Cấp 2.* *Mở khóa gói phần mềm: Bộ công cụ thiết kế vi mạch EDA nội địa và Thuật toán tối ưu quang học nghịch đảo OPC trên tập lệnh RISC-V.*
Nam nhìn hình ảnh đường mạch bốn mươi hai nanomet hiển thị trên màn hình. Mắt anh ánh lên ngọn lửa kiên định.
Anh quay sang Hoàng Tuấn:
"Phần cứng quang học và cơ khí nhúng nước đã sẵn sàng. Tuấn, nhóm kỹ sư phần mềm của em đã chuẩn bị bộ công cụ EDA và thuật toán bù trừ quang học OPC tới đâu rồi?"
Tuấn giơ chiếc máy tính xách tay chuyên dụng, mỉm cười tự tin:
"Bốn mươi kỹ sư phần mềm của chúng em đã làm việc suốt hai tháng qua. Thuật toán OPC nội địa đã biên dịch xong nhân thuật toán trên tập lệnh RISC-V. Ngày mai chúng em sẽ nạp trực tiếp vào hệ thống điều khiển để kiểm tra phơi sáng toàn diện!"
Nam gật đầu dứt khoát. Anh với lấy chiếc cờ lê lục giác siết lại van áp suất âm của hệ thống thu hồi nước trên đầu phun nhúng, chuẩn bị cho bước tiến công nghệ tiếp theo.