神系统:从高三开始引领科技革命

罗曼黑斯廷斯

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第48章 手摘工业王冠

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叮铃铃~

陈启明的手机响起,他看了眼时间。

“……怎么就到晚饭点了?我到底在实验室逛了多久思考了多久?”

“喂,妈,怎么了?”

“小明你去哪了,还没放学吗?饭快做好了赶快回来吃饭!”电话那头的母亲带着一丝嗔怪的语气。

陈启明心里咯噔一下,但脸上依旧平静,脑子飞速运转,一个完美的借口瞬间成型。

“哦,在图书馆学习呢,我马上回来!”

“行,那你快点啊,菜要凉了。”

挂断电话,陈启明最后扫了一眼这片闪烁着未来科技光芒的地下帝国,与楼上那个即将飘来饭菜香的人间世界形成了鲜明对比。他关掉所有屏幕,快步走上阶梯。随着他的离开,身后的入口无声无息地恢复成那片平平无奇的水泥地面,仿佛一切都未曾发生。

趁着父母不注意,偷偷从地下室溜了出来,又偷偷到门口假装开门回来,动作娴熟,丝毫没有被发现!

晚饭过后,“爸,妈,我出去干一件大事,而且是好几天,没有重大事情不要来找我。”

“你去干什么大事?!快要九省联考了还出去鬼混!”

“你这臭小子一个高中生还能干什么大事?好好学习准备考试才是正事!”

“这真是大事!你们不要打扰我,手机最好也别打了。”

趁父母吃饭的不注意,陈启明又偷偷溜入地下室,回自己的专属实验室继续1nm光刻机的研发制造。

地下室的入口无声关闭,隔绝了人间烟火。陈启明站在阶梯的尽头,整个地下科技帝国的光芒仿佛都在迎接他的回归。

这一次,他的眼中没有了初见时的震撼,取而代之的是一种创造者即将挥毫泼墨的专注与炽热。他没有片刻停留,径直走向了相关实验室。

首先是第一步,光学系统——机器的灵魂!

来到超精密光学中心的实验室,在这里,空气中连一粒尘埃都看不到,洁净度超越了人类现有一切标准的class 1级别。在这里,哪怕是一粒纳米级的尘埃落在镜片上,都可能导致整套光学系统的报废。

陈启明没有去看那些现成的、代表着当前地球最高水平的设备,而是直接走向实验室的“材料合成与生长区”。

制造1nm光刻机的光学系统,第一步,也是最基础的一步,就是制造出承载一切的镜片基底——镜坯。在前世,这是德国肖特公司耗费数十年攻关才掌握的顶级绝活,其制造出的零热膨胀系数石英玻璃,是蔡司镜片的基础。

但陈启明要做的,比那更好。

目标:合成零热膨胀系数的‘复合碳化硅-石英’晶体,尺寸,直径550mm。

随着他按照学习和说明,一点一点的操作和指令,一台巨大的圆柱形设备发出低沉的嗡鸣。内部瞬间被抽成绝对真空,温度和压力参数在屏幕上以毫秒级的频率进行着精确调整。陈启明没有使用现成的石英砂,而是直接在【万物采购】中订购了最纯粹的碳和硅。

这些基础元素在设备中被气化,然后在一块小小的籽晶上,以一种超越蓝星理解的“诱导外延生长”方式,一个原子层一个原子层地完美堆叠。

屏幕上,晶体的生长过程被实时模拟出来,其内部晶格结构完美无瑕,没有任何杂质和缺陷。整个过程,快得不可思议。外界需要数周乃至数月才能缓慢生长出来的巨大晶体,在这里,仅仅花费了几个小时。

当设备门打开,一块通体黝黑、却散发着奇异光泽的巨大圆形镜坯,被机械臂稳稳地托了出来。它的物理性能,在耐用性、刚性和热稳定性上,全面超越了德国肖特公司的王牌产品。

“第一步,完成。”陈启明面无表情,仿佛只是完成了一次高中化学实验。

紧接着,镜坯被送入了隔壁的“超精密加工区”。

迎接它的是一台系统特供的“磁流变与离子束复合抛光机”。这是光刻机制造中,神话色彩最浓重的一步——镜面打磨。

在前世,为了将镜片表面打磨到皮米级精度,蔡司的工程师需要耗费数年时间,用最精密的仪器进行无数次的测量和修正。

但在这里,陈启…明只是将自己设计的、包含复杂非球面参数的八块变形镜(Anamorphic mirrors)图纸导入系统。

“开始加工。”

巨大的机械臂夹着镜坯,以一种奇异的韵律在高速旋转的磁流变液体中移动。无数细小的磁性颗粒在磁场控制下,如同一支无形的、拥有亿万根刷毛的刷子,对镜面进行着亚纳米级的“粗加工”。

几小时后,粗加工完成。紧接着,一道幽蓝色的高能离子束被激发,如同最锋利的手术刀,开始对镜面进行最后的“雕琢”。离子束每扫过一次,就在镜面上剥离掉几个原子层,其精度之高,已经超出了当前人类物理学的测量极限。

又是几个小时过去。

【所有镜片加工完毕,表面粗糙度:0.05皮米。曲面轮廓误差:低于0.01皮米。】

看到这个数据,就算是心如止水的陈启明,也不禁深吸一口气。0.01皮米!这是什么概念?相当于在整个太平洋海面上,最高的浪花和最低的波谷之间,高度差不超过一根头发丝的百万分之一!

这已经不是工业,而是神迹!

接下来是第三步,也是决定EUV光刻机成败的关键——多层膜(multilayer)的镀制。

由于没有任何材料能有效折射13.5纳米波长的EUV光,所以EUV光刻机必须使用反射镜。为了最大限度地反射EUV光,镜片表面必须镀上四十到五十层“钼(mo)”和“硅(Si)”交替组成的薄膜,每一层的厚度都必须精确控制在几纳米。

在前世,这是全球仅有少数几家公司掌握的核心机密,其反射率的理论极限被公认为70%。

陈启明将八块完美无瑕的镜片送入“原子层沉积(ALd)”设备中。但他并没有直接开始镀膜。

“在mo\/Si多层膜之间,插入厚度为0.1纳米的‘钌-石英’复合界面层,以消除界面应力,提升反射率。”

这又是他基于更高维知识进行的魔改!外界科学家还在为如何减少薄膜之间的应力而苦恼时,他已经找到了完美的解决方案。

随着设备运行,不同元素的原子蒸汽被交替注入真空腔体,一层又一层地“刷”在镜片表面。

当镀膜完成,系统给出了最终的检测报告。

【反射率:71.8%。】

超越理论极限!

至此,整套high-NA EUV光学系统的核心部件,这套凝聚了光学、材料学和精密制造巅峰的“神之眼”,在不到十个小时的时间里,被陈启明一个人,从最基础的原材料开始,一手打造完成!

这在地球上是不可想象的。任何一个国家想要复刻这个过程,都需要投入数十年时间和数千亿美元,组织成千上万的顶尖科学家和工程师协同攻关,而且成功率极低。

而这,仅仅是陈启明的第一步。

他马不停蹄地来到下一个实验室,开始制造光刻机的“躯干”——双工件台系统。

这是机械工程的极限。为了效率,它要求一个工件台在进行曝光的同时,另一个工件台已经载着下一块晶圆进行预对准和测量。两个台面需要在真空环境中以超过7G的加速度进行闪电般的交换和移动,同时定位精度必须控制在纳米之内。

陈启明直接调出了他优化的设计方案。

材料,他没有选择传统的陶瓷,而是让系统合成了一种“碳化硅基陶瓷-钛合金复合材料”,在保持超高刚性的同时,将重量降低了30%。

驱动,他设计了一套全新的“哈尔巴赫阵列磁悬浮系统”,利用特殊的磁体排布,在工件台下方产生更强、更均匀的磁场,使其能够在无任何物理接触的情况下,进行超高速、超平稳的运动。

控制算法,他更是亲手编写了一套包含“前馈-反馈耦合控制”与“多体系统动力学实时解耦”的复杂程序。

在系统的集成制造中心里,巨大的3d打印机直接用激光烧结技术,一体成型地制造出了复杂的工件台基座。无数微型机械臂则如同辛勤的蜜蜂,将成千上万个传感器、致动器和磁体,以亚微米级的精度安装到预定位置。

又一个五个小时后,一套在性能上全面碾压ASmL最先进产品的双工件台系统,宣告完工。经过测试,它的极限加速度达到了惊人的10G,而重复定位精度,则被锁定在了恐怖的0.1纳米!

光学系统(灵魂)、机械系统(躯干)都已完成。接下来,是赋予这台机器智慧的“大脑”——全套的控制与操作系统。

这同样是一个庞大到令人生畏的工程,其代码量和复杂度,不亚于开发一套完整的pc操作系统。

但对拥有完整知识的陈启明来说,这只是一个“翻译”工作。

他再次回到办公区,双手在虚拟键盘上化作一片幻影。

从最底层的硬件驱动,到中间的运动控制与时序管理模块,再到最上层的图形化操作界面和工艺流程编辑软件……一行行完美无瑕、逻辑严谨的代码从他指尖流淌而出。

他甚至顺手编写了一套配套的EdA(电子设计自动化)软件,其性能足以让当前市面上的Synopsys、cadence等巨头公司的产品相形见绌。

……

一日复一日,时间慢慢流逝。时间来到12月19日,星期一。

当陈启明写下最后一行代码并按下编译键时,他已经独自一人,完成了光刻机制造所需的所有核心硬件、软件、算法和材料的研发与制造。

一个人的光刻机全产业链!时间仅仅花费14天。

这是一个足以让整个世界都为之疯狂的奇迹。

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