Chương 319: Thuận thế cất cánh

Kể từ khi biết mình cần gì, Tiêu Tú liền bắt tay vào việc ngay, mở rộng thêm phần phân tích phổ Laplace đồ trong khung giải nhiễu phổ trước đây. Trong khung cũ, các nút trên đồ thị đều là cùng một loại thực thể vật lý, chẳng hạn như các anten nano trên siêu bề mặt hay những mảnh thấu kính trong vật kính. Nhưng trong khung mới, các nút của đồ thị có thể đến từ những hệ con vật lý hoàn toàn khác biệt. Laser của nguồn sáng là một nút, những mảnh thấu kính trong vật kính là một nút, động cơ dẫn động bàn gia công cũng là một nút. Mối quan hệ ghép nối giữa chúng được mô tả bằng các hàm truyền qua lại của những đại lượng vật lý khác nhau. Một khi ma trận Laplace của đồ thị dị thể này được phân tích phổ, toàn bộ quá trình tối ưu hóa hệ thống khắc ảnh toàn cục liền biến thành bài toán tìm cực tiểu liên hợp trong không gian mode.

Nhưng chỉ có khung tối ưu hóa thôi vẫn chưa đủ. Dù có phối hợp tối đa ba hệ con đi chăng nữa, giới hạn vật lý của công nghệ khắc ảnh 193 nm ngâm nước vẫn còn đó, giới hạn phân giải 38 nm ấy sẽ không tự nhiên bị phá vỡ chỉ vì tối ưu hóa tốt hơn. Để thực sự đạt được bước nhảy vọt về chất, bắt buộc phải rút ngắn bước sóng làm việc. EUV là giải pháp sóng ngắn có sẵn, nhưng vấn đề hiệu suất của nguồn sáng EUV vẫn luôn là nút thắt không thể gỡ.

Tiêu Tú lật qua chương về nguồn sáng EUV trong tài liệu của Cao Trường An, rồi tìm kiếm vài bài báo phân tích hiệu suất nguồn sáng plasma thiếc được công bố trên các tạp chí hàng đầu về quang học trong hai năm gần đây. Càng đọc càng thấy hướng đi này vốn đã không đúng lắm. Hiệu suất chuyển đổi năng lượng của plasma thiếc khi sản sinh ra ánh sáng cực tím cực mạnh chỉ đạt vài phần trăm, phần lớn năng lượng bơm đều biến thành nhiệt. Để duy trì đầu ra ánh sáng ổn định, cần phải có hệ thống làm mát khổng lồ và laser dẫn động siêu cao tần, khiến toàn bộ hệ thống nguồn sáng phức tạp đến mức ngang bằng một nhà máy điện nhỏ.

Anh đặt xuống bài báo trên tay, cầm bút vẽ lên tờ giấy nháp một cấu trúc mới. Liệu có thể không phụ thuộc vào plasma thiếc, cũng không phụ thuộc vào laser cực tím sâu truyền thống 193 nm, mà đi theo một con đường khác?

Chẳng hạn, dùng một dãy laser electron tự do sóng ngắn làm nguồn sáng, chiếu nhiều chùm tia laser độc lập có thể điều khiển từ nhiều góc độ cùng lúc lên mặt nạ, rồi thông qua một hệ thống điều khiển phối hợp mặt sóng theo thời gian thực, hợp nhất nhiều chùm tia trên bề mặt wafer thành một vết phơi sáng đơn lẻ, pha chính xác. Trọng tâm của ý tưởng này là chuyển bài toán khó truyền thống là đầu ra nguồn sáng công suất cao sóng ngắn thành bài toán toán học có thể kiểm soát tốt hơn là hợp nhất đồng pha nhiều chùm tia công suất trung bình trên mặt phẳng mục tiêu.

Laser electron tự do có thể sản sinh ánh sáng có độ sáng cao từ vùng cực tím sâu đến vùng tia X mềm, công suất mỗi chùm không cần đạt đến mức cao như laser dẫn động EUV, bởi vì công suất cao cuối cùng sẽ đạt được thông qua hợp nhất đồng pha nhiều chùm tia. Và chìa khóa của hiệu suất hợp nhất nằm ở độ chính xác kiểm soát pha của mỗi chùm tia, đây cũng chính là thế mạnh của khung giải nhiễu phổ.

Càng nghĩ càng thấy nhiều phương án, Tiêu Tú chăm chú, nhanh chóng vẽ những sơ đồ phác thảo lên giấy nháp. Phía trên mặt nạ là một vòng dãy các cửa thoát chùm laser electron tự do, mỗi chùm tia sau khi đi qua bộ bù quang trình và bộ định hình mặt sóng độc lập, rồi hội tụ qua hệ thống vật kính chung xuống bề mặt wafer. Tín hiệu điều khiển bộ bù quang trình được cung cấp bởi một mảng cảm biến mặt sóng theo thời gian thực, thuật toán phản hồi chính là khung giải nhiễu phổ đã được mở rộng.

Toàn bộ hệ thống không còn quy trình plasma thiếc kém hiệu suất của nguồn sáng EUV, cũng không còn quy trình phơi sáng nhiều lần, căn chỉnh nhiều lần rườm rà của công nghệ khắc ảnh 193 nm ngâm nước, từ đó sẽ tiết kiệm được nhiều thời gian hơn, chất lượng ảnh cũng sẽ được nâng cao theo.

Độ phân giải của lần phơi sáng đơn lẻ về lý thuyết có thể đạt đến gần giới hạn nhiễu xạ của bước sóng nguồn sáng, còn bước sóng của laser electron tự do có thể điều chỉnh liên tục, từ vùng cực tím sâu đến tia X mềm đều không thành vấn đề.

Anh rà soát toàn bộ kiến trúc mới từ đầu đến cuối, từ bố cục topo của dãy nguồn sáng đến thuật toán cốt lõi của điều khiển phối hợp mặt sóng, rồi đến chiến lược bù sai lệch định vị toàn cục của bàn gia công, từng bước toán học đều được viết trên giấy.

Sau khi hoàn tất, anh không chần chừ, nhanh chóng sắp xếp nội dung trên giấy nháp thành một tài liệu chính thức.

"Thiết kế hệ thống khắc ảnh mới dựa trên dãy laser electron tự do và tối ưu hóa phối hợp toàn cục"

"Giới hạn phân giải Rayleigh của công nghệ khắc ảnh ngâm nước 193 nm hiện có là R=k1λ/NA, trong đó k1≈0.25 là hệ số công nghệ, NA≤1.35, suy ra R≈38nm. Mặc dù công nghệ khắc ảnh cực tím (EUV) đã rút ngắn bước sóng xuống còn 13.5nm, nhưng hiệu suất chuyển đổi năng lượng của nguồn sáng plasma thiếc η=PEUV/Plaser≈2%∼5%, cộng thêm gương phản xạ đa lớp molypden-silic có hệ số phản xạ r≤70%, dẫn đến công suất ánh sáng hữu hiệu không đủ..."

Anh trước tiên giải thích ngắn gọn trong phần tóm tắt những nút thắt của công nghệ khắc ảnh hiện có trên hai phương diện hiệu suất nguồn sáng và phối hợp hệ con, cũng như cách giải pháp mới vượt qua những nút thắt này thông qua hợp nhất đồng pha nhiều chùm tia và tối ưu hóa ghép nối toàn cục dị thể.

Phần nội dung chính được triển khai theo bốn chương: thiết kế dãy nguồn sáng, điều khiển phối hợp mặt sóng, tối ưu hóa ghép nối toàn cục, bù động sai lệch bàn gia công, mỗi chương đều kèm theo dẫn chứng toán học và ước tính biên tham số tương ứng.

Toàn bộ tài liệu không dài, nhưng mật độ thông tin rất cao. Sau khi viết xong, anh đóng gói tài liệu này cùng bản thảo bài báo về áo tàng hình trước đây, rồi gọi Cao Trường An vào.

Cao Trường An vừa gõ cửa bước vào thì Tiêu Tú đang lấy hai tài liệu từ máy in ra.

Anh đưa tài liệu cho Cao Trường An, giọng điệu chẳng khác gì mọi khi.

"Hai tài liệu này, một cái là phương án mới về máy khắc quang, anh giúp tôi chuyển đến Bộ Khoa học Kỹ thuật. Còn cái kia là bài luận về siêu vật liệu vô hình, hôm nay anh giúp tôi nộp hồ sơ đề tài."

Cao Trường An nhận lấy tài liệu, thói quen cũ là lật ngay tờ trên cùng ra.

Kết quả vừa mở trang đầu, ngay dòng đầu tiên trong phần tóm tắt đã khiến anh đứng như trời trồng.

"Mảng laser điện tử tự do."

Anh giật mình, tưởng mình nhìn nhầm.

Nhưng anh chớp mắt nhìn lại, chữ vẫn vậy.

Anh liếc xuống dưới một cái, đủ loại thuật ngữ cao siêu xuất hiện dày đặc: "Tổng hợp phối hợp đa chùm", "Tối ưu phối hợp toàn cục", "Tối ưu ghép cặp toàn cục", "Chính quy hóa thưa"...

Những từ này anh đương nhiên đều biết, nhưng anh chưa bao giờ nghĩ—hay nói đúng hơn, chưa ai từng nghĩ—rằng chúng lại có thể được ghép vào cùng một phương án thiết kế hệ thống quang khắc.

Bất giác, anh đưa tờ giấy lại gần mắt, đọc từng chữ từ dòng đầu tiên.

Mỗi câu anh đọc thêm, nét mặt anh lại thay đổi khẽ khàng.

Khi lật đến chương "Điều khiển phối hợp sóng mặt trước", ngón tay anh dừng lại bên cạnh một công thức, toàn thân anh như bị ấn nút tạm dừng, đứng chết tại chỗ.

Ở đây, Tiêu Tú trực tiếp đưa tất cả các bậc tự do của ba hệ thống con quan trọng—nguồn sáng, vật kính, bàn gia công—vào cùng một hệ thống tính toán, rồi dùng một tư duy chưa từng thấy trước đây để phân tách dần thành các chế độ tính toán độc lập. Cuối cùng, nhờ phương pháp suy luận sử dụng phân tích phổ ma trận Laplace, ba hệ thống tính toán vốn trước đây độc lập, không kết nối với nhau, nay bỗng nhiên hòa làm một thể thống nhất.

Ba mô-đun, trước đây là anh động tôi cũng động, anh lệch tôi cũng lệch, mãi chẳng thể khớp vào nhau, giờ đây lại bị một công thức gom thành một thứ đồng nhất.

Dù Cao Trường An không hiểu nổi phương trình ấy, anh vẫn lập tức nhận ra con đường nghiên cứu này ẩn chứa giá trị vô thượng.

Anh gần như không còn cảm nhận được hơi thở của mình nữa.

Ý tưởng bay bổng của Tiêu Tú, cộng với sự vận dụng lý thuyết thượng thừa, khiến anh nổi da gà khắp người.

Nếu phương án này thực sự có thể triển khai, công nghệ quang khắc của Hoa Quốc không còn là vấn đề đuổi kịp hay không, mà là trực tiếp mở ra một con đường hoàn toàn mới, nhảy vọt dẫn đầu, cất cánh thuận lợi.