“林總,我想向您再三強調,佳能的NIL技術擁有極大缺陷,它絕對不像佳能所宣傳的那樣友好!
它存在著至關重要,幾乎,在我看來無法解決的缺陷!”
申海交通大學,前沿技術中心,此次帶隊前往霓虹栃木縣的宇都宮市,負責從佳能光學技術研究所全套接收NIL技術的陳磊博士說道。
陳磊博士,是華國頂尖凝聚態物理領域的專家,此前在阿美莉卡的德克薩斯州電子研究所工作,是華國花費大力氣才引進回國的人才。
也是在座眾人中,唯一和佳能的NIL光刻機實際接觸過的華國工程師。
佳能在2023年10月正式宣布推出其首款用于商業化生產的NIL設備FPA1200NZ2C,并成功交付給鎧俠、SK海力士等存儲大廠以及阿美莉卡的研發機構。
讓設備可以在客戶的工廠里進行驗證、測試和工藝磨合。
其中阿美莉卡負責接收NIL設備的就是德克薩斯電子研究所,它也是阿美莉卡半導體研發聯盟的核心成員之一。
而德克薩斯電子研究所拿到這臺設備,不是用于生產,而是用于先進半導體的研發和原型制作。
林燃點了點頭,示意陳磊繼續說下去。
這還是這位NIL領域唯一的華國工程師回國后,他第一次見到對方。
畢竟林燃太忙,才回申海,陳磊也才回國。
陳磊深吸一口氣,點了點頭。
他摘下眼鏡,用絨布仔細地擦了擦,這個習慣性的動作讓他紛亂的思緒重新變得清晰有序。
“好的,林總。”他重新戴上眼鏡,目光掃過在場的每一個人。
“首先,我要承認,佳能的宣傳并非謊言。
在理想條件下,NIL確實能做到他們所說的一切。
我甚至親眼見過,在他們的實驗室里,用NIL技術壓印出的單層晶圓樣品,其精度和良率都達到了驚人的水準。
但這就像是概念跑車,在專業賽道上能跑出破紀錄的速度,可一旦把它開到城市擁堵的街道上,它可能連一輛普通的家用車都不如。
它的缺陷,不是出在上限,而是出在下限,出在從實驗室走向大規模量產的每一個不起眼的環節里。
我把它總結為以下幾點,首先是我認為最要命的,我稱之為缺陷瀑布。”
這個詞一出口,就引起了一陣小小的騷動。
中芯國際的代表梁孟松顯然對缺陷這個詞很敏感,他馬上皺起了眉頭。
陳磊伸出一根手指,語氣變得無比嚴肅:“傳統的光刻,無論是DUV還是EUV,都是非接觸式的。
這點在座各位我相信都非常清楚。
光穿過掩膜版,投射在晶圓上。
即使掩膜版上有一個塵埃,經過光學系統的縮小,對單個芯片的影響也相對可控。
但NIL是接觸式的,是物理壓印!
這意味著,只要有一個納米級的顆粒掉在模板上,或者在壓印過程中產生,會發生什么?”
他停頓下來,讓所有人有時間能思考這個問題。
“結果就是,這個缺陷會被模板像圖章一樣,蓋在它接觸的每一個芯片單元上。
更可怕的是,這個顆粒可能會污染模板,讓模板本身成為一個污染源,在后續的每一片晶圓上,不斷地、重復地復制這個缺陷。
這不是一個點的問題,而是一條線的、一個面的災難。
我們稱之為DefectPropagation,缺陷傳播。
在德州電子研究所,我們曾經有一個項目,就是因為一次微小的污染,導致連續報廢了13片晶圓,直接損失超過80萬美元。
佳能的解決方案是什么?加強清潔,實時檢測。
但這背后意味著生產線需要頻繁地停機、檢測、清洗模板。
其損失的產能和時間成本,會瘋狂地吞噬它在設備采購上省下的錢!
這就是缺陷瀑布,一旦開閘,瞬間沖垮你的良率和成本防線。”
陳磊繼續說道:“然后是材料學的黑箱。
NIL技術的核心,除了設備,還有一樣東西,光刻膠,或者說,他們稱之為樹脂。
這已經和我們過去理解的光刻膠有本質的區別。
這種樹脂的配方是NIL工藝的靈魂。
它的粘稠度、流動性、固化速度、與模板的剝離特性,每一個參數都直接決定了壓印的成敗。
而這個配方,是佳能的絕對機密,是他們與合作的化學企業共同開發的,這意味著什么?”
陳磊的目光變得銳利起來:“意味著我們一旦選擇了NIL路線,就不只是買了一臺機器,而是將自己捆綁在了佳能的生態系統上!我們必須持續購買他們指定的、昂貴的、專利保護的樹脂。
我們想自己研發替代品?難度極大,因為我們不知道他們的機器參數是為怎樣的樹脂特性服務的。
我們想更換供應商?對不起,別的供應商沒有經過佳能的驗證,出了問題他們概不負責。
林總,您明白嗎?我們這是從ASML的硬件壟斷,跳進了佳能的硬件加耗材的雙重鎖定里!這在戰略上是極度被動的。
當然這次他們會轉讓技術,我們受到的限制就只有耗材,可這也同樣嚴重。
我們很難繞開耗材,這是他們二十年的積累,只有靠時間磨,別無他法。”
一位隨行的技術官員忍不住開口問道:“陳博士,那套刻精度呢?佳能展示的數據,他們的層間對準精度非常高。”
陳磊看向他,搖了搖頭:“這正是接下來要說的第三個陷阱,累積誤差。
是的,在少數幾層的迭加中,NIL的套刻精度看起來很美。
但邏輯芯片的制造,動輒需要幾十上百層的迭加。
NIL是物理接觸,每一次壓印和脫模,都會在晶圓上產生微米級的應力形變和熱量變化。
這種形變極其微小,在第一層、第二層,你幾乎無法察覺。
但是,當迭加到第30層、第40層呢?
這種微小的誤差會像滾雪球一樣被放大,最終導致高層級的電路對準出現災難性的偏差。
這就好比用一套有微小誤差的模具去蓋一棟百層高樓。
蓋到第十層,看起來還很完美;蓋到第五十層,問題開始顯現;等到封頂的時候,整棟樓可能已經扭曲傾斜,搖搖欲墜。
佳能給我們看的,永遠是前十層的完美景象,但他們不會,也不敢給我們看封頂之后的樣子。
因為在德州,沒有任何一家頂級邏輯芯片公司,敢于將NIL技術用于超過20層的關鍵制程。
佳能之所以愿意出售這套方案,恐怕.”
陳磊提出的這三大陷阱,缺陷瀑布、材料學黑箱和累積誤差,它們環環相扣,從工藝、成本,到戰略安全,再到最終產品的可靠性,構建了一個看似完美的技術方案背后存在的缺陷。
同時也讓在座各位感慨,對方不愧是唯一了解NIL技術的專家,說的直擊重點。
林燃擺了擺手:“陳博士,我知道了,這些都是小問題。
你放心,你需要的就只是去那,把他們的東西學會,然后帶回來。”
陳磊輕聲道:我之所以能回來,是因為在阿美莉卡的那個圈子里,我,以及和我一樣的華人科學家,永遠是外人。”
他頓了頓,似乎在組織語言,將那些壓抑在心底許久的話,用最平靜的方式說出來。
“我為什么會回國?不是因為國內給了我無法拒絕的待遇,而是因為在阿美莉卡,我這樣的科學家已經沒有了立足之地。
我所有的項目被審查,我的團隊被拆分,我的安全許可被降級。他們用一種非常文明的方式,將我徹底邊緣化了。
這就是我必須回來的原因。
但我回來,不代表說,我就可以無視NIL這條技術路線存在的問題,我就可以心安理得地躺在NIL這條技術路線上吃著數不勝數的紅利,看著我們在這條路線上投入大量資源。
EUV是對我們關上了大門,,我們看得見,摸得著,所有人都知道要去造我們自己的光刻機。
但NIL不一樣!
NIL是一個軟陷阱!
它不會立刻殺死你,但會慢慢地抽干我們的血!
它會讓我們國內投入巨資的、剛剛有些起色的自主光刻機項目,瞬間失去內部的支持和信心。
所有人都會問:我們為什么還要花幾千億,熬上十年去搞自主研發?買佳能的不是又便宜又好嗎?
一旦我們信了,一旦我們把寶押在NIL上,我們就等于放棄了自己的努力,
我不想我們的國家,我們無數同行的心血,再踩進我親身經歷過的那個陷阱里。
我們可以買一兩臺回來研究、拆解、分析,把它當成一個值得警惕的對手來學習。
但我們絕不能把國家的半導體命運,寄托在別人的善意和一條看似美好的捷徑上。
這條路,我走過,我知道,路的盡頭是懸崖。”
林燃鼓掌道:“陳博士,你放心,你知道的,我們都知道,這條路是不是陷阱我不知道,我相信這條路,我們一定會給他們帶來一個驚喜,一個前所未有的驚喜。
我這個人就喜歡糖衣炮彈,把糖衣吃了,然后把炮彈打回去。”
陳磊帶著惴惴不安的心情走進了佳能公司這座戒備森嚴的研究所。
他和他的團隊一行十二人,匯集了華國在材料學、精密機械、光學和軟件工程領域的頂級專家,大家心中都懷著一種激動的情緒,我們這是來收戰利品來著。
雖說陳磊在臨行前已經提示了風險,但架不住有林燃擔保。
除了陳磊外,大家都沒接觸過,看宣傳資料,佳能把這技術吹的天花亂墜。
林燃在他們看來,那更是無所不能。
大家那是相當期待。
接待他們的是佳能NIL項目的首席工程師,鈴木先生。
“陳博士,各位專家,歡迎來到宇都宮。”鈴木用流利的英語說,“根據我們政府間的協議,在接下來的三個月里,我們將向各位全面展示CanonFPA1200NZ2C納米壓印光刻機的操作流程、維護保養以及工藝參數設定。”
在進入巨大的超凈車間前,一位不請自來的客人加入了他們。
“各位好,我是大衛·戴維森,”一個穿著KLA公司制服的阿美莉卡白人微笑著伸出手,“我是KLA派來協助佳能,確保我們的SpectraShape11光學檢測系統與NIL設備完美集成的技術顧問,很高興能與各位共事。”
陳磊與他握了握手,心中警鈴大作。
KLA是美國公司,是半導體良率控制的命脈。
一個技術顧問出現在這里,以陳磊在阿美莉卡工作的經歷來看,這絕對不是什么巧合。
進入超凈車間,那臺FPA1200NZ2C就靜靜地安放在那里。
它不像ASML的EUV光刻機那樣如同一個巨大而笨重的怪獸,反而像一臺充滿未來感的醫療設備。
鈴木的講解堪稱慷慨。
他詳細展示了NIL設備的工作流程:
他展示了設備是如何像打印機一樣,精準地將納米級的樹脂液滴噴涂在300mm的硅晶圓上,平整度誤差控制在0.1納米以內。
他們看到機械臂是如何以微米級的精度,將一塊石英模板覆蓋在晶圓上,并在真空環境下進行物理接觸,將電路圖案蓋章上去。
整個壓印過程在幾秒鐘內完成,通過紫外光照射,樹脂迅速固化,電路圖案被完美復刻。
一切看起來都那么簡單、優雅、高效。
晚上回到酒店后,華國團隊的一位相對年輕工程師激動地對陳磊說:“陳老師,這簡直是降維打擊!原理這么簡單,成本這么低!如果能解決.”
陳磊沒有說話,他的眉頭越皺越緊,林總真的無所不能到,能夠解決整個阿美莉卡半導體研發聯盟加在一起都沒有辦法解決的問題嗎?
人類能做到這點嗎?
佳能的NIL設備是2023年出貨的,原本在2025年就要開始正式進入生產環節,要生產的還不是復雜的邏輯芯片,只是基礎的NAND閃存芯片而已。
但即便如此,鎧俠和SK海力士都沒能解決這一問題。
阿美莉卡的半導體研發聯盟就更不用說了,他們也無法解決。
所以林總到底有什么辦法能夠解決?難不成會是林本堅當年想到用水做隔膜的神來一筆?陳磊內心浮現無數疑惑。
當團隊開始深入詢問核心技術細節時,正如陳磊所說的那樣,他們第一次撞上了那堵看不見的墻。
“鈴木先生,”陳磊在一個技術研討會上提問,“NIL技術的核心,是模板的完美度。
我們可以參觀一下你們的模板制造和修復車間嗎?”
鈴木禮貌地鞠了一躬:“非常抱歉,陳博士。
模板的母版,是使用阿美莉卡應用材料公司的電子束寫入設備制造的,其操作流程和缺陷檢測,我們的協議,僅限于壓印機本身。”
一直坐在后排的阿美莉卡顧問戴維森,此時抬起頭,對陳磊露出了一個無可挑剔的微笑。
下午,團隊的材料學專家,在分析壓印樹脂的成分時,再次碰壁。
“鈴木先生,這種光敏樹脂的化學成分和配比,是實現低缺陷率的關鍵。
我們能否獲取相關的技術資料?”
鈴木的回答幾乎是復刻了上午的模式:“非常抱歉,博士。
這種樹脂是阿美莉卡陶氏化學的專利化合物,我們也是直接進口預封裝好的原料盒。
其配方屬于阿美莉卡核心商業機密,不在本次技術轉讓的范圍之內。”
到了周末,當團隊想要了解如何檢測和分類納米級的壓印缺陷時,戴維森終于親自出馬了。
他一邊操作著那臺昂貴的KLA檢測設備,一邊友好地解釋道:“所以,你們看,通過我們的SpectraShape系統,可以清晰地識別出這些小于10納米的缺陷點。
當然,解讀這些數據的算法模型,以及如何將其反饋到上游工序進行修正,都屬于KLA的專利軟件服務。
根據協議,我們會為你們在大陸的工廠提供裝機和技術支持服務。”
深夜,酒店房間
陳磊和他的幾位核心組員,在房間里復盤這兩周的收獲。最初的興奮已經蕩然無存。
“我明白了,”一位負責工藝整合的工程師喃喃道,“他們不是賣給我們一臺機器,他們是賣給我們一個生態位。”
他沒有說完的潛臺詞是:這個生態位嵌入到了他們的生態中無法脫離。
陳磊走到窗邊,看著窗外宇都宮市安靜的夜景。
“我之前說的沒錯。”陳磊的聲音異常平靜,“現在就等林總解題了。
我很好奇,是阿美莉卡想方設法布置的題更難解,還是世界上最杰出的數學大師解題能力更強。”
這也是團隊成員們這段時間下來內心剩下的唯一疑問。