Chiều rộng đường phân giải tối thiểu của hệ thống quang khắc (khoảng cách nhỏ nhất có thể phân biệt rõ ràng hai đường liền kề) tuân theo Tiêu chuẩn Rayleigh:
δ = 0.61λ/NA
Trong đó, khẩu độ số NA = n・sinθ, n là chiết suất của môi trường giữa vật kính và tấm wafer, θ là nửa góc mở của tia sáng lớn nhất mà vật kính có thể nhận được.
Hoàn thành các yêu cầu sau:]
Bài này có tổng cộng ba câu hỏi nhỏ. Hai câu đầu, học sinh có học lực khá một chút là có thể làm được, thậm chí chẳng cần đến học bá ra tay.
Nhưng đến câu thứ ba, bảo nó khó thì đúng là có độ khó ngang ngửa Olympic thật, nhưng cũng chưa đến mức đỉnh cao.
Trọng điểm của nó không nằm ở việc có giải ra hay không, mà là giải thế nào mới là tối ưu nhất.
Lý Đông theo bản năng ngẩng đầu nhìn quanh một vòng.
Lúc này vẫn còn bốn mươi phút nữa mới hết giờ thi, hầu hết các thí sinh đều đang vò đầu bứt tai vật lộn với mấy câu tính toán phía trước.
Cậu thí sinh ngồi ngay bên cạnh hắn trông rất nhỏ tuổi, cùng lắm cũng chỉ là học sinh cấp ba năm nhất. Lúc này, cậu nhóc đang cắn đuôi bút, nhìn chằm chằm vào câu hỏi cuối cùng mà ngẩn người, giấy thi vẫn còn để trống một mảng lớn."Bọn trẻ bây giờ cày cuốc kinh thế cơ à? Mới lớp mười đã đi thi mấy giải này rồi?"
Lý Đông thầm cảm thán một câu, sau đó thu ánh mắt về, tập trung nhìn vào đề thi.
Hai câu đầu, Lý Đông vừa đặt bút xuống là viết được ngay.
[1. Tìm chiều rộng đường phân giải tối thiểu δ₀ của hệ thống quang khắc này.]
Lời giải: Dựa vào công thức Tiêu chuẩn Rayleigh δ = 0.61λ/NA, thay số liệu λ = 436nm, NA = 0.35.
Ta có: δ₀ ≈ 0.76μm.
[2. Nêu hai phương án kỹ thuật thông dụng trong giới công nghiệp và tóm tắt nguyên lý vật lý.]
Dạng câu hỏi tự luận này thực chất là để kiểm tra vốn kiến thức rộng hẹp của học sinh. Nếu chỉ biết cắm đầu vào học vẹt thì chưa chắc đã làm được.
Nhưng dạo trước lúc "cày" môn Vật lý đại cương, Lý Đông đã từng tìm hiểu qua những kiến thức liên quan.
Hắn thậm chí còn cất công lên mạng lùng sục tin tức để đọc thêm.
Một là phương án rút ngắn bước sóng, ví dụ như sử dụng tia cực tím sâu DUV.
Nguyên lý cũng rất đơn giản, đó là δ tỉ lệ thuận với λ.
Phương án còn lại là tăng khẩu độ số, ví dụ như sử dụng Quang khắc ngâm.
Nguyên lý là sử dụng môi trường trung gian như nước để tăng chiết suất n, từ đó làm tăng NA.
Giải quyết êm đẹp hai câu đầu, Lý Đông khựng lại ở câu thứ ba.
[3. Dựa trên kiến thức cốt lõi về Quang học sóng (Giao thoa và Nhiễu xạ) của Vật lý cấp ba, hãy thiết kế một phương án sáng tạo có thể phá vỡ giới hạn phân giải Rayleigh nêu trên mà không cần đổi sang nguồn sáng có bước sóng ngắn hơn, cũng không cần sử dụng vật kính chiếu.]
Lý Đông vuốt cằm suy nghĩ.
Không dùng thấu kính thì tạo ảnh kiểu gì? Không dùng bước sóng ngắn hơn thì làm sao tăng độ chính xác được?
Trong đầu Lý Đông xẹt qua vài phương án của Vật lý đại học, thậm chí là cả những kiến thức quang học tiên tiến: Quét quang học trường gần? Plasmon bề mặt?
"Không ổn, mấy cái đó vượt chương trình quá, giải thích lằng nhằng lắm. Hơn nữa, đề bài yêu cầu phải dựa trên 'Quang học sóng của Vật lý cấp ba' cơ mà."
Rất nhanh, hắn đã nảy ra một cách giải.
Đó là sử dụng kỹ thuật quang khắc chồng lớp nhiều lần để dịch chuyển chính xác mặt nạ, phơi sáng chồng lên nhau tạo ra các đường nét mảnh hơn. Hoặc sử dụng chất cản quang có độ tương phản cao để tăng độ sắc nét ở rìa mẫu, từ đó gián tiếp nâng cao khả năng phân giải thực tế.
Cách nào cũng khả thi. Nhưng ngay khi Lý Đông định hạ bút viết đáp án vào bài thi, kỹ năng Cảm nhận Vật lý (bản cơ bản) đột nhiên phát huy tác dụng, khiến hắn nhận ra một vấn đề.
"Làm thế này... liệu có bị xa rời thực tế quá không nhỉ?"
Hoa Hiên Khoa Kỹ dẫu sao cũng là một doanh nghiệp, mục đích cuối cùng của họ là lợi nhuận. Không thể dùng tư duy của phòng thí nghiệm để giải quyết vấn đề được, mà phải áp dụng tư duy công nghiệp hóa, tính khả thi và khả năng sinh lời.
Thế là Lý Đông dừng bút, bắt đầu ngẫm nghĩ.
"Phải tìm ra giải pháp tối ưu nhất: chi phí thấp, độ ổn định cao và có thể sản xuất hàng loạt trong điều kiện giới hạn của dây chuyền sản xuất..."
Thời gian chầm chậm trôi qua. Cậu học sinh lớp mười ngồi cạnh đã làm xong câu hỏi thí nghiệm này, trong lòng đang thầm cảm thán.
"Độ khó cỡ này quả nhiên còn chẳng bằng đề do trường mình ra. Chỉ có câu thí nghiệm này là hơi tốn não một tí."
Cậu ta tên là Kiều Phàm, học sinh Trường Trung học số 7 Dung Thành. Lần này đến tham gia Cúp thi đấu cũng chỉ vì muốn xem thế giới bên ngoài rộng lớn đến mức nào.
"Năm sau cạch không thèm đi nữa, chán phèo."
Ngay sau đó, khóe mắt cậu ta liếc sang Lý Đông ngồi cạnh, thấy hắn vẫn chưa hề động bút vào câu thí nghiệm.
"Haizz, thảo nào thầy giáo bảo học bá với học bá cũng có khoảng cách."
Sau đó, cậu ta không thèm để ý đến Lý Đông nữa mà bắt đầu kiểm tra lại bài thi của mình.
Còn lúc này, Lý Đông cuối cùng cũng tìm ra được một hướng đột phá.Hắn nhanh chóng viết lên bài thi:
【Tên phương án: Quang khắc không mặt nạ giao thoa laser hai chùm tia】
Nguyên lý cốt lõi của phương án này chủ yếu dựa trên nguyên lý giao thoa sóng. Nó không sử dụng thấu kính tạo ảnh truyền thống, mà lợi dụng hai chùm tia sáng giao thoa ngay trên bề mặt phiến bán dẫn để tạo thành các vân.
Xác định xong phần cốt lõi, Lý Đông nhanh chóng viết ra các bước chứng minh.
Giả sử có hai chùm sáng kết hợp bước sóng λ, chiếu đối xứng lên phiến bán dẫn với góc tới θ.
Theo điều kiện cực trị giao thoa, khi hiệu quang trình Δx = kλ sẽ tạo thành vân sáng.
Xét theo quan hệ hình học không gian, chu kỳ (khoảng cách) vân giao thoa d thỏa mãn công thức:
d = λ/(2sinθ)
Do đó, chiều rộng đường tối thiểu (nửa chu kỳ) sẽ là:
δ_min = d/2 = λ/(4sinθ)
【Kiểm chứng đột phá:】
Khi θ tiến gần đến 90°, sinθ sẽ tiến gần đến 1.
Lúc này, giới hạn lý thuyết có thể đạt mức λ/4.
So với giới hạn Rayleigh truyền thống là 0.61λ/NA (trong không khí NA Căn chỉnh gương phản xạ -> Phơi sáng giao thoa.
【Lưu ý: Mặc dù phương án giao thoa này chủ yếu áp dụng cho việc chế tạo hoa văn tuần hoàn, nhưng nó hoàn toàn có thể dùng làm giải pháp thay thế chi phí thấp cho các lớp cụ thể trong quy trình tiên tiến, nhằm đảm bảo tỷ lệ sản phẩm tốt và mang lại giải pháp tối ưu chi phí trong giới hạn sản xuất.】
Lý Đông đặt bút xuống, liếc nhìn đồng hồ.
Vẫn còn mười lăm phút nữa...