和三室對接完版圖設計工作,已經11點過。
呂辰三人準備回所裡吃飯。
卻被陳光遠叫住:“小呂,你們仨彆忙走,正好今天咱們要對紅星二號的HK-02A流片,你們一起看看。”
呂辰有點驚訝:“陳廠長,這麼快嗎?”
錢蘭也道:“太好了,我還冇看過光刻機工作呢。”
諸葛彪也道:“對,咱們的GCA-201CGS,還冇親眼見過怎麼用。”
陳光遠看了看錶:“行,咱們去吃飯,下午兩點,咱們再進去。”
……
呂辰三人跟著陳光遠在6305廠食堂吃了飯,6305廠的食堂,菜色比紅星軋鋼廠要好不少。
兩點,四人準時來到光刻車間門口。
已經有幾個穿白色潔淨服的人等在那裡。
“來,先換衣服。”陳光遠遞給三人每人一套潔淨服,“從頭到腳,一根頭髮都不能露出來。”
三人換上潔淨服,戴上帽子、口罩、手套,把自己裹得嚴嚴實實。
陳光遠檢查了一遍,點點頭:“跟我來。”
一號廠房裡人已經有很多人在開始工作,都是一樣的潔淨服。
他們一路來到GCA-201CGS巨大的身影前。
墨綠色的機身,正麵鑲嵌著幾個儀錶盤和旋鈕,上方伸出一個顯微鏡筒,下方是一個精密的工作台。
機器旁邊,站著一個四十來歲的中年人,這是長光所的劉高工,他穿著同樣的潔淨服,正低頭調整著什麼。
再旁邊,兩名青年工人,給劉高工打下手。
光刻機另一邊,胡教授、鄭長楓等幾名專家站在一台9英寸的電視監視器前,等待著流片。
每次看這台親自參與安裝的機器,呂辰的心裡都湧起一種複雜的情緒。
這是中國第一台自主研製的半接觸式光刻機。
長春光機所牽頭,哈工大、上海機床廠、武水院等十多家單位協作攻關。
陳光遠作為長光所副所長,親自擔任總設計師,用了三年時間,硬是在一窮二白的基礎上,把這台機器造了出來。
此刻,這台機器正靜靜地等待著流片。
“劉高工、周工、王工、胡教授、鄭老師……。”
呂辰三人上前一一問候。
胡教授點頭笑道:“小呂、小錢、彪子,你們怎麼來了,不放心HK-02A嗎?”
呂辰笑道:“這是趕上了,今天來廠裡對接個電路設計,正好聽說HK-02A流片,我們仨從來冇看過咱們的光刻機流片,心裡好奇,想看看咱們流片的過程。”
周工開玩笑道:“你是應該來看看,作為6305廠籌建指揮部的係統整合專員,廠子一建完,就跑了,不合格。”
大家一起閒聊著,不一會兒,一切準備就緒。
開始檢查電源、超純水、潔淨度……
狀態完美達到流要求,正式流片啟動。
呂辰湊過去,看著GCA-201CGS。
劉高工從旁邊的架子上拿起一塊圓形的薄片。
那薄片隻有兩三寸大,泛著銀灰色的金屬光澤,邊緣磨得整整齊齊。
這這是晶圓,已經塗好光刻膠的晶圓。
劉高工把晶圓放在工作台上。
他轉過身,又拿起另一塊東西,那是一塊方形的玻璃板,上麵刻著密密麻麻的圖案。
陳光遠在邊上解釋:“這是掩模版。HK-02A一共四層,今天先做第一層。”
劉高工把掩模版裝進機器上方的一個卡槽裡,固定好。
然後他走到工作台前,眼睛湊到顯微鏡筒上,開始調整。
微型電機緩緩啟動,推動著工作台慢慢前進。
到達某個位置停下,劉高工輕輕轉動幾個旋鈕,眼睛一刻不離顯微鏡。
“這是在對準。”陳光遠低聲解釋,“把掩模版上的圖案,和晶圓上的對準標記對齊。這個步驟最關鍵,也最費神。”
劉高工調整了足足五分鐘,然後長長地吐了一口氣。
“行了。”他直起腰,按下一個按鈕。
機器發出一聲輕微的“嗡”響,一道藍光閃過,很快又熄滅。
“曝光完成。”劉高工說。
錢蘭愣了一下:“這麼快?”
劉高工笑了:“曝光就一兩秒。麻煩的是前麵的對準。”
他鬆開工作台的鎖定,用手輕輕推動一個手柄,工作台緩緩移動了一小段距離。
然後他又低下頭,湊到顯微鏡筒上,又開始調整。
“這是下一個晶片的位置。”陳光遠解釋,“一塊晶圓上,要做上百顆晶片。每做完一顆,就要移動到下一個位置,重新對準,重新曝光。”
呂辰看著劉高工,心裡忽然明白了很多事。
劉高工的動作很熟練,但也很慢。
每一次對準,都要花好幾分鐘。
每做完一顆,他都要直起腰,活動一下脖子,然後再低下頭。
一顆,兩顆,三顆……
半小時過去,才做了十幾顆。
呂辰湊到胡教授身邊,看著監視器。
監視器的影象顯示的是對位標記,每一次對準,都是一個從模糊到清晰的過程。
胡教授道:“一塊晶圓上百次對準,一對就是幾小時,非常考驗意誌力。”
周工道:“人的注意力,不可能一直保持巔峰狀態。”
王工道:“這個環節對良率影響太大,我們統計過,下午的良率比上午低,週一的良率比週五高,疲勞積累是主要因素。”
鄭長楓點頭:“連續幾十次對準之後,手會抖,眼睛會花,腦子會累。哪怕是最熟練的操作員,也會有失誤的時候。”
呂辰問道:“一般的操作員,一天能做多少片?”
胡教授道:“一般的操作員,兩片、最多三片,劉高工手穩,能做四到五片,而且保證良率,不同的人效率和良率都不一樣,經驗、體力、耐心等是主要因素。”
“兩片?那不就是……兩百顆晶片?”
“對。”胡教授說,“如果每片一百顆,就是兩百顆。但這兩百顆裡,能用的,也就五十多六十顆。”
百分之三十不到的良率。
不是工藝不行,是人的極限。
人累了,就會出錯。
……
從光刻間出來,呂辰三人來到陳光遠的辦公室。
陳光遠給三人倒了水:“你們也看到了,有什麼想法?”
諸葛彪道:“我一直聽說良率上不去,今天總算是明白了,主要因素還是在對準過程上。”
呂辰和錢蘭冇有說話。
陳光遠問道:“你們知道這GCA-201CGS怎麼做出來的嗎?”
端起茶杯,喝了一口,看著窗外,自顧自說了起來。
“第一次百工聯席會議的時候,小呂你從那四項國家級技術中拚出了整合電路,劉星海教授提出了星河計劃。”
他頓了頓:“小呂,你知道嗎?那個光學微細圖形曝光技術,是我研發的。”
呂辰驚訝道:“陳廠長,我從來冇聽說過,我隻知道這個技術是長光所研發的,不知道是您。”
陳光遠笑道:“為了在物鏡上蝕刻光學刻度,我們研究出了這項技術。當時百工聯席會議召開,長光所接到邀請,我就帶著這項技術來參加了。”
陳光遠頓了頓:“這是題外話,說回來。當時星河計劃方項,因為這項技術的原因,劉星海教授要求長光所牽頭研製光刻機,因為這項技術,我的老師讓我擔任了光刻組的組長。”
他回憶道:“星河計劃立項之初,雖然有錢先生、夏先生、劉教授,以及我的老師等人支援,但並不順利,當時專家組吵得不可開交,電晶體和整合電路的路線之爭,電子束蝕刻和光刻和路線之爭,自己造和外麵買的路線之爭……,頭三個月裡,天天都在吵……”
“劉星海教授堅持認為整合電路是未來、光刻是未來、技術要掌握在自己的手裡,為此,星河計劃第一筆2700萬資金,你們紅星所一分冇拿,全部給了其他組。”
他說道:“當時我們聯絡了哈工大、上海機床廠、武水院、天津儀錶廠……,十幾家單位,在長光所研發光刻機。冇有圖紙,冇有樣機,冇有技術資料可以抄。我們隻知道一個原理,光通過掩模版,投影到塗了光刻膠的矽片上,就能把圖案轉印上去。”
“但“知道原理”和“造出機器”之間,隔著十萬八千裡。用什麼光源?汞燈。但功率要多大?燈管怎麼散熱?壽命怎麼保證?”
“用什麼鏡頭?從哪弄?我們一塊玻璃一塊玻璃地磨,磨完了裝起來測,測完了發現像差太大,拆了重磨。
工作台怎麼動?用手推是最原始的方案。但推完了怎麼保證位置精度?加絲杠。絲杠精度不夠怎麼辦?加光柵尺。光柵尺做不出來?自己刻。
對準標記怎麼設計?十字架。但顯微鏡下怎麼看清楚?加照明。照明角度不對怎麼辦?改。
每一根螺絲,每一塊玻璃,每一個旋鈕,都是這麼一點一點“試”出來的。”
陳光遠笑道:“我們把能想到的東西,一個一個往上加。加完了發現不行,拆了重來。有時候拆著拆著,忽然想通了,哦,原來應該先做這個,再做那個。就這麼摸著石頭過河,硬是摸出一條路來。”
呂辰三人聽得都驚呆了。
陳光遠問道:“你們知道這GCA-201CGS,我們花了多少錢嗎?”
“多少?”
陳光遠比了一個巴掌:“500萬不到,僅僅500萬不到,但是我敢說,在今天1965年,全世界,美國也好,歐洲也罷,我們的GCA-201CGS都是最先進的,我是冇見過德州儀器的光刻機長什麼樣,但我看過他們的產品,他們冇有達到5微米,不要說5微米,10微米他們都冇達到。”
他自通道:“的確,我們的良率上不去,一直卡在50%以下,但也是最先進的。我們500萬搞出來了,他們的要多少錢,一個億美金,還是兩個億美金?”
他搖了搖頭:“但是,我們現在是先進,可是他們有全球市場在拉動技術更新,他們投再多的錢也不怕,因為本錢能拿回來,我們就不一樣,我們麵臨著封鎖,冇有全球市場托底,冇有錢,產業就發展不起來。”
他說道:“500萬是少,但僅僅是一個光刻機,整個星河計劃,那就是天文資料,啟動資金2700萬,第二期建設資金又是5000萬,6305廠建設花了3000多萬,崑崙計劃又是6800萬……,這一筆一筆,都是人民群眾的血汗。”
“6305廠開始籌建,劉星海教授找到我老師,要求我來當這個副廠長,我老師希望我用親自研發的光刻機,來為星河計劃、為國家的整合電路趟出一條自立之路。”
“除了我,還有廠裡那50多位專家,憑著一股勁,憑著對星河計劃的感情,劉星海教授相召,他們就來了。”陳光遠說著樂了起來,“這些人可都是老煙槍,可是6305廠是潔淨區,所以都戒菸了,我也戒了。”
呂辰三人也笑了起來。
陳光遠說道:“6305廠建起來了,整合電路的價值國家也看到了,優先保障國防軍工,但星河計劃要發展,產業要發展,所以首長批準建設第二條生產線,為國家的外貿事業添磚加瓦,在茶葉、絲綢、黑豬鬃之外,再添利器。”
他自顧自說道:“但第二條線不會是這樣子,這條線良率上不去,原因今天你們也看到了。”
呂辰點點頭:“那陳廠長有什麼計劃?”
陳光遠說道:“新生產線的光刻機,要自動化。”
呂辰愣了一下:“您是說……”
陳光遠拿出一個本子翻開,上麵畫著光刻機的結構示意圖。
陳光遠拿起粉筆,在“對準係統”和“工作台”兩個部分畫了圈。
“咱們設計GCA-201CGS時條件有限,隻能做到半自動。人工對準,人工步進。”他用粉筆點著那兩個圈,“用了這一年多,我發現問題在哪了。”
呂辰三人湊過去。
陳光遠繼續說:“核心問題有三個。第一,對準。現在是用顯微鏡 人眼判斷,手動調節。第二,步進。現在是用手推動工作台,靠經驗定位。第三,監視,當前我們是用顯微鏡,隻能定位位置,不能看到曝光過程。”
他用筆在空白處畫了一個流程圖。
“一顆晶片,要對準一次。一百顆,就要對準一百次。人的注意力不可能一直保持巔峰,這就是為什麼下午良率比上午低,週一良率比週五高。”
他看著呂辰:“你是係統整合專員,整個6305廠的建設你都參與了。你應該明白,咱們下一步要做的,是什麼。”
呂辰點點頭:“自動化,把最核心的對準和步進,變成自動的。”
“對。”陳光遠說,“而且要用咱們自己的技術。”
他在本子上繼續畫。
“自動對準,用光電檢測。在掩模版和晶圓上,做特殊的光學對準標記,比如光柵,比如十字。用光電管接收訊號,當訊號達到峰值的時候,就是對準了。”
他頓了頓:“這個思路,可以遷移西軍電的雷達跟蹤技術。他們做雷達訊號處理,有現成的峰值檢測演演算法。”
呂辰眼睛亮了:“秦世襄教授那邊?”
“對。”陳光遠說,“我已經和他通過信,他表示願意合作。”
他又指向工作台部分。
“自動步進,就用你們正在設計的脈衝電機,加上長光所的光柵尺閉環控製。步進精度做到±1微米。步進的引數,比如X\\/Y步距、陣列行數列數,可以用二維卡存起來,讀卡機自動讀取。”
呂辰腦子裡飛快地轉著。
光電檢測自動對準,脈衝電機自動步進,二維卡儲存引數……
這不就是一套完整的自動化光刻係統嗎?
他看著陳光遠:“陳廠長,您這個方案,隻改造最核心的對準和步進,不動曝光光源和掩模版架?”
“對。”陳光遠說,“這樣風險最小,見效最快。解決了人工對準的不一致性,良率就有希望翻倍。而且可以逐步實施,先做自動對準,再做自動步進。緊急情況,還可以切回手動模式。”
他放下筆,看著呂辰:“小呂,咱們這台光刻機,是我設計的。我知道它哪裡行,哪裡不行。現在你們做這個脈衝電機,正好可以把它最不行的地方,改過來。”
呂辰沉默了幾秒,然後重重地點頭。
“陳廠長,我明白了。您的這個改造方案,比我們單純做脈衝電機,高了一個層次。”
陳光遠笑了:“彆誇我。我就是天天在車間裡看,看得多了,就知道問題在哪。你們做技術的,能把電機做出來,纔是真本事。”
錢蘭問道:“陳廠長,那您說的監視是指?”
陳光遠笑道:“這個你們最清楚,方教授研發的光陰極,小呂的方案,方教授已經告訴我了,下一代光刻機整合了那個係統,就能做到實時監控曝光情況。”
諸葛彪感歎道:“那良率怕是能做到60%以上……”
陳光遠笑道:“不隻是良率的事,良率60%以上隻是基本的,單從技術主講,能突破2微米工藝。”
錢蘭和諸葛彪都驚呆了:“2微米工藝,能放多少電晶體。”
呂辰道:“諸葛師兄,錢師姐,技術固然重要,但最重要的是效率,機械對準的效率,比起人工對準,起碼要翻幾個倍,晶片的成本能極度壓縮,這就是優勢,能讓星河計劃成長起來的保障。”
陳光遠笑道:“李廠長已經去請梁先生,6305廠的新產線,開春就要建設了,下一代光刻機,已經在長光所開始研發,所以你們這個高頻脈衝電機,要抓緊了。”
三人感覺壓力一下子大了起來。
呂辰感覺心裡有一股勁:“陳廠長,我們會加快的。”
窗外,夕陽西下,餘暉灑在6305的嶄新廠房上。
這是中國第一座現代化的整合電路工廠。