DUV光刻機技術難點還是不少的。
像是鏡頭製造方面,它要求的是極高的光學精度,鏡頭設計和製造過程中是絕不允許有任何微小的誤差的。
此外就是光源和光路系統也是一個大難點。
DUV光刻機採用的是準分子鐳射作為光源,這個光源系統還是比較容易搞定的。但光路系統的設定要求十分的精細,它要設定很複雜的折射光路,來達到讓光線純化的目的,為了提高解析度,後來還要採用水浸法,即在投射透鏡和晶圓之間填入去離子水,這就對系統的穩定性和精度有了非常高的要求。
為了造出合格的DUV光刻機,張紅衛在次元訓練空間的實驗室裡做了大量的實驗,最終這才搞定了光源系統和光路系統。
不過,現在,還有一個難題需要解決,那就是:想要在現實中造出高精密度的DUV光刻機,還需要有優質的先進製程的處理器晶片和感測器。
這就意味著,張紅衛要造出奈米級的微控制器處理器,還要編寫一個微控制器作業系統。
這同樣也是一個大難題。
在不斷的學習和實踐中,張紅衛現在的程式設計技術自然是沒有太大的問題的。
如今,最難的就是造出先進製程的奈米級晶片。
不過,張紅衛還有一次把次元空間訓練場裡實驗室的成果帶回現實世界的機會。
他決定充分利用這一次的機會。
張紅衛就在次元訓練空間的實驗室裡先自己操作生產出來一些微控制器和感測器。
這些微控制器和感測器足以生產兩三臺的DUV光刻機。
他將它們小心翼翼地裝進一個盒子裡,然後隨身攜帶,回到現實。
他成功了。
這些先進製程的微控制器和感測器被他帶到了現實中來。
張紅衛簡直欣喜若狂。
晶片問題解決了,接下來,就看光源和光路系統。
這兩個任務被他交給了謝延波等人去做。
有現成的研究方向和思路,在張紅衛的指導下,光源問題很快就得到了解決。
緊接著就是光路系統。
因為設計的就是乾式DUV,光路系統就不用考慮放置去離子水,難度也是減小了不少。
因為張紅衛在次元訓練空間的實驗室裡已經是自己實踐過了,所以,他略一點撥,謝延波帶著幾個新人就把光路系統也給搞定了。
這讓謝延波很開心。
他主攻的是理論物理。
理論物理這玩意,學習起來挺難的,但是,一味地鑽研枯燥的理論,妄圖發現新的物理定理啥的,在現在這個時代也是越來越難了。
謝延波覺得,還是搞應用物理比較好玩一些,而且,很有成就感。
比如,用光學物理原理搞定深紫外光源,這個成果搞定之後,光刻機的一個核心部件就成功了。
謝延波被張紅衛一頓猛誇,謝延波的心裡自然也美滋滋的。
謝延波加入張紅衛的團隊之後,他一開始還有點兒擔心,擔心自己幫不了什麼忙,起不到什麼作用。
不過,在張紅衛的系統指導培訓下,他進步堪稱神速。
而且,謝延波也找到了自己的用武之地:其實研究光刻機,也是需要用到大量的物理應用知識的。
這讓才十二三歲的謝彥波成就感滿滿。
謝延波心想:以後堅決不再碰理論物理!還是走應用物理的路子比較爽一些。
另一個少年天才求伯均,張紅衛安排他走的是軟體程式設計方面的路子。
他同樣是給了求伯均不少的指導,給了他一些專業書籍讓他去學習。
張紅衛還將自己的apple2給求伯均用,讓他在電腦上練手。
這讓求伯均進步飛快。
沒用太久,求伯均就可以用蘋果自帶的編譯器編寫一些小程式了。
張紅衛讓他負責編寫光刻機上需要用到的微控制器的程式。
光刻機鏡片的磨製被張紅衛交給了北大物理系光學方面的專家焦繼祖的手上。
北大物理系此前曾經被遷出過京城,這是剛剛回遷沒多久。
焦繼祖得到這個任務之後也非常的重視。
他也渴望能夠在這個國家級重大課題研究中發揮一些作用。
尤其是張紅衛告訴他,這組鏡片對正在研究的光刻機非常的重要,而且,鏡片的要求也十分的高之後,就更加激起了焦繼祖的鬥志。
焦繼祖屬於那種典型的傳統老科學家,嚴謹、認真、負責,而且非常的敬業。
經過一個多月的努力,焦繼祖帶領他的學生日以繼夜地埋頭苦幹,終於是研製出了完全合格的光刻機光學鏡頭。
張紅衛測試驗收之後,握著焦繼祖的手說:“焦老師,太感謝了!”
“鏡頭解決之後,咱們的工作可就算是走過了最艱難的時段!”
焦繼祖也很高興,問:“光刻機大概什麼時候能夠研製出來?”
張紅衛說:“應該差不多快了,目前光源、光路系統、微控制器以及感測器、微控制器系統都已經到位。”
“預計裝置的其他部分也差不多快完工了。”
“預計還要再有一兩個月,差不多就可以開始組裝。”
在光刻機研製緊鑼密鼓進行的同時,晶片產業自動化的其他研究專案也在同步進行中。
例如,製備高純度矽粉的方法,在張紅衛的要求下,採用的是化學工藝的三氯氫矽還原法。
這種製備方法有如下幾個優點:
首先是可以大規模工業化生產。
其次是可以製備出高純度的多晶矽,純度甚至可以達到百分之九十九點九以上。
相比之下,物理工藝雖然可以保證顆粒的球形化和無定型率,但在純度和粒徑控制方面存在一定的侷限性。
而且,物理工藝提純矽粉也不太適宜大規模生產。
高純度矽粉製備完成之後,還要使用單晶爐來進行單晶矽片的製造。
先進的單晶爐同樣具有技術難點。
它的主要的技術難點就是溫度控制、雜質控制和裝置精度等方面。
單晶爐溫度的控制是單晶矽生長過程中的關鍵因素。
它要求縱向溫度梯度要大,這是單晶生長的驅動力。
而徑向溫度梯度需要控制得較小,以避免熱應力導致的位錯和晶體失敗。徑向溫度越大,拉晶越難,因此需要精確地控制熱場的溫度分佈。
雜質控制也是單晶培育的一個技術難點。
在單晶矽的生長過程中,需要摻入一定量的電活性雜質來控制導電型別和電阻率。
但是,重金屬和非金屬雜質的存在也會嚴重影響PN接面的效能,所以就需要嚴格控制雜質的含量和分佈。
只有這樣才能確保單晶矽的質量。
要想實現精準度工藝和溫度控制,這就需要先進的感測器,諸如溫度感測器、壓力感測器以及位置感測器等。
當然,還需要先進的微控制器來實現精準的資訊處理和反應。
張紅衛只有一次從次元訓練空間實驗室帶回實驗成果的機會,現在已經使用過了。
沒辦法,他只能是在現實世界來解決這個問題。
他解決問題的方法就是:先把光刻機給組裝起來。
光刻機有了之後,其實也完全可以先用實驗室老方法造出矽晶片。然後再用光刻機造出先進製程的感測器晶片和微控制器晶片。
當然,這就還需要解決光刻膠等輔料的有無問題,另外就是刻蝕機、封裝機也要跟上來。
但這些難度已經不算特別大。
尤其是刻蝕機,比起光刻機來,難度就小了太多。
時光匆匆,轉眼就到了1979年的6月中旬。
光刻膠和刻蝕機等裝置也初步研製成功。
光刻機也組裝了出來。
張紅衛就把訊息打電話告訴四機部的負責人宋立功以及陸軍方面負責人張成功等領導。
領導們得知這個訊息之後,都大為振奮。
當天的下午,宋立功就來到了張紅衛的實驗室。
新組裝出來的光刻機被安置在了一樓的一個大房間裡。
這裡安裝的有嚴格的空氣淨化裝置,進入房間的人都要穿上無塵服,戴上防靜電帽和一次性橡膠手套。
宋立功進入房間,看著面前這個大機器,他有點兒吃驚:“這麼大嗎?”
張紅衛笑道:“因為光源系統要足夠強大,還要設定複雜的光路系統,機器就不得不造大一些。”
“咱們這臺機器有兩個工件臺,可以獨立或者同時執行。”
“另外,咱們準備加工比較大的晶片基材,一次性加工比較多的晶片。”
“比如,咱們這個機器加工用的晶圓基材可以達到300毫米,小晶片一次就可以加工幾百個,而且加工的速度很快。”
正說著呢,張成功也穿著無塵服大步走了進來。
“紅衛,這身衣服穿著真彆扭,跟踏馬孝衣似的。”
“喲!這就是你研製的那啥光刻機?”
張成功的眼睛一下子就瞪圓了。
張紅衛笑著說:“領導體諒一下吧,光刻機所處的環境要求絕對的乾淨,不能有浮塵,不然容易增加殘次品率。”
張成功圍著光刻機轉了一圈兒說:“這臺光刻機的生產效率比咱們老式的會高多少?”
張紅衛說:“理論上至少比咱們的老款光刻機快上百倍!”
“但最重要的是,它完全標準化自動化執行!”
“這就使得它的良品率會非常的高,而且,可以生產出非常先進的晶片!”
宋立功微笑著說:“先試生產一下看看怎麼個情況。”
“如果真的表現十分的卓越,就可以向上頭領導彙報工作了。”
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