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材料为王-第56章

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    郭逸铭对他们的精神感到非常敬佩,也对他们未来的成长充满了信心。

    他们的吸收进度,也确实远比几位师傅强,从港是什么都不懂,经常犯错。到中期,在如何操作自动精密加工设备上,他们已经超过了他们的师傅。所以到了后期,几位老师傅基本上都是在一旁指点,大部分加工业务都交给了几个徒弟。只有在遇到非常重要的地方,他们才亲自出马,利用他们丰富的经验来弥补设备上的不足。

    郭逸铭对此很是高兴。

    从老师傅几位徒弟的技术实力来看,虽然因为现在的精密制造设备,与何师傅等国宝级高级技工相差不大,几位老师傅还可以靠着精确的肉眼判断、超强的稳定性,占有一定优势。但可以预见,随着超精密加工技术、设备的跳跃式发展,当几个徒弟彻底掌握了通过高科技精密设备,进行高精密部件的的操作要领,他们的成长潜力将远远超过他们的师傅。

    尽管他们可能无法做到仅凭肉眼,就将加工精度控制在一丝的范围之内,尽管他们还不能如他们的师傅一样,用一把锉刀,错处宇航级的精密部件,但这不妨碍他们未来操作着超精密加工设备,将加工精度提高到纳米级别!

    这就是科技的力量!

    人力有极限,而科技无极限!

    郭逸铭要的,也不是又一批八级技工,他需要的是合格的超精密设备操作人员。

    超净车间有了,加工设备重新改进了,几位老师傅和他们的徒弟也掌握了在超净环境下,精密加工的要领,接下来才是对半导体设备的改造。

    集成电路制造的光刻、刻蚀、参杂、离子注入、扩散、沉淀、封装等各个主要环节,要说重要,每一个都非常重要。这些环节是一个完整工艺链上的一环,并且环环相扣,每一个环节所造成的疏漏,都会给下一个工艺流程带来无法弥补的重大损失,降低产品品质,使得良品率大大降低。

    各个环节之间的关系,并非相加关系,而是乘积关系!

    用公式来表达,就是哪怕每一个环节,成功率都提高到90%,可整个工艺链运行下来,如果有两个主要环节,就是90乘90,最终成功率为81%!而当环节延伸为三步,那成功率将陡然降至72。9%,四步则更降至65。61%。

    由此可见,尽最大努力提升每一个环节的制备成功率,对集成电路制造业的整体提升效果,都具有非常重要的意义。

    郭逸铭在仔细分析了国内现在的集成电路制造工艺后,没有一下子拿出什么先进制造设备来。因为半导体制造设备的提升,是一个涉及到光学、化学、精密制造、自动化等等各个领域的综合运用成果,他不是神仙,无法在瞬间让这些行业类得到全面的提升,只能抓住一点进行突破。

    他的突破点,便是将原来重复的手工作业,尽可能采用自动化操作来代替。

    手工操作对集成电路的影响可谓是全方面的,不谈人工取件拿件对器件可能造成的污染,首先人的肌肉稳定性、注意力等等方面,和自动设备相比,先天上就居于下风。哪怕是一个极为出色的操作员,在长期枯燥的重复劳动中,也难免会在不经意间出现误操作。而且即便是这个操作员注意力非常集中,肌肉控制力超群,可他每一次移动掩膜、推动光刻头之后,都需要重新对准、聚焦,再怎么熟练的操作员,其复位、步进、精确控制的效率也不可能比机器更高。

    要想提升集成电路制备品质、生产效率,用自动化仪器代替手工操作,是见效最快、最容易实现的,即便是国内较低的自动化测量、控制水平,也可以使得整体水平出现一个飞跃式跨进。

    而且之前,他们已经积累了相当的应用经验。

    当初在制造单晶炉控制部件、运动部件上,他们与单晶炉制造厂家、自动化研究所协作,已经积累了丰富的经验,并具有了相当的默契。郭逸铭他们这次再次与自动化研究所携手,在和上海厂的技术人员进行充分交流之后,对国产的半导体制造设备进行了一次大刀阔斧的改造。

    通过不断改进、尝试,设置了大量的传感器、伺服电机、自控程序,根据人工操作采样结果,采用预制步骤的方式,为如何将原来交由人工控制的各种操作尽可能减到最少,他们绞尽脑汁。

    这方面,材料所也给与了大力协助。

    董老等人得知郭逸铭他们在改进集成电路制造设备的消息以后,对如何实现自动化操作充满了兴趣,很快便也积极投入进来,从技术角度给与了全方面协助。

    他们的支持非常关键。

    论到对这个时代国内最尖端科技的实现方法,最为权威的部门莫过于材料应用所。董老他们查阅大量资料,和所里的技术储备,屡屡在郭逸铭他们改造遇到困难的时候,在关键地方提出了合理建议,从而使得他们得以突破技术难关。

    郭逸铭提供技术思路、材料所负责提供本时代能够解决的技术、上海设备厂丰富的半导体设备制造经验、何师傅等人的超精密加工能力。他们亲密无间的合作,让设备改造进度飞快向前。

    并且随着进度的提前,郭逸铭还对在集成电路制造中,居于最关键技术环节的光刻机设备的改造,做出了全新的改进。

    光刻是进行集成电路制造的首要环节,其精度、成功率,可以说直接决定了集成电路制造的品质,和产品良品率高低,重要性无论如何拔高,都不为过。

    国内当前的光刻机,还采用的是六十年代的接触式光刻机,在移动掩膜时,不留心就会碰触到光刻胶。而掩膜上哪怕是出现一个极其细微的损伤,都将给接下来的集成电路制造,带来无可估量的严重后果。

    在此之外,国内现在的光刻机紫光照射,是通过透镜聚焦于一点,对局部电路进行光刻之后,再对另一个局部电路进行光刻处理。对比国外已经流行的伺服电机驱动、紫外光聚焦点对掩膜电路进行扫描式曝光,国内的光刻效率非常低下。

    郭逸铭没有兴趣跟在外国人屁股后面,亦步亦趋。

    他亲自动手设计,将原来接触式光刻平台,上移之后,通过光学作用,将透镜凝缩的聚焦点,扩张放大后再缩为一条线。

    通过步进电机,精密驱动紫外光前后移动,变换曝光位置。

    这可不是什么扫描式光刻机,而是后世才逐渐成熟,比扫描式光刻机更先进的步进扫描式光刻机。

    这种光刻机,通过调整透镜距离,将原来点状的紫外光聚焦放大为覆盖到单晶硅边缘的条状曝光区。这样就可以一次性实现对整条区域内电路的照射曝光,一下子就将光刻效率提升数十倍,既加快了制造效率,又节约了成本,可谓是一举数得。

    为了尽快完成对设备的改造工作,他们一直从80年11月,忙到了81年的3月下旬。

    整整五个多月的时间,他们没有一天的休息时间。

    为了节约每一份每一秒,尽管材料所就在马路对面,董老他们仍舍不得浪费这么一点点时间。所有参与技术攻关的人员,吃住都在行政楼内,稍微有一点空闲,他们也用来分析、讨论、研究如何对设备进行自动化改造。有好几次都已经深更半夜了,脑子里忽然有了某个思路的董老等人,也爬起来,心急火燎地敲开郭逸铭的房门,与他就此展开论证。

    就这样,他们日以继夜的投入到改造工作中,所有人都忙得人不像人、鬼不像鬼,每天一直要忙到最后一丝精力都被榨干才精疲力尽投入梦乡。他们忙得连打理个人卫生的时间都没有,只有利用在进洁净车间经过必须洗漱程序时匆匆洗漱一下。

    就这样,一直忙到81年3月23日,第一套完整的半导体制造设备终于装配完成。

    设备的安装、调试工作也是一个需要非常小心的活。

    高精密的设备,对工作环境的要求也是同样苛刻无比。这个时候,就显出了何师傅等人的本事,他们仅靠着肉眼观察、光影判断,就能精确判断出设备的倾斜角度是否符合要求,其精确率,丝毫不亚于上海厂几位拿着测试设备随时观测的工程师,且做出判断的速度,比他们摆放设备,从各个角度反复测量还来得快!

    安装调试工作又用了将近一个月时间,4月17日,设备正式启用,进入试运行。

    这是一个足以载入中美电子研究所史册的日子,当天,所有得知消息的研究、行政、工人全都放下了手头的活,聚到了处理器洁净厂房外。虽然他们不能进去,什么也看不到、听不到,但所有人都不肯离去,都默默地等在门口。

    几位曾在无线电一所等好几家重点科研单位,从事了数十年半导体制造设备操作,多次荣获先进工作者、劳动模范称号的老技术人员,纷纷各就就位。

    严格的设备运行前检查工作,在郭逸铭全体研发人员的瞩目下,一丝不苟地进行着。

    他们在前期设备研制改造过程中,就全程参与其中,一些具体操作要领还是源于他们的建议,各种操作流程已经是铭记于胸。在这次开机测试前,他们向郭逸铭拍着胸口保证,哪怕是闭着眼睛,他们也会按照规范要求,圆满地完成设备操作,绝不会出任何纰漏。

    郭逸铭相信他们能够说到做到。

    尺寸1:1掩膜版早已制造完成,一共准备了12块掩膜版,这一点在工艺上并无特大改进。在操作员控制下,自动上胶机飞速转动,缓缓接近单晶硅衬底,飞快地旋转而过,一层光刻胶就匀称的涂抹到了单晶硅衬底上。

    操作员对其厚度、均匀程度检测以后,向郭逸铭他们挑起了大拇指。

    一阵轻微的欢笑声,在人群中响起,随即便迅速重归宁静,未到试运行结束,谁也不敢有丝毫放松。

    涂抹了光刻胶的衬底,被送进烘焙炉中进行烘焙,使光刻胶干硬成型,并完成内部形变,之后自动进行退火处理。

    操作员用操作钳夹出操作盘中,将硬化后的单晶硅衬底送到相邻的另外一个净洁室内。这里,负责操作光刻机的技术人员已经完成了光刻机的预操作,掩膜版盒也已安装到位,见到呈放单晶硅衬底的操作盘传送过来,低头再次检查了一下光刻胶涂抹情况之后,用带着防护手套的手,打开光刻机舱门,小心翼翼将操作盘放置入内,仔细检查之后,关上舱门。

    他回到控制位,按工艺流程,快速地在控制仪表盘上进行各项操作:释放掩膜版盒、锁定、选择掩膜版编号、控制所需编号掩膜版放下、输入曝光率、焦深、能量输出强度等各项数据,并通过显示屏核对输入是否正确。一切确认无误,他按动启动开关,机器声轻微嗡鸣,光刻机开始自动工作。

    光刻部分,这个流程是在光刻机内部完成,所有人都看不到具体过程,只能默默等待。

    显示屏上,代表光刻进度的进度条缓慢缩短,渐渐缩短成一个小方块,再缩短为一条线,最后消失殆尽。

    屏幕上跳出一个选项:重启/关机。

    操作员选择关机,按照操作流程关闭氮气阀门、压缩空气、真空,稍等一阵,开仓取出光刻完成的操作盘,放进入显影设备中,浸泡在显影液中进行显影处理。这套浸泡显影、清洗等流程也采用了全自动操作,操作员也如同旁观的郭逸铭他们一样,只能紧盯着控制屏幕,而再也无须亲自动手控制。

    董老毕竟是七十多人的老人了,长时间站立下体力有些不支。旁边的万洪年纪同样不轻了,高国皓好心地让他们坐下休息一会儿,但谁也不肯离去。两个老头子你搀着我、我扶着你,颤巍巍地站在那里,固执地要第一时间看到结果。

    成功还是失败,他们都要第一时间得到确切消息!

    这里面,也有着他们心血的结晶!

    显影结束。

    操作员用操作钳将操作盘取出,将仍带着湿润的操作盘放进烘焙机进行烘焙处理。又是一阵等待,直到显示屏综合监控数据显示出烘焙已结束,操作员打开烘焙机,用操作钳将冷却后的操作盘取出,将其放置到眼前的显微镜下,仔细观察单晶硅衬底上的电路显影结果。如果光刻、显影、清洗、烘焙过程中出现差错,这张单晶片将被废弃,不会转入下一流程。

    他仔细地转动着镜头、调节焦距。

    包括郭逸铭在内,虽然明知道穿戴着无尘工作服,呼吸不会对别人有所干扰,但所有的人都还是连大气都不敢出,目光灼热地看着操作员每一个细微的动作,焦急地等待他的检验结果。

    这个结果,将是对他们这几个月辛勤工作的最佳检验。

    老头子已经站不稳了,两人的面罩玻璃被他们呼出的热气给蒙花。郭逸铭实在看不下去了,硬要将两位老人拉出去,可他们却大发雷霆,坚决不肯离开。郭逸铭等人见他们态度如此坚决,也是极为无奈,只好让他们靠在几个年轻人身上,帮他们支撑摇摇欲坠的身躯。

    仿佛永远也不能完成的检查工作终于结束。

    操作员抬起头来,在无尘工作服的玻璃面罩下,是他闪闪发亮的、略带着一丝水汽的眼睛,一声沉闷的嘶吼透过面罩发出来,传到每个人耳朵里。

    “显影效果极其出色,整片单晶硅衬底没有发现任何瑕疵!这是一片优质品!”

    接下来,将是耗时漫长的化学刻蚀,通过沉积、参杂、离子注射等手段,生成电路、元器件。每一种部件的制造,都需要重复一遍上述环节,整个集成电路的制造将耗费数日的时间。所以真正的集成电路的制造都是采用流水线作业,而不会像这次一样,只用数片单晶硅进行少量试制。完整的集成电路制造,郭逸铭他们是不可能在今天内就看完整的。

    但迈过了前面这个最重要的关卡,尤其是每一道工序都要重复运用的光刻机,表现如此出色,可以说,这次的试运行至此已经圆满成功。

    他们对设备的改造,完美地达到了当初的设计要求!

    听到操作员传出的那一声嘶吼,董美堂身躯忽然挺立,眼中亮光一闪,正要笑出声来,随即,瞬间又软了下去,就连身边的郭逸铭用力想要抱住他也抱不住。他整个人像泥一样瘫软,再也没有一丝的力气可以支撑身体。

    但在他双眼紧闭的脸上,却是一幅极度满足的笑容,笑得非常灿烂和甜蜜。

    我们,成功了!



………【第五十四章 第一枪响】………

    【感谢网友6322046、上古江津、星蚀、夺命书生贱、anthonyleay、。。un、sowayliang的打赏,作者在此深鞠躬以表谢意!感谢jf8、luoxf1788网友的更新票,谢谢你们的宽容!

    感谢所有点击、收藏、推荐本书的朋友,感谢你们的支持和鼓励,谢谢!】

    一张银光闪闪的单晶圆片放在显微镜托盘上,借着光线反射,可以看到单晶片上一个个比8分钱邮票还略小一点的长方形块状斑痕。

    在显微镜下,这些瘢痕被放大,显出真容,纵横交错的密集电路和元器件出现在眼前。

    郭逸铭慢慢地调节着焦距,将局部电路放大,一点一点地对试运行生产的芯片进行仔细检查。为了实际检验各流程的工艺水平,他们这次试运行特意根据工艺流程的步骤,试制了一大批芯片。每一个流程在制备完成之后,都留下一张半成品晶圆片,作为对比观察的样品,并为以后进一步改进工艺流程、改造设备积累数据。

    他看了一阵子,眼睛移开镜头,长时间注目让他的眼睛觉得胀痛。

    “掩膜的制备能力还是不行,分辨率还是不够……”

    “光学聚焦和透镜制作距离国际水平差距仍很大,看线宽边缘的扩散范围,显然是为了增大曝光率,提升能量之后出现的必然结果……”

    “铜互连工艺基本达到了工艺要求,比之目前国际上采用的铝互连降低了三分之一的尺寸。采用化学刻蚀成本低,大批量生产看来不是问题……,不过化学刻蚀的极限也就到此为止了,以后还是要将精力集中在如何采用激光刻蚀、离子注入等改进上来……”

    他的大脑飞速运转,针对这批试运行制备的芯片细节观察,构思未来的科研发展方向。他心中有着一个总体的发展规划,但在细部上,却仍要根据现实不断做出调整,以选择最佳的发展方向,争取以最短的时间,赶上、并最终超越国外水准。

    但就目前来看,这还是一个漫长的过程。

    这次设备改造的耗时是很长的、花费是巨大的。工艺技术提升也没等级上的改进,基本还是沿用了国内已经掌握的成熟工艺。最主要的改变,是通过众多的传感器、自动化控制部件,将大量原来依靠手工操作的步骤,交给了自动化设备来实现。

    虽然他对光刻机作出了改进,跳过国外的发展顺序,没有按部就班制造扫描式光刻机,一下子跨越到更先进的步进式扫描光刻机,但限于国内光学技术、电子技术的不足,掩膜版的制造精度、光刻机的光刻效果依然对整体工艺提升造成了严重阻碍。

    但郭逸铭对此却有着清醒地认识,没有好高骛远,奢求更大目标。所以他对目前的成果,已经非常满意。

    芯片集成度提升虽不是很多,但终究还是有所提升。原来国内6000的元件集成度,经过铜互连技术的运用,节约出15%的晶圆尺寸,达到了7000个晶体管水平。这就使得本来核心处理器部分、协处理器部分,要占据2又32%枚芯片尺寸的处理器,降低到只需要两枚标准芯片大小就能完成。

    这也就罢了。

    更重要的,是全面采用自动化操控流程以后,产品生产的稳定性得到一个迅猛提升。由以前手工最好72%的成品率,一下子猛然提高到97%,并基本维持在这个水平线,上下浮动不超过2%,良品率也随之飞升至95%!

    当然,这也是因为芯片的集成度仅仅达到大规模集成制造水平,元器件、连线尺寸较大,工艺流程对芯片质量的影响远小于超大规模集成电路。国外同样采用自动化控制,因为采用了集成度30000元器件的超大规模制造工艺,良
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