光刻機的制造難度極大,但主要的攔路虎一共有四條。
第一是制造精度要求極高,一台光刻機數萬個零件,要求的制造精度最少也是微米級,絕大多數精密部件要求精度達到亞微米級,極少數超高精密零部件的加工精度需要達到100納米~200納米。
這樣高的精度,以國内現行的加工技術,根本做不到。
人力有時而窮,八級技工的手工打磨最高精度僅能達到亞微米級,就算秉持着十年磨一劍的精神,也磨不出精度隻有100微米的極高精密零件。
不過對于鋼鐵城來說,這已經不是問題。實驗工廠新研發的自動車床、銑床、磨床等一系列加工設備,均達到了最高精度一百多納米的水平,完全達到了個别超高精密零部件的加工要求。
第二個是高透光度的透鏡。
第三個攔路虎,則是光刻機的行動部件。
最後一個,就是短波激光光源。
芯片光刻,是通過工作台的移動,來改變光刻聚焦,對光刻膠進行刻蝕。它的運動控制部件優劣,直接決定了光刻的精度,而移動速度,又決定了産率,可以說是光刻機最核心的子系統。
要保證最佳的對焦調整,工作台的最小移動距離必須非常小,最好是一個納米一個納米移動。
實際制作中當然達不到這樣的精度。
以飛利浦最新款的光刻機爲例,它的最小移動距離實際隻有300納米。加上光源波長,它的光刻效果,最小線寬達到了三百五十納米。
其他廠商差不多也是同一水平,有區别也差距不大。
這就是當前國際最先進的光刻機制程能力。
所謂一代設備,一代産品。
最新的奔騰2266處理器,采用的就是350納米線寬的制程工藝。
白雲天進入到實驗室,對李蓮道:“你們這邊進度怎麽樣?”
“非常順利!”李蓮給了他一個笑臉。
她帶領的小組,負責制造光刻機最關鍵的工作台子系統,其中最重要的就是運動部件。
爲了保證運動的穩定性,移動部分不是普通導軌,而是空氣懸浮導軌。
從制造難度來說,它不算太大。
無非是一兩百納米的加工精度,對才鳥槍換炮的鋼鐵城來說一點難度也沒有。
之所以它會成爲光刻機研制的攔路虎,還是因爲導軌設計需要運用到非常高深的流體力學知識,才能驗算出怎樣設計才會将氣流對工作台穩定性的影響降到最低,從而設計出滿足工業需要的産品。
偏偏這一點,對白雲天最不構成阻礙。
誰讓他有《制造史回顧》!
從科研的角度來說,這時代的其他人就好像盲人在曠野中摸索。
他們要很小心才不會路上的溝坎、障礙物絆倒,然後還要努力分辨前方究竟是懸崖,還是崎岖難行的山路,亦或是高不可攀的山峰。
隻有通過空氣流動、潺潺水聲,他們才能花費巨大代價,找到一條前進的道路。
但即便如此,也許跟着水流、空氣前行,還是會走入死胡同,不得不又退回到起點,重新尋找别的途徑。在這個過程中,他們也盡可能與其他探路者相互交流信息,告訴别人某條路可能走得通,某條路是死路,讓他們不要再去嘗試。
人類文明每前進一步,都艱辛無比。
但白雲天不同。
他就如同開了全圖的玩家,一落地,就對四面八方的道路有着完整的認知,絕對不會走錯。
決定他前進速度的,從來不是尋路的過程,而是有着怎樣的交通工具。
他可以一直走在正确的道路上,偶爾步入一個岔路,在地上撿到一點不知道誰丢的錢。随後,他就可以用這錢去買一輛自行車,在接下來的路上騎得更快、更輕松,還有空看看美麗的風景。
光刻機的制造就是這樣。
其他光刻機巨頭,需要投入重金,請最優秀的研發人員,用最好的研發設備,潛心研究數年,中途還要用利益跟其他人交換技術,才能艱難地前行一步。
然而白雲天不需要。
他在一開始,就清楚地知道自己在做什麽樣的東西,如何去做。
隻要自己的技術夠了,不需要試多少次,就能将東西做出來。
這對這時代的其他科研人員是不公平的。
但這世界,從來沒有公平!
落後就要挨打,這是永世不變的至理箴言!
白雲天從來不需要顧慮他人的感受,他隻是根據自己的目标,堅定地走在自己的路上。
透鏡、工作台很容易就做了出來。
并且他還根據後世設計,對工作台做了巨大改動,将慣常的一個工作台,改爲了雙工作台。
當一個工作台正在進行光刻工序時,另一個工作台則提前進行晶圓片更換、定位、微調、測量等前序工作。當那一個工作台完成光刻,兩個工作台換位,立即就能進行下一道光刻工序,極大地提升了光刻效率。
光源部分,是唯一沒有自造的。
畢竟汞燈隻是光刻機光源,波長統一爲365納米,其制造難度并不是特别大。國際市場上的供應商很多,全面禁止對華出口的難度較大,很容易買到。
白雲天爲了省事,也就沒自造,而是通過國内,直接購買了一套。
但是他還是做了小幅改進。
就是用将目鏡浸入純淨液體中的方式,對光束波長進行一定幅度的折射,從而達到聚焦效果。
在後世,這叫浸入式光源。
現在各大光科技廠商正在就此技術,進行實驗室研究階段,尚未投入實用。
既然白雲天手裏有完整的技術,浸入式光源又能小幅改進光源聚焦,那又爲何不用?
實際使用效果很好。
采用了浸入式光源技術以後,364納米的光束波長被約束到了312納米!
比之英特爾使用的350納米技術,提升了近40納米!
在白雲天的親自指導監督下,有李蓮、華新等人直接領導,光刻機的制造進度快得驚人,透鏡、工作台子系統、光源等最大的技術難點,一一被輕松攻克。
經過兩個月的技術攻關——其實就是逐步熟悉制造工藝,一台雙工位,最大晶元刻蝕尺寸爲200mm的光刻機就順利建造完成,順利得讓所有參與制造的技術人員感覺如在做夢。
“這就做好了?”
當最後一塊擋闆合上,螺絲擰緊,對光刻機通電系統測試通過,白雲天宣布光刻機研發成功,其他人還是不敢相信這個事實,不由竊竊私語。
連下料到解決一個個技術問題,制作出子系統,再到總裝,兩個月就做出一台這時代最先進的光刻機……
這可能嗎?
就算國内光刻機廠家,有現成圖紙、熟練工,做一台出來也不止這點時間吧。
“行不行咱們試試不就知道了。”白雲天看着衆人表情,笑了笑沒有解釋。
有他帶着一種接受了高端制造技術知識注入的新人親自參與,兩個月制造一台光刻機算什麽。
要不是沒有專用機床設備,哪要得了兩個月!
像專門制造光刻機的ASML,一年就要賣幾十上百台光刻機出去。
兩月一台?
這麽慢的生産速度,早就破産倒閉了!
光刻掩膜闆早就做好了,這是白雲天、李蓮親自動手做的,達到了鋼鐵城當前技術極限。
掩膜并非隻有一個,而是一套。
光刻是個工序多達上百道的漫長加工過程,一道工序,可能就隻有極微小的改變。逐步刻蝕掉需要加工部位的光刻膠,然後通過沉積、離子注入等方式,在矽晶元基片上生成所需的元器件、連線等不同部件。
因此整個過程是支離破碎的,每一次光刻都隻針對一道工序,經由數百道工序之後,才會制造出一個包含了所有晶體管、電阻、電容等各種元器件的裸晶片。
由于工序漫長,每一道工序的掩膜必須嚴格對準,誤差不能超過幾個納米。否則就會出現錯位,導緻沉積、注入不到正确的位置,制造失敗。
可想而知,掩膜版的精度要求是多麽高。
從制成的掩膜版上,衆人隻能看到星星點點的點、和縱橫交錯的細線,根本不知道最終出來的電路是怎樣的。
工序如此之長,當然不可能馬上就得出結果。
研究人員雖然很好奇,但是他們還有别的研究工作要做,當白雲天宣布光刻機研發成功,研制團隊解散以後,他們也隻能回到本來的崗位,繼續完成上面交代下來的研究工作。
一個月後,白雲天、李蓮等人穿着一身連套防護服,眼看着一張亮晶晶的晶圓片完成最後一道工序,小心翼翼擺放到了他們面前。
這還隻是裸晶片,還需要經過切割、封裝,才是大衆平常所見到的芯片。
得知衆所期待的第一次試制完成,聞訊的研究人員們都放下手頭工作,聚了過來。等級較高的研究人員穿上連套防護服,進了實驗室,其他的人則站在玻璃牆外,好奇地看着白雲天小心托在手中的晶圓片。
“白總,這是什麽集成電路?”一名實驗室副主任好奇地問道。
“一款處理器!”白雲天沒有繼續保密,笑呵呵地解開了謎底。
“處理器!”
所有聽到的人都眼睛一亮,在這些性格沉穩的研究員中,竟然發生了小小的騷動。
“難道這就是我們要研發的計算機,所用的處理器?”那幾位有資格進入實驗室的主任、副主任都激動起來,忍不住七嘴八舌問道。
處理器啊!
國内搞了幾十年集成電路,從最開始就緊跟國外步伐,早在七十年代,就仿制了英特爾的8080,還以此爲核心,研發了國産的長城0520微機。
可不管是8080也好,還是長城0520也好,都是仿制的人家設計。
可以說,在處理器一塊,國内就沒有任何拿得出手的成績。
所有有識之士都在焦慮,都在呼籲要研發我們自己的中國芯。可是喊聲再大,國内依然沒有設計出一款自己的處理器,更遑論制造了。
迄今爲止,國産處理器依然是一片空白!
現在咋一聽到白雲天用鋼鐵城自制的光刻機,制造出來的第一批集成電路樣品,就是處理器,所有人都激動到無以自制。
這肯定不是自己設計的處理器,但能做出來,這就是極大的成功!
“白總,這是什麽處理器?是奔騰,還是486?”旁邊那位副主任,說話的聲音都在顫抖。
“都不是!”白雲天心情極好,逗趣地聳聳肩笑道。
所有人都露出失望的表情。
他們根本不敢奢望自制的光刻機,能制造出最新款的奔騰2,能夠做出早期的奔騰處理器就已經足以讓他們興奮不已。
若是不行,486也将就。
可是連486都做不出來,那這光刻機制造出來又有什麽用。
“也好,飯總要一口一口地吃,沒關系,我們現在能做386也不錯。現在我們有經驗了,以後我們慢慢改進,總能将光刻機的制造精度提上去,奔騰會有的,未來奔騰2也不是夢想……”一位副主任勉強笑着,安慰道。
白雲天裝不下去了,歡暢地笑道:“我親自主持的項目,怎麽可能造一台隻能制造386的光刻機!告訴你們,我們自制的光刻機,最小線寬達到了0.31微米!用它造出來的這枚晶片,集成度是600萬,比英特爾最新款的奔騰Pro還要高五十五萬晶體管!”
“哇!”
“不可能吧!”
“我們自制的光刻機,線寬竟然比英特爾的還要細,這怎麽可能?”
他的話經由通話器,傳到實驗室外,所有聽到的人都是一副震驚的表情,認爲他一定是說錯了。
習慣了跟在人家背後亦步亦趨,他們已經有了小小的自卑和不自信,完全不敢相信,中國人也能做出達到、甚至超過歐美的集成電路。
“等等,白總,您剛才說這枚處理器的集成度是600萬,那它肯定不是奔騰Pro,那它是什麽芯片?”有人發現了白雲天話中的漏洞,立即叫了出來。
其他人一聽,也是迅速反應過來。
白雲天之前就說了,這是一枚處理器芯片,然後又說它的集成度爲600萬,比奔騰PRO還超出一籌。
可是奔騰PRO就是最新款、最先進的處理器了,哪還有什麽集成度達到600萬之巨的處理器!
他一定是在開玩笑。
所有人臉上一松,可是心中,不知道怎麽,又有些隐隐的遺憾。
如果是真的,那該多好啊……
白雲天微笑着,目光透過護目罩,從衆人臉上一個個看過去,直到環視一圈,才放低音量,輕聲道“它當然不是奔騰Pro,它是我們自行設計的華芯一号……”
沒等他說完,實驗室内外已經一片沸騰,所有人都漲紅了臉,拼命想要說什麽。
各種聲音混雜,誰也聽不清對方在說什麽。
可是沒人停嘴,他們用盡力氣,拼命撕扯着其他同僚的衣服、手臂,想要向白雲天說什麽。
在白雲天身邊,一種主任、副主任身體晃動,看樣子想要支撐不住的樣子,可他們還是努力相互攙扶,顫聲向他詢問:“白總,真是我們自己設計的處理器?”
“是!”白雲天笑容一斂,嚴肅地回答道。
“這是真的?”
“是真的!”
“您沒騙我們,它真的是我們自己設計研發的第一款國産處理器?”
“我沒騙你們!”
白雲天表情從未有過的嚴肅,一點笑容都沒有。
在他身前,幾個曾在國内研究所待了大半輩子的老研究員,忽然失聲痛哭起來。
“終于,我終于看到了!”
“這輩子,沒白活!”
“夠了,夠了,現在就是讓我去死,也沒有遺憾了……”
望着一種痛哭流涕的老研究員,玻璃牆外面吵雜的研究員們漸漸安靜下來。
在他們的臉上,同樣是眼淚縱橫。