第452章 光刻！光刻！

和三室对接完版图设计工作，已经11点过。

吕辰三人准备回所里吃饭。

却被陈光远叫住：“小吕，你们仨别忙走，正好今天咱们要对红星二号的hK-02A流片，你们一起看看。”

吕辰有点惊讶：“陈厂长，这么快吗？”

钱兰也道：“太好了，我还没看过光刻机工作呢。”

诸葛彪也道：“对，咱们的GcA-201cGS，还没亲眼见过怎么用。”

陈光远看了看表：“行，咱们去吃饭，下午两点，咱们再进去。”

……

吕辰三人跟着陈光远在6305厂食堂吃了饭，6305厂的食堂，菜色比红星轧钢厂要好不少。

两点，四人准时来到光刻车间门口。

已经有几个穿白色洁净服的人等在那里。

“来，先换衣服。”陈光远递给三人每人一套洁净服，“从头到脚，一根头发都不能露出来。”

三人换上洁净服，戴上帽子、口罩、手套，把自己裹得严严实实。

陈光远检查了一遍，点点头：“跟我来。”

一号厂房里人已经有很多人在开始工作，都是一样的洁净服。

他们一路来到GcA-201cGS巨大的身影前。

墨绿色的机身，正面镶嵌着几个仪表盘和旋钮，上方伸出一个显微镜筒，下方是一个精密的工作台。

机器旁边，站着一个四十来岁的中年人，这是长光所的刘高工，他穿着同样的洁净服，正低头调整着什么。

再旁边，两名青年工人，给刘高工打下手。

光刻机另一边，胡教授、郑长枫等几名专家站在一台9英寸的电视监视器前，等待着流片。

每次看这台亲自参与安装的机器，吕辰的心里都涌起一种复杂的情绪。

这是中国第一台自主研制的半接触式光刻机。

长春光机所牵头，哈工大、上海机床厂、武水院等十多家单位协作攻关。

陈光远作为长光所副所长，亲自担任总设计师，用了三年时间，硬是在一穷二白的基础上，把这台机器造了出来。

此刻，这台机器正静静地等待着流片。

“刘高工、周工、王工、胡教授、郑老师……。”

吕辰三人上前一一问候。

胡教授点头笑道：“小吕、小钱、彪子，你们怎么来了，不放心hK-02A吗？”

吕辰笑道：“这是赶上了，今天来厂里对接个电路设计，正好听说hK-02A流片，我们仨从来没看过咱们的光刻机流片，心里好奇，想看看咱们流片的过程。”

周工开玩笑道：“你是应该来看看，作为6305厂筹建指挥部的系统集成专员，厂子一建完，就跑了，不合格。”

大家一起闲聊着，不一会儿，一切准备就绪。

开始检查电源、超纯水、洁净度……

状态完美达到流要求，正式流片启动。

吕辰凑过去，看着GcA-201cGS。

刘高工从旁边的架子上拿起一块圆形的薄片。

那薄片只有两三寸大，泛着银灰色的金属光泽，边缘磨得整整齐齐。

这这是晶圆，已经涂好光刻胶的晶圆。

刘高工把晶圆放在工作台上。

他转过身，又拿起另一块东西，那是一块方形的玻璃板，上面刻着密密麻麻的图案。

陈光远在边上解释：“这是掩模版。hK-02A一共四层，今天先做第一层。”

刘高工把掩模版装进机器上方的一个卡槽里，固定好。

然后他走到工作台前，眼睛凑到显微镜筒上，开始调整。

微型电机缓缓启动，推动着工作台慢慢前进。

到达某个位置停下，刘高工轻轻转动几个旋钮，眼睛一刻不离显微镜。

“这是在对准。”陈光远低声解释，“把掩模版上的图案，和晶圆上的对准标记对齐。这个步骤最关键，也最费神。”

刘高工调整了足足五分钟，然后长长地吐了一口气。

“行了。”他直起腰，按下一个按钮。

机器发出一声轻微的“嗡”响，一道蓝光闪过，很快又熄灭。

“曝光完成。”刘高工说。

钱兰愣了一下：“这么快？”

刘高工笑了：“曝光就一两秒。麻烦的是前面的对准。”

他松开工作台的锁定，用手轻轻推动一个手柄，工作台缓缓移动了一小段距离。

然后他又低下头，凑到显微镜筒上，又开始调整。

“这是下一个芯片的位置。”陈光远解释，“一块晶圆上，要做上百颗芯片。每做完一颗，就要移动到下一个位置，重新对准，重新曝光。”

吕辰看着刘高工，心里忽然明白了很多事。

刘高工的动作很熟练，但也很慢。

每一次对准，都要花好几分钟。

每做完一颗，他都要直起腰，活动一下脖子，然后再低下头。

一颗，两颗，三颗……

半小时过去，才做了十几颗。

吕辰凑到胡教授身边，看着监视器。

监视器的图像显示的是对位标记，每一次对准，都是一个从模糊到清晰的过程。

胡教授道：“一块晶圆上百次对准，一对就是几小时，非常考验意志力。”

周工道：“人的注意力，不可能一直保持巅峰状态。”

王工道：“这个环节对良率影响太大，我们统计过，下午的良率比上午低，周一的良率比周五高，疲劳积累是主要因素。”

郑长枫点头：“连续几十次对准之后，手会抖，眼睛会花，脑子会累。哪怕是最熟练的操作员，也会有失误的时候。”

吕辰问道：“一般的操作员，一天能做多少片？”

胡教授道：“一般的操作员，两片、最多三片，刘高工手稳，能做四到五片，而且保证良率，不同的人效率和良率都不一样，经验、体力、耐心等是主要因素。”

“两片？那不就是……两百颗芯片？”

“对。”胡教授说，“如果每片一百颗，就是两百颗。但这两百颗里，能用的，也就五十多六十颗。”

百分之三十不到的良率。

不是工艺不行，是人的极限。

人累了，就会出错。

……

从光刻间出来，吕辰三人来到陈光远的办公室。

陈光远给三人倒了水：“你们也看到了，有什么想法？”

诸葛彪道：“我一直听说良率上不去，今天总算是明白了，主要因素还是在对准过程上。”

吕辰和钱兰没有说话。

陈光远问道：“你们知道这GcA-201cGS怎么做出来的吗？”

端起茶杯，喝了一口，看着窗外，自顾自说了起来。

“第一次百工联席会议的时候，小吕你从那四项国家级技术中拼出了集成电路，刘星海教授提出了星河计划。”

他顿了顿：“小吕，你知道吗？那个光学微细图形曝光技术，是我研发的。”

吕辰惊讶道：“陈厂长，我从来没听说过，我只知道这个技术是长光所研发的，不知道是您。”

陈光远笑道：“为了在物镜上蚀刻光学刻度，我们研究出了这项技术。当时百工联席会议召开，长光所接到邀请，我就带着这项技术来参加了。”

陈光远顿了顿：“这是题外话，说回来。当时星河计划方项，因为这项技术的原因，刘星海教授要求长光所牵头研制光刻机，因为这项技术，我的老师让我担任了光刻组的组长。”

他回忆道：“星河计划立项之初，虽然有钱先生、夏先生、刘教授，以及我的老师等人支持，但并不顺利，当时专家组吵得不可开交，晶体管和集成电路的路线之争，电子束蚀刻和光刻和路线之争，自己造和外面买的路线之争……，头三个月里，天天都在吵……”

“刘星海教授坚持认为集成电路是未来、光刻是未来、技术要掌握在自己的手里，为此，星河计划第一笔2700万资金，你们红星所一分没拿，全部给了其他组。”

他说道：“当时我们联系了哈工大、上海机床厂、武水院、天津仪表厂……，十几家单位，在长光所研发光刻机。没有图纸，没有样机，没有技术资料可以抄。我们只知道一个原理，光通过掩模版，投影到涂了光刻胶的硅片上，就能把图案转印上去。”

“但“知道原理”和“造出机器”之间，隔着十万八千里。用什么光源？汞灯。但功率要多大？灯管怎么散热？寿命怎么保证？”

“用什么镜头？从哪弄？我们一块玻璃一块玻璃地磨，磨完了装起来测，测完了发现像差太大，拆了重磨。

工作台怎么动？用手推是最原始的方案。但推完了怎么保证位置精度？加丝杠。丝杠精度不够怎么办？加光栅尺。光栅尺做不出来？自己刻。

对准标记怎么设计？十字架。但显微镜下怎么看清楚？加照明。照明角度不对怎么办？改。

每一根螺丝，每一块玻璃，每一个旋钮，都是这么一点一点“试”出来的。”

陈光远笑道：“我们把能想到的东西，一个一个往上加。加完了发现不行，拆了重来。有时候拆着拆着，忽然想通了，哦，原来应该先做这个，再做那个。就这么摸着石头过河，硬是摸出一条路来。”

吕辰三人听得都惊呆了。

陈光远问道：“你们知道这GcA-201cGS，我们花了多少钱吗？”

“多少？”

陈光远比了一个巴掌：“500万不到，仅仅500万不到，但是我敢说，在今天1965年，全世界，美国也好，欧洲也罢，我们的GcA-201cGS都是最先进的，我是没见过德州仪器的光刻机长什么样，但我看过他们的产品，他们没有达到5微米，不要说5微米，10微米他们都没达到。”

他自信道：“的确，我们的良率上不去，一直卡在50%以下，但也是最先进的。我们500万搞出来了，他们的要多少钱，一个亿美金，还是两个亿美金？”

他摇了摇头：“但是，我们现在是先进，可是他们有全球市场在拉动技术更新，他们投再多的钱也不怕，因为本钱能拿回来，我们就不一样，我们面临着封锁，没有全球市场托底，没有钱，产业就发展不起来。”

他说道：“500万是少，但仅仅是一个光刻机，整个星河计划，那就是天文数据，启动资金2700万，第二期建设资金又是5000万，6305厂建设花了3000多万，昆仑计划又是6800万……，这一笔一笔，都是人民群众的血汗。”

“6305厂开始筹建，刘星海教授找到我老师，要求我来当这个副厂长，我老师希望我用亲自研发的光刻机，来为星河计划、为国家的集成电路趟出一条自立之路。”

“除了我，还有厂里那50多位专家，凭着一股劲，凭着对星河计划的感情，刘星海教授相召，他们就来了。”陈光远说着乐了起来，“这些人可都是老烟枪，可是6305厂是洁净区，所以都戒烟了，我也戒了。”

吕辰三人也笑了起来。

陈光远说道：“6305厂建起来了，集成电路的价值国家也看到了，优先保障国防军工，但星河计划要发展，产业要发展，所以首长批准建设第二条生产线，为国家的外贸事业添砖加瓦，在茶叶、丝绸、黑猪鬃之外，再添利器。”

他自顾自说道：“但第二条线不会是这样子，这条线良率上不去，原因今天你们也看到了。”

吕辰点点头：“那陈厂长有什么计划？”

陈光远说道：“新生产线的光刻机，要自动化。”

吕辰愣了一下：“您是说……”

陈光远拿出一个本子翻开，上面画着光刻机的结构示意图。

陈光远拿起粉笔，在“对准系统”和“工作台”两个部分画了圈。

“咱们设计GcA-201cGS时条件有限，只能做到半自动。人工对准，人工步进。”他用粉笔点着那两个圈，“用了这一年多，我发现问题在哪了。”

吕辰三人凑过去。

陈光远继续说：“核心问题有三个。第一，对准。现在是用显微镜+人眼判断，手动调节。第二，步进。现在是用手推动工作台，靠经验定位。第三，监视，当前我们是用显微镜，只能定位位置，不能看到曝光过程。”

他用笔在空白处画了一个流程图。

“一颗芯片，要对准一次。一百颗，就要对准一百次。人的注意力不可能一直保持巅峰，这就是为什么下午良率比上午低，周一良率比周五高。”

他看着吕辰：“你是系统集成专员，整个6305厂的建设你都参与了。你应该明白，咱们下一步要做的，是什么。”

吕辰点点头：“自动化，把最核心的对准和步进，变成自动的。”

“对。”陈光远说，“而且要用咱们自己的技术。”

他在本子上继续画。

“自动对准，用光电检测。在掩模版和晶圆上，做特殊的光学对准标记，比如光栅，比如十字。用光电管接收信号，当信号达到峰值的时候，就是对准了。”

他顿了顿：“这个思路，可以迁移西军电的雷达跟踪技术。他们做雷达信号处理，有现成的峰值检测算法。”

吕辰眼睛亮了：“秦世襄教授那边？”

“对。”陈光远说，“我已经和他通过信，他表示愿意合作。”

他又指向工作台部分。

“自动步进，就用你们正在设计的脉冲电机，加上长光所的光栅尺闭环控制。步进精度做到±1微米。步进的参数，比如x/Y步距、阵列行数列数，可以用二维卡存起来，读卡机自动读取。”

吕辰脑子里飞快地转着。

光电检测自动对准，脉冲电机自动步进，二维卡存储参数……

这不就是一套完整的自动化光刻系统吗？

他看着陈光远：“陈厂长，您这个方案，只改造最核心的对准和步进，不动曝光光源和掩模版架？”

“对。”陈光远说，“这样风险最小，见效最快。解决了人工对准的不一致性，良率就有希望翻倍。而且可以逐步实施，先做自动对准，再做自动步进。紧急情况，还可以切回手动模式。”

他放下笔，看着吕辰：“小吕，咱们这台光刻机，是我设计的。我知道它哪里行，哪里不行。现在你们做这个脉冲电机，正好可以把它最不行的地方，改过来。”

吕辰沉默了几秒，然后重重地点头。

“陈厂长，我明白了。您的这个改造方案，比我们单纯做脉冲电机，高了一个层次。”

陈光远笑了：“别夸我。我就是天天在车间里看，看得多了，就知道问题在哪。你们做技术的，能把电机做出来，才是真本事。”

钱兰问道：“陈厂长，那您说的监视是指？”

陈光远笑道：“这个你们最清楚，方教授研发的光阴极，小吕的方案，方教授已经告诉我了，下一代光刻机集成了那个系统，就能做到实时监控曝光情况。”

诸葛彪感叹道：“那良率怕是能做到60%以上……”

陈光远笑道：“不只是良率的事，良率60%以上只是基本的，单从技术主讲，能突破2微米工艺。”

钱兰和诸葛彪都惊呆了：“2微米工艺，能放多少晶体管。”

吕辰道：“诸葛师兄，钱师姐，技术固然重要，但最重要的是效率，机械对准的效率，比起人工对准，起码要翻几个倍，芯片的成本能极度压缩，这就是优势，能让星河计划成长起来的保障。”

陈光远笑道：“李厂长已经去请梁先生，6305厂的新产线，开春就要建设了，下一代光刻机，已经在长光所开始研发，所以你们这个高频脉冲电机，要抓紧了。”

三人感觉压力一下子大了起来。

吕辰感觉心里有一股劲：“陈厂长，我们会加快的。”

窗外，夕阳西下，余晖洒在6305的崭新厂房上。

这是中国第一座现代化的集成电路工厂。