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第281章 光學聖地

第二天下午,列車緩緩駛入長春站。

車窗外,站臺的景象與北京、山海關截然不同。

灰色的水泥站臺更顯寬闊,立柱上刷著半人高的深綠色油漆。

月臺上的人群穿著厚實的棉衣,男人大多戴著東北常見的狗皮帽子,女人圍著厚厚的毛線圍巾,撥出的白氣在清冷的空氣中凝成一團團。

“長春到了。”王營長已經收拾好行裝,“宋教授,小呂,小謝,咱們就此別過,祝你們工作有成!”

三人與王營長道別後,提著行李下車。

剛踏上站臺,凜冽的寒風便撲面而來,比北京的風更幹更硬,像帶著細小的冰針。

“宋教授!呂辰同志!謝凱同志!”一個穿著藍色棉製服、戴眼鏡的中年男人朝他們快步走來,“我是長春光機所科研處的李振華,奉所裡指示來接三位!”

寒暄過後,一行人穿過車站大廳,走出大門。

長春的街道比北京更寬闊,路邊的建築多是三四層的蘇式樓房,灰黃色的外牆在冬日的天空下顯得格外肅穆。

街邊高大的楊樹葉子早已落盡,樹幹上整齊地刷著白色石灰,像統一的冬裝。

鉛灰色的天空低垂,空氣中瀰漫著冰雪將至的氣息。

吉普車駛離車站,向南湖方向開去。

沿途街道規整如棋盤,偶爾能看到偽滿時期留下的日式建築,與新中國的建築並列,形成跨越時代的對話。

越往南湖方向,建築越稀少,大片的空地和零散的平房映入眼簾。

“咱們光機所在南湖大路附近。”李振華介紹道,“這一片是科研單位集中的地方。王大珩先生就是看中這裡遠離市區,干擾少,有擴充套件空間。”

車子拐上南湖大路,路面平整。

路兩旁是整齊的松樹,即使在冬季也保持著深綠色。

遠處,一片建築群逐漸顯現,被圍牆環繞的園區,中央一棟四層蘇式主樓巍然矗立,深灰色的磚石外牆,陡峭的坡屋頂,高大整齊的窗戶。

大門柱上掛著白底黑字的牌子:中國科學院光學精密機械儀器研究所,字型莊重有力。

持槍的衛兵檢查證件後放行,園區內道路整潔,松柏挺立,主樓前的小廣場中央,五星紅旗在寒風中獵獵飄揚。

李振華安排三人入住主樓後的招待所。

房間雖簡樸但乾淨暖和,暖氣片散發著穩定的熱量。

晚飯時間,李振華接他們到主樓地下的食堂。

穿過坐滿科研人員的大廳,來到用屏風隔出的小間,已有四五人在等候。

“宋教授,歡迎!”一位五十多歲、頭髮花白、戴黑框眼鏡的長者率先起身,“我是陳光遠,主管光學部。王大珩所長在北京開會,委託我接待三位。”

陳光遠與三人一一握手,目光在呂辰身上多停留了一瞬:“呂辰同志,劉星海教授在電話裡特別提到了你。後生可畏!”

“陳副所長過獎了。”呂辰謙虛道。

陳光遠又介紹在座的其他人:光學設計室主任張工、精密機械室主任王工、光電控制室主任孫工,都是各領域骨幹。呂辰注意到,桌邊還有幾張陌生面孔。

“這幾位是兄弟單位派駐我們所,聯合攻關光刻機專案的同志。”陳光遠繼續介紹,“哈工大精密機械系的周工,上海機床廠技術科的劉工,武水院電網實驗室的趙工。”

三人起身與呂辰他們握手。

周工約四十歲,面容精幹,手上有老繭,一看就是常在一線;劉工稍年輕,戴著一副深度眼鏡,鏡片後的眼睛透著技術人員的專注;趙工則是典型的工程師模樣,說話條理清晰。

“沒想到能在這裡遇見‘星河計劃’的同志。”哈工大的周工笑道,“我們在所裡搞了大半年機械平臺,你們紅星所在自動化方面的威名,我們早有耳聞,咱們一定要好好交流交流。”

上海機床廠的劉工推了推眼鏡:“我們廠負責精密工作臺的加工,遇到不少工藝難題。聽說你們在‘掐絲琺琅’電路板上解決了類似問題,很想取取經。”

武水院的趙工說話直接:“電網穩定是精密裝置的基礎。你們搞自動化,對電力質量要求肯定也高,咱們有共同語言。”

這意外卻合理的相遇讓呂辰精神一振。

光刻機的研發果然不是光機所一家之事,而是全國協作的系統工程。

晚飯是簡單的東北菜,但有一碗熱氣騰騰的酸菜白肉湯,在寒冷的冬夜格外暖胃。

席間,話題自然轉向技術。

“陳副所長,”宋教授開口,“光刻技術是積體電路製造的關鍵,這次來就是想深入瞭解你們的進展和困難。”

陳光遠放下筷子,神情嚴肅:“我們目前已經能在玻璃基板上穩定刻劃出線寬5微米左右的圖形,但離積體電路需要的2微米甚至更細,還有不小差距。”

“瓶頸在哪裡?”宋教授問。

“多方面。”張工說,“首先是光源。高壓汞燈紫外輸出不穩定,能量起伏導致曝光不均勻。其次是物鏡——我們自研的復消色差物鏡,理論解析度能達到2微米,但實際裝調後,像差、畸變控制不理想。”

哈工大的周工插話:“機械部分問題也大。我們設計的工作臺用蝸輪蝸桿傳動,理論定位精度能達到微米級。但實際執行中,溫度變化、振動、導軌磨損……各種因素疊加,重複定位精度就下來了。”

上海機床廠的劉工點頭:“加工精度也有極限。我們廠能做蝸輪蝸桿,但齒形誤差累積起來,傳到工作臺末端,誤差就放大了。而且材料熱處理後的尺寸穩定性,還需要改進。”

武水院的趙工接著說:“電力質量問題。我們測試過,所裡電網電壓波動能達到±10%,頻率也有漂移。對精密裝置來說,這是致命的。”

王工嘆了口氣:“最頭疼的是套刻誤差,兩次曝光對不準,圖形就重疊不上。平均偏移3微米,最大達到8微米。這個誤差對積體電路是致命的。”

呂辰認真聽著,這些問題的根源他前世在書本上都讀過:需要更穩定的光源、更精密的物鏡設計、閉環反饋系統、更純淨的電力……但在1962年,這些技術要麼不存在,要麼剛剛萌芽。

“我們聽說你們在‘掐絲琺琅’電路板方面取得了突破。”陳光遠看向呂辰,“那種工藝對精度要求也很高。你們是怎麼解決類似問題的?”

呂辰想了想:“陳副所長,我們的‘掐絲琺琅’工藝本質是‘以粗代精’。銅線直徑0.5毫米左右,誤差允許0.1毫米——靠熟練工人的手感就能達到。但光刻需要微米級精度,差了兩個數量級。”

他頓了頓:“不過,我們在質量控制上的一些思路也許有借鑑意義。我們建立嚴格的工藝規範,每道工序都有明確的引數範圍和檢驗標準。記錄每一批產品的資料,分析波動規律,找出影響質量的關鍵因素。雖然‘精度’不高,但‘一致性’在逐步提升。”

陳光遠若有所思:“資料積累、過程控制……工業化管理的路子。”

“是的。”呂辰點頭,“精密技術不能只靠個別老師傅的手藝,必須把經驗轉化為可重複、可傳授的工藝規範。哪怕一開始規範不完美,但只要有資料積累,就能不斷最佳化。”

哈工大的周工眼睛一亮:“這個思路好!我們搞機械的,老師傅調導軌間隙,手感玄得很。要是能把‘手感’量化成資料……”

“我們也嘗試過。”上海機床廠的劉工說,“但加工中的變數太多:刀具磨損、冷卻液溫度、材料批次差異……記錄不過來。”

武水院的趙工笑道:“我們電網監測倒是一直在記錄資料。電壓、頻率、諧波……積累了幾年,確實找出了一些規律。比如每天下午兩點,廠區大電機啟動時,電壓會驟降。我們就調整了供電方案。”

陳光遠看向呂辰:“聽說你在半導體所建議了‘光學記錄裝置’和‘模型實驗’?”

呂辰一愣。

陳光遠笑了:“王守方所長昨天給我打電話,把你那兩個建議誇了一通。說你們走後,所裡連夜開會決定嘗試。他還讓我轉告,要謝謝你的建議。”

小間裡的人都笑了起來。

“小呂你也要多給我們提主意。”陳光遠語氣溫和:“年輕人敢想敢說,是好事。我們這些老傢伙有時容易陷入思維定式。聽聽不同角度的聲音,沒準真能開啟新思路。”

晚飯在輕鬆的技術交流中結束。

陳光遠囑咐三人好好休息,明天一早開始正式參觀。

第二天清晨,起床鈴響。

呂辰拉開窗簾,東方天際泛著魚肚白,園區路燈還亮著,幾個早起的人影已在主樓前走動。

早飯後,眾人開始參觀,第一站是光學加工車間。

推開厚重的隔音門,一股混合著冷卻液、拋光粉和金屬的氣息撲面而來。

車間燈火通明,一排排拋光機轟鳴運轉。

每臺機器前站著工人,身穿深藍色工裝,專注地觀察鏡片與拋光模的接觸,不時新增乳白色的拋光粉懸浮液。

“這是古典拋光法。”張工介紹,“工人靠手感控制壓力、速度和拋光時間,最終要讓表面粗糙度達到奈米級。”

操作工人是個四十多歲的老師傅,眼神專注得像在雕琢藝術品,他雙手輕扶拋光模邊緣,透過細微調整控制拋光壓力分佈。

車間牆上貼著巨幅質量控制標準:

透鏡中心偏差:不得大於0.5秒

面型精度:λ/10(λ=)

表面粗糙度:Ra≤1nm

這些數字背後是近乎苛刻的精度要求。

0.5秒的角度偏差,相當於在100米距離上偏差不到毫米;λ/10的面型精度,意味著鏡片表面起伏不能超過63奈米——不到頭髮絲直徑的千分之一。

哈工大的周工,拿起一臺振動測量儀貼在機架上。

他指著手持儀表的指標,對呂辰等人說道:“我們懷疑工作臺定位精度不夠,部分原因是拋光機振動傳導。你看這讀數,機器一開,基礎振動就傳到整個車間。雖然光刻機有隔振地基,但低頻振動很難完全隔離。”

陳光遠嘆氣:“這是老問題了,廠裡機床多,重型裝置一開,地面都顫。我們拋光最怕這個,一震,鏡片表面就出波紋。”

“想過主動隔振嗎?”宋顏教授問。

“想過,但成本太高。”周工搖頭,“一套氣浮隔振平臺,得進口,外匯批不下來。我們現在用橡膠墊加彈簧,效果有限。”

離開光學車間,下一站是裝調實驗室。

實驗室裡,幾張龐大的花崗岩光學平臺佔據大部分空間。

平臺上,複雜的系統正在裝調:鐳射器、透鏡組、反射鏡、分光稜鏡……構成一條條精密光路。

科研人員趴在平臺旁,眼睛緊貼自準直儀或顯微鏡目鏡,一隻手緩緩旋轉微調旋鈕。

動作輕柔得彷彿呼吸重一點都會影響精度。

一位位三十來歲的女科研人員在旁邊記錄著資料,上海機床廠的劉工拿把筆記本拿了起來,上面密密麻麻寫滿了資料:溫度、溼度、調整步驟、檢測結果……

劉工指了指筆記本:“受你昨天的啟發,我覺得應該系統記錄。你看這位女同志,她調這個光譜儀系統已經三天了。我問她調了甚麼、為甚麼這麼調,她只能說‘感覺’。這不行,經驗必須能傳遞。”

女科研有些不好意思:“劉工說得對。我們光學裝調,很多時候確實靠‘感覺’。看干涉條紋的形狀,就知道哪裡高了低了。但要說清楚為甚麼,難。”

“那就從記錄開始。”陳光遠強調,“每次裝調,記錄下所有可量化的引數:室溫、溼度、每個調整螺絲轉了多少度、調整前後的干涉條紋變化。時間長了,資料多了,也許能找出規律。”

第三站是精密機械車間。

車間裡機床轟鳴,空氣中瀰漫著切削液的味道。

這裡加工的是光刻機原型機的機械部件。

車間中央,一臺大型龍門銑床的工作臺上固定著光刻機工作臺基座,老師傅正用千分表測量平面度。

武水院的趙工表情嚴肅:“昨天晚飯後,我測了所裡幾個點的電壓,波動比想象中大。你們看這個插座,標稱220伏,實測在210到230之間跳。頻率也不穩,49.8到50.2赫茲。”

“對光刻機影響大嗎?”宋顏教授問。

“很大。”趙工說,“精密裝置對電源質量極其敏感。電壓波動會導致光源輸出不穩定,曝光不均勻。頻率漂移會影響同步電機轉速,進而影響工作臺定位。更別說突發的電壓尖峰,可能直接燒燬控制電路。”

“所裡沒有穩壓裝置?”

“有,但老了,響應速度慢。”趙工嘆氣,“而且整個所共用一臺大穩壓器,不同裝置互相干擾。我建議每臺精密裝置配獨立穩壓電源,但成本太高,所裡還在考慮。”

旁邊工作臺上,幾個年輕技術員正在組裝蝸輪蝸桿傳動部件。

蝸輪齒面光滑如鏡,蝸桿閃閃發亮。

他們用汽油仔細清洗每一個零件,在放大鏡下裝配。

“間隙要調到2微米以內。”一個技術員低聲說,“太緊會卡死,太鬆回程誤差大。”

“溫度補償算了嗎?”同伴問。

“算了,按20度基準做的。實際執行會發熱,留了0.5微米膨脹餘量。”

呂辰聽著,心裡點頭。

這些考慮已觸及精密機械的核心,不僅要靜態精度,還要考慮動態執行中的溫度、振動、磨損。

終於,他們來到此行的核心目標,第一代光刻機原型所在的實驗室。

實驗室保密等級更高,進入前要登記,交出筆記本,穿上白大褂和鞋套。

警戒線內,那臺“大傢伙”靜靜矗立。

它比想象中更大,整體像巨大的鐵櫃,長約兩米,寬一米五,高約一人半。

暗灰色鋼板外殼上有不少接線孔和觀察窗。

機器上方伸出粗黑的電纜,連線牆上的配電櫃。

旁邊還有水冷機,水管蜿蜒連線到機器內部。

透過正面的厚玻璃觀察窗,能看到內部結構:圓形的工作臺,上方懸吊的鏡筒,側面的光源痕跡。

“整體結構半封閉。”陳光遠介紹,“內部需保持潔淨。操作時,把塗有感光膠的玻璃基板放工作臺上,關門,抽真空或充氮氣,然後曝光。”

張工拿來一塊玻璃片放在顯微鏡下:“這是曝光測試結果。”

呂辰湊到目鏡前。視野裡是密密麻麻的線條圖案,線寬約5微米。但線條邊緣不直,有微小波浪起伏;寬度不均勻;有些地方線條斷了。

“5微米線寬測試圖形。”張工說,“問題很多:線條邊緣粗糙,寬度波動超30%;區域性斷線;不同區域線條寬度差異——曝光不均勻導致的。”

王工指著另一塊玻璃片:“這是兩次曝光的結果,先刻水平線,再刻豎直線,理論上應形成完美網格。但你們看。”

呂辰再看,水平線和豎直線交叉形成網格,但交叉點不對齊,有的偏移,有的完全錯開,網格歪歪扭扭。

“平均偏移3微米,最大8微米。”王工嘆氣,“這個誤差對積體電路是致命的。”

陳光遠總結:“工作臺定位重複精度不夠;溫度變化導致熱脹冷縮;振動干擾……很多問題理論上知道解決方案,但實際做起來,要材料、要工藝、要裝置,更要時間和經驗。”

實驗室安靜下來,只有原型機內部隱約的風扇聲和水冷機執行聲。

這是中國第一代光刻機雛形,粗糙、不穩定、精度有限,但它代表一種方向,一種從無到有的突破。

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