| Предыдущая глава |
↓ Содержание ↓
↑ Свернуть ↑
| Следующая глава |
Само собой, тут потребуются уже круговые, а не линейные шкалы, но они у нас тоже были — народ учился ловить люфты программным способом, для чего навешивал на валы датчики и отмерял количество импульсов по каждому механическому звену — скажем, если вал двигателя провернулся уже на десять делений, а сцепленная с его шестеренкой другая шестеренка — только начала выдавать импульсы — уже можно посчитать зазор в кинематической паре шестерня двигателя — первая шестерня редуктора. А ведь эти датчики можно навешать вплоть до ходового винта, и таким образом можно посчитать полный люфт привода, с выявлением "слабого звена", а если учесть датчик линейного хода, то и полный люфт системы двигатель-инструмент. Это полезно не только для расчетов перемещения и обработки, но и для отслеживания состояния станка — не пора ли менять в нем детали, а то и вовсе списывать в учебные учреждения, чтобы школьники окончательно его доломали.
Впрочем, и помимо этих тонкостей с люфтами работы предстояло еще много. Мы ведь научились измерять только перемещения агрегатов станка, но не размеры обрабатываемой детали. А там было еще много тонкостей, и даже если суппорт перемещается с высокой точностью, это не значит, что деталь попадет в размеры — там и износ резца, и тепловые деформации при обработке, и отгиб детали или резца из-за недостаточной жесткости — для измерения всех этих величин требовались датчики и алгоритмы. А для алгоритмов были нужны не только программы, но и аппаратура, которая сможет их отрабатывать.
Тут как раз и пригодилась случайно разработанная станочниками схема измерения вибраций, которую электронщики утащили на свое оборудование. А то у них была беда — они вышли на проектные нормы менее десятка микрон, но все получалось очень размытым. И было подозрение, что из-за вибраций, а чем их померять — непонятно. А тут — готовая схема, а главное — идея, которая в дальнейшем помогла во взятии новых рубежей. Ведь с новыми проектными нормами было еще много проблем, а спускаться ниже десяти микрометров мы в массовом производстве пока точно не могли — опыт изготовления в лабораториях единичных микросхем по более тонким процессам ставил больше вопросов чем давал ответов.
Взять тот же фоторезист. Методы фотолитографии вообще-то известны уже давно. Так, в 1852 году в Англии было запатентовано использование смеси бихроматов — солей дихромовой кислоты — с желатиной — эта смесь становилась нерастворимой на освещенных участках. Эти "хромированные коллоиды" применяют в полиграфии и сейчас. В тридцатых годах уже двадцатого века были открыты фоторезисты на основе коричной кислоты в матрице природных пленкообразующих смол. И получение этого фотореактива дело не слишком сложное — в реакциях участвуют либо ацетон с бензальдегидом, либо бензойный альдегид с уксусной кислотой — в присутствии каких-нибудь хлорных соединений — все эти реакции были известны и как минимум на уровне лабораторного производства не представляли никаких сложностей.
Но основным нашим фоторезистом стали соединения на основе диазосмол. Собственно, диазотипия — светокопирование с использованием солей диазония — было открыто еще в 1923 и с тех пор массово использовалось для копирования чертежей и других изображений (а до того — с 1902 года — для этих же целей использовалась цианотипия — пресловутая "синька", чье название перешло у нас и на диазотипию, хотя цвет чертежей был уже не синим). Эти процессы подходили для светокопирования, но не для фотолитографии, которая требовала плотного покрытия, а не просто покрытия слоем кристалликов — между их гранями все-равно к подложке будут проникать ненужные вещества. Поэтому-то мы и использовали полиграфические методы фотолитографии — там также требовалось сплошное покрытие, которое образовывали полимеризующиеся молекулы какого-нибудь органического вещества.
Как раз диазониевые соли для этого и подходили — они выступали катализатором отверждения разнообразных органических соединений — например, еще в 1931 ее использовали для отверждения слоя животного клея под действием света. Правда, для газет было достаточно разрешения и в две-четыре линии на миллиметр, но с помощью этой же технологии получали и печатные формы для журналов, где требовалось более высокое качество — собственно, после освобождения Минска в начале сорок второго у нас и появились как технологии, так и настоящие специалисты по фотолитографии — минские типографии были оборудованы можно сказать по последнему слову техники. С их-то помощью мы в конце концов и получили на небольших площадях разрешение уже двести линий на миллиметр, то есть пять микрометров — как раз с некоторым запасом для проектных норм в десять микрометров. Дальше пока был затык — там и слишком сильное набухание частей фоторезиста, которые будут смываться — они сдвигали незасвеченные участки, да и других возникающих дефектов хватало, так что работы предстоит еще много — ведь чем толще слой пленки фоторезиста — тем сильнее набухание и деформации, а чем этот слой тоньше — тем вероятнее возникновение проколов и просто дырок, разрывов, когда при сушке слой фоторезиста несколько стягивается, так что может даже порваться.
В плане оптики мы также сделали шаг вперед, позволивший нам перейти к десяти микронам. Так, мы начали получать первые партии синтетического стекла — из кремния, очищенного для микроэлектроники — просто потом окисляли его до оксида кремния, то есть до кварца. Чистейшего — такого не было даже в природе. Сто грамм в сутки, на пару линз — и вот микроэлектронщики получили первую проецирующую установку на топологические нормы в десять микрон. Сама установка была высотой в два метра и засветку приходилось делать пошагово — засветить одну микросхему — и передвигаться к следующей — все для того, чтобы максимально уменьшить аберрации проецируемого изображения, хотя мы и так отлично постарались — помимо линз из чистейшего стекла мы впервые применили мощные монохроматоры — вырезали из спектра излучения паров цезия нужную линию света — четыреста с чем-то нанометров — и ею засвечивали фоторезист. Это хотя и уменьшало энергию засветки, зато избавляло нас от хроматических аберраций — теперь через оптическую систему шла только одна волна, а сама оптическая система была рассчитана именно на нее.
И, несмотря на все эти ухищрения, поначалу выход годных микросхем был равен нулю. Немного поигравшись с параметрами толщины фоторезистов, интенсивности источника света, длительности засветки, с легированием — народ отчаялся получить годные микросхемы и стал варварски выдергивать их из техпроцесса на разных стадиях — изучать, а что там вообще происходит ? Стандартная практика. Проблема была в нечеткости линий, причем иногда что-то все-таки сначала получалось и затем портилось уже на последующих этапах.
Тут-то и подоспели оптические датчики вибраций. Понатыкав их пару десятков, электронщики и обнаружили, что внешне неподвижная проекционная колонна дрожит как лист на ветру. Загвоздка крылась в системе охлаждения — дело в том, что еще раньше оптики наелись с температурными деформациями, из-за которых начинали ехать оптические оси и изображение расплывалось. Поэтому они встроили в систему множество трубок, по которым текла охлаждающая жидкость — они проходили через держатели линз и охлаждали как сами держатели, так и линзы — те ведь тоже нагревались проходящим через них светом. А сами трубки были жесткими — по ним-то вибрация и пробиралась внутрь оптической системы. Введение гибких сочленений частично решило проблему — оптика стала выдавать нужные десять микрон разрешения. Но было понятно, что дальше проблема встанет во весь рост. Конечно, можно было бы на время засветки вырубать охлаждение и потом запускать его чтобы вернуть температуру, а следовательно и размеры элементов оптической системы в норму, на которую они и были рассчитаны. Но это потребует остановок, что снизит коэффициент использования аппаратуры. Делать более жесткой систему оправок для линз тоже не выход — там требовалось множество регулировочных винтов, которыми выставлялись сами линзы — а то не все получались с нужными параметрами и таким перемещением — вдоль или поперек оптической оси, а то и с наклоном к ней — частично компенсировали погрешности изготовления — ведь передвинуть линзу зачастую проще, чем сделать ее точно в размер. Была еще мысль охлаждать воздухом, но это приведет к высоким турбулентностям внутри световой колонны, то есть коэффициент преломления воздуха будет меняться самым непредсказуемым образом, что опять же приведет к искажениям. Оптикам было над чем поразмыслить.
А ведь линзовики уже активно шлифовали стекляшки для засветки сразу всей площади пластины, что увеличит размеры элементов оптической системы а, следовательно, и их абсолютные перемещения при тепловых деформациях — головной боли еще прибавится. С другой стороны, при этом можно будет и останавливать засвечивание без особой потери производительности — ведь при засветке целой пластины тонкие работы по перемещению шаблона уйдут с этапа изготовления пластин на этап изготовления фотошаблонов, что существенно уменьшит время прохождения одной пластины, так что можно будет немного и потерять в производительности — на круг все-равно будет выходить существенная прибавка.
Тем более что мы перешли уже на пластины диаметром пять сантиметров и оптики утверждали, что искажения будут минимальны, благо для контроля сферичности поверхностей применяли интереференционные методы, позволявшие визуально определить, где еще надо подшлифовать, так что на доводку одной линзы уходило не более месяца, что с учетом параллельной работы десятка постов шлифовки позволит получать нам по одной проекционной установке каждые три месяца.
Правда, тут пока были проблемы с однородностью поля засветки — если при засветке каждой микросхемы в отдельности было достаточно только одного источника света, то для целой пластины их потребуется минимум шесть — и этот свет надо как-то распределить равномерно, что пока не получалось — источники давали горбы и спады освещенности. Впрочем, была идея сделать количество источников по количеству микросхем на одной пластине — при этом горбы засветки придутся на сами элементы микросхем, а спады — на окружающие их площадки для пайки выводов — их можно будет засвечивать на менее тонких процессах.
Пока же установка была мало того с шаговой засветкой, так еще и одна, поэтому все операции выполнялись на ней с многочисленными возвратами — отлегируют каналы — и снова на засветку, теперь уже шаблонами стоков или истоков, потом отлегируют их — и обратно на засветку — уже для металлизации. Одна пластина возвращалась в эту проецирующую установку до десяти раз. Зато мы уже получали микросхемы памяти емкостью 256 бит — почти на десять килобайт в сутки, при выходе годных целых пять процентов — шла отладка технологии, и тут оптические приборы для измерения малых перемещений были очень кстати. Пока эти перемещения выполнялись вручную, но электронщики уже прикрутили и управляющую ЭВМ, отлаживая автоматизированную засветку пластин — мы начиная с апреля снизили выпуск микросхем памяти в пользу микросхем логики, чтобы ее хватило на все эти эксперименты с управляющими ЭВМ, тем более что их требовалось уже много — народ входил во вкус.
Так, тем же электронщикам управляющая ЭВМ была нужна в том числе и для проверки микросхем перед металлизацией — как я упоминал, выход годных микросхем с проектными нормами в 10 микрон поначалу был очень мал. Проблема, напомню, заключалась прежде всего в качестве монокристалических пластин — там было слишком много дефектов, и если для более "толстых" процессов они зачастую были некритичными, то для десяти микрон каверна на поверхности запросто могла перекрыть полностью весь канал — ведь в местах дислокаций все процессы происходят интенсивнее — в том числе и диффузия, и травление, и адсорбция. Это я еще молчу про неоднородность легирования кристаллов и пластин — мало того что кристаллы могли иметь разное сопротивление по длине, а значит пластины из одного кристалла также могли различаться по степени базового легирования, так еще и сами пластины могли иметь неоднородное легирование по своей поверхности — тепловые потоки в расплаве были неоднородны, и эта неоднородность приводила к неоднородности материала, присоединявшегося к растущему кристаллу — в какой-то момент подошел материал с чуть повышенным уровнем легирующих добавок, в какой-то — с чуть пониженным — и вращение тигля и кристалла, с помощью которого пытались как-то выровнять конвекционные потоки, как бы размазывало эту неоднородность по поперечному сечению. И если первый вариант неоднородности — от пластины к пластине — еще можно было выровнять изменением времени диффузионной обработки, то со вторым типом неоднородности бороться было сложно — тут уже все зависело от того, как эти неоднородности попадут на элементы транзисторов. Наши разработчики сделали тестер с массивом из двадцати пяти иголок — пять рядов по пять иголок, с шагом два миллиметра — и им измеряли сопротивление пластин в отдельных участках — и исходя из этого пытались поиграться параметрами легирования при обработке конкретной пластины, чтобы получить максимальный выход нормальных микросхем. Сплошная морока.
ГЛАВА 17.
В любом случае — из-за всех этих дефектов любой транзистор мог оказаться нерабочим, нерабочей становилась и вся схема, в которой он участвовал. Но остальные-то транзисторы могли оказаться рабочими — все или частью. А до металлизации этого никак не узнаешь — проверки были заточены на тестирование уже готовой схемы. Микроэлектронщикам было жалко, что пропадает кропотливая работа по изготовлению самих транзисторов, и они хотели приспособить нормальные транзисторы хоть для чего-нибудь — если не для сумматоров или регистров, на которые были заточены новые проектные нормы, то хотя бы для логических элементов — все хлеб. Вот народ и начал тыкать тонкими иголками в области стока, затвора и истока, чтобы узнать — годен транзистор на что-то или нет. А потом проверял его соседа. И других соседей. И только потом принималось решение о металлизации схемы — разработчики пытались соединять готовые транзисторы, чтобы получить их них хоть что-то.
Вариантов соединений получалось слишком много, чтобы делать для всех свои схемы разводки, поэтому вскоре сделали набор из десятка масок и, сдвигая их, засвечивали участки для металлизации с наиболее перспективными элементами, которые могли бы работать в логических вентилях. Но все-равно еще много полезного просто пропадало — скажем, шаблоны рассчитаны на разводку логического элемента И-НЕ по транзисторам пять, семь и одиннадцать, а вместо одиннадцатого "здоровый" — десятый или двенадцатый. И все — пропадает целый логический вентиль. Жалко — ведь на его производство было затрачено более суток времени. Мог бы жить и работать, а так — в лучшем случае эти транзисторы будут скучать рядом со своими более удачливыми соседями по микросхеме, которые смогли объединиться в команду И-НЕ или хотя бы просто НЕ. Ну а если среди соседей также не найдется счастливчиков — выбрасывается уже вся микросхема. До выброса всей пластины дело не доходило, но частенько из двадцати микросхем пластины в корзину шло пятнадцать, а то и восемнадцать штук.
| Предыдущая глава |
↓ Содержание ↓
↑ Свернуть ↑
| Следующая глава |
