穿越亮剑搞军工 - 第418章 初代光刻机突破

    汽车行业眼瞅着要起步了。接下来的事情也急不来，需要时间慢慢酦酵，加上整个产品的进一步打磨，任重对于这些细节就不再关心了。
    任重将视角转向了通讯的发展上面。
    对于东大来说，电话老式的大型纵横制自动电话交换机早已经突破，依靠自己生产的这种老式交换机目前在国内建立起来了第一张城市网，只不过由于这个纵横制交换机天生的技术弱点和专利的限制，使得这种交换机注定没法走出国门。
    所以在任重的计划中，并没有怎么发展这个技术，只是在为地级上建设好一个政府机构和工厂的简要通话网后，就停止了这种老式的交换机研发。
    按照任重给通讯研究中心的任务，主要是研发亮剑世界下一代程控交换机，重新走新的技术路线。
    而这条技术路线也是主世界中经过了验证的通讯技术发展方向。
    虽然说现在发展程控交换机还有一些勉强，但是东大在任重的催生下面，其实it基础技术积累已经超过了主世界60年代的水平，借助晶体管和集成电路方面的技术优势，从现在的技术基础上，完全具备了开发程控交换机的基础能力。
    对于接下来通讯技术的发展，任重也没有跳过时代发展的计划，他不懂这些方面的东西，所以完全照抄了主世界的通讯行业发展的步骤。
    第一波就是重新在亮剑世界把贝尔no.1 ess系统搞出来。
    这可是主世界历史上第一个商用的程控交换机系统。
    对于这个系统的一些技术资料早就解密了，任重了一些钱将详细的电路图和程序控制主要程序拿到手，然后把这些东西带入到了亮剑世界。
    虽然说亮剑世界现在通讯研究中心团队的技术积累比起主世界贝尔实验的工程师们要差些。
    但是任重带入亮剑世界的不仅仅是这个系统的设计，另外还把主世界通讯原理这样一些基础知识、原理概要说明等教科书也带入亮剑世界，让通讯研究中心搞研发的工程师们一个个都有自学成才的机会。
    摸着主世界通讯行业发展的石头走下去，这样的路子自然不会走错，不过考虑到整个行业发展的积累不仅仅是抄袭设计，更重要的是在原理等层面也有理论学习提升的机会，确保打造出来一支真正懂原理，知道核心技术点，同时也可以在接下来自动可以进行衍生产品研发的合格人才队伍，所以现在需要做的事情是一点不少。
    从原理开始学习，然后认真学习和转化任重提供的设计资料，把技术资料中内置的原理和技术点全部吃透！
    正因为有了这么多的事情需要解决，所以在进展方面，相对来说比较缓慢一些，通讯研究中心其实在上一个五年计划中就解决了纵横制交换机的设计和生产工艺，对于电话交换机的基础知识已经积累了不少。
    这样他们转向程控交换机的研发后，吸取了不少从纵横制交换机设计和生产中获得的各种基础电子元器件知识，现在要把这些功能变成集成电路来替代，对于已经突破了不少集成电路的设计和生产难题的电子研究中心来说，接下来这样的研发新需求自然问题不算太大。
    现在逐渐专业化分工的电子研究中心、通讯研究中心、计算机研究中心这三大相关性很强的研究机构，他们之间有着自己独立的研究课题，同时也在不断进行融合，共同在推进着未来it行业最核心的研究。
    有任重开挂支持，晶体管技术的发展方面东大就先走了一步，打造出来亮剑世界的第一台晶体管计算机，并且在晶体管的发展道路上越走越快，使得晶体管技术的发展起码领先亮剑世界五年以上。
    但是这才刚刚是东大it技术领先的第一步。
    接下来集成电路方面，东大也是率先突破完成集成电路设计和生产工艺，进一步把it产业的领先优势扩大，早亮剑世界众多竞争对手继续提前几年就实现了集成电路的量产和大规模的应用。
    并且为众多的专有功能集成电路申请了不少的专利。
    早期集成电路的功能比较单一，生产工艺也相对简单，通常就是利用研磨、抛光、氧化、扩散、光刻、外延生长、蒸发等一整套平面工艺技术，在一小块硅单晶片上同时制造晶体管、二极管、电阻和电容等元件，并且采用一定的隔离技术使各元件在电性能上互相隔离。然后在硅片表面蒸发铝层并用光刻技术刻蚀成互连图形，使元件按需要互连成完整电路，制成半导体单片集成电路。
    东大用了将近5年的时间走完了这个工艺的发展历程，到了55年的时候，开始搞nmos和pmos对称互补器件组成的cmos电路，发展出来主世界都耳熟能详的cmos技术工艺。
    但技术发展到了这个阶段，任重就为亮剑世界引入了更加先进的下一代集成电路的生产技术，引入了具备里程碑意义的8080芯片！
    到了8080阶段，这些新的集成电路已经同任重熟悉的电脑芯片非常接近了。
    为了减少整个技术迭代的时间，任重同样在主世界找到相关专业技术人员，将8080全套的生产工艺和设备进行了梳理。
    把生产8080芯片涉及多个关键步骤和设备，包括晶圆制造、掩膜制作、半导体制造、封装和测试等的资料搞得明明白白，进货到亮剑世界进行二次实现，包括把这些设备重新研制出来。
    这可不是一件简单的事情，哪怕是在前面已经研究了大批量集成电路生产设备的基础上，需要为8080生产研究的设备还是非常的艰难。
    首当其冲的就是高纯度晶圆制造。
    这个过程包括拉晶、晶圆切片、晶圆研磨、侵蚀、硅片抛光、清洗以及晶片外延加工，涉及高纯度的材料和严格的温度控制，以确保晶圆的质量和纯度。而掩膜制作就是通过光刻技术，利用紫外光对感光材料进行曝光，然后通过化学腐蚀或沉积的方式在芯片表面形成所需的电路图案，这一步骤是确保芯片设计的准确性和可靠性的关键，在芯片制造过程中，这一关就是最核心的所谓光刻环节。
    这个制造过程中间涉及沉积、腐蚀、清洗等多个工艺步骤技术难度都不小，特别是离子注入，这个步骤是改变硅片的导电性质，形成晶体管等电子元件的关键步骤，这一过程需要精确控制各种化学物质的浓度和温度，以确保芯片的性能和稳定性。
    涉及的工艺设计和实现是芯片制造过程中最难的步骤，没有之一。
    而早期的生产设备没有那么完善，所以主世界60年代的芯片生产，更多是要靠人工手搓！
    当初的手搓芯片并不是开玩笑，那些初代芯片工程师们，首先在方格纸上，用彩色铅笔绘制好集成电路版图，再用精细的刀片，在光掩模母版（rubylith mask)上，徒手把晶体管和电路连接，一点点刻出来，最后把模板图形，用相机缩小50-100倍，才能获得一张用来做光刻的光掩模，而和这种手工掩膜相匹配的原始光刻机，就是接触式光刻机，所以第一代光刻机只是一个人工手搓芯片的辅助工具。
    更多的是靠工程师的技术水平。
    这种接触式光刻机只会简单粗暴地把光掩膜盖在硅片上，掩膜与光刻胶涂层直接接触，再打光照射，完成曝光，然而这种光照方式的失败率和成本都很高，因为胶体本身及其黏附的浮尘微粒，不仅影响光刻效果，还会对光掩膜造成污染和破环，并且伤害效果会随着光刻次数累积，这不仅使每次光刻的良率低下，往往刻10枚芯片，只有1枚能用，同时也严重损耗光掩膜的寿命，导致一张掩膜，最多只能用个十几次，这样一来，制造芯片的成本非常高。
    早期芯片低质高价就是这样出现的。
    不过这种方式在最初是解决了有无的问题，有了这样的技术，才能把功能更加强大的芯片制作出来。
    要解决这个问题理论上也不难，直观来说，把光掩膜抬起来一点，不让它与光刻胶接触就行。
    早期工程师们也是这么想的。于是他们在接触式光刻机的基础上，加了一个水平和垂直方向上可移动的平台，以及一个用来测量光掩膜和硅片间距与套刻（overlay)的显微镜，让光刻时两者尽量靠近，但又不直接接触，这就是渐进式光刻机。它避免了光刻胶玷污光掩膜，但却带来一个新的问题：那就是由于光的衍射效应，光刻机的精度下降了。
    宏观上我们认为，光是沿直线传播的，但微观上并不是这样，光具有波动性，在通过小孔窄缝或遇到细微障碍物时，会产生衍射，或者叫绕射，偏离原本的直线传播，照到不应该照到的地方，光源波长，相比窄缝越大，衍射现象越严重，这就像你举着刀，想在硅片上劈一条100纳米宽的口子，结果发现刀刃就有400纳米宽，只能用来劈瓜。
    在渐进式光刻中，光刻精度除了受限于波长之外，还取决于光掩膜到硅片之间的距离，间距越大，硅片上的投影与掩膜上图形的误差就越大。把光掩膜举起来，光刻精度就不够；把光掩膜放下去，光刻成本又太高，这个徘徊于接触和渐进式光刻机的时期，就是半导体史上的遮蔽式光刻年代。而这两种古早的光刻机，统称为mask aligner，它们所使用的1：1光掩膜，就是一个遮光板，光刻机只用把光影照在硅片上，构造简单，不需要任何复杂的光学系统。
    接触式光刻机
    这种接触式光刻机，虽然说也可以用来生产出芯片，早期的sram存储芯片，以及古早时期第一枚商用cpu，都是用这种设备来生产的，但在当时却没有什么人能买得起，原因就在于接触式光刻的生产良率太低，对光掩膜的损耗太大，导致芯片价格过于昂贵，只能用于科研和军工这种不计成本的场景。
    显然，如果光刻技术只是这样，那芯片的普及就是一句空话，所以it行业的科学家们没有停止脚步。
    他们希望能做出一种精度高，又不用把光掩膜压在光刻胶上的光刻机。
    这就是现代光刻技术真正的起点，到了这一步，光刻机正式从接触渐进式，踏入了投影式时代，实现了现代光刻机初号机的构造。
    新的改变并不复杂，主世界新一代光刻机micralign采用反射型的投影方式，利用两片同轴的球面反射镜，把光掩膜上的图形，经过三次反射，投射在硅片上，这种对称的光路设计，可以消除球面镜产生的大部分像差，让光刻图形达到理想的分辨率，
    这样，通过最新型号投影式光刻机micralign的诞生，让芯片生产的良率从接触式光刻的约10%，一夜之间翻了7倍，飙到了70%，这一次光刻技术的飞跃，导致了芯片价格的暴跌，主世界历史上曾经摩托罗拉有一款叫6800微处理器，采用接触式光刻机来生产，每颗芯片的单价295美金；
    而第二年8名工程师从摩托罗拉跑路到了mos科技，他们拿着6800的设计电路图简单改吧改吧，直接用刚刚诞生的投影式光刻机做出的一款同6800高度相似的mos6502。生产出来同架构的芯片不但性能更强，而且价格一下子降低了很多，只卖白菜价25美金！
    一下子把价格打下来了90%以上，价格堪称打骨折！
    技术的进步威力可见一斑。
    这个过程，任重拿出来让电子技术研究中心的研发工程师从头到尾都走一遍，同主世界不同的是，这一切都是有路径可行，所以极大缩减了整个工艺流程成熟的时间，将第一代光刻机更快拿出来。
    至于封装和测试，这是芯片制造的最后一步，算是其中技术难度较低的一步，主要是要将芯片连接到外部引脚，并封装在保护性的外壳中，以便与其他电子设备连接和安装。
    芯片测试由于比较复杂，所以单独变成了一个独立的阶段，这个阶段主要是对芯片进行功能、性能和可靠性等方面的全面检测，确保其符合设计要求。
    在早期是同芯片生产交织在一起，后期则变成了一个独立的步骤，从而将芯片制造的专业性分工变得更细，效率更高。
    但是在亮剑世界发展芯片初期阶段自然不能分离出去，而是将封装测试的工艺设备进行研究完善后，专门成立封装车间和测试车间来做芯片制造的最后一个环节。
    经过几年的发展，这些步骤的工艺设计和设备终于配齐了。
    而生产的第一款真正的cpu就是任重从主世界“拿来主义”的8080！(本章完)