第二天下午,列车缓缓驶入长春站。
车窗外,站台的景象与北京、山海关截然不同。
灰色的水泥站台更显宽阔,立柱上刷着半人高的深绿色油漆。
月台上的人群穿着厚实的棉衣,男人大多戴着东北常见的狗皮帽子,女人围着厚厚的毛线围巾,呼出的白气在清冷的空气中凝成一团团。
“长春到了。”王营长已经收拾好行装,“宋教授,小吕,小谢,咱们就此别过,祝你们工作有成!”
三人与王营长道别后,提着行李下车。
刚踏上站台,凛冽的寒风便扑面而来,比北京的风更干更硬,像带着细小的冰针。
“宋教授!吕辰同志!谢凯同志!”一个穿着蓝色棉制服、戴眼镜的中年男人朝他们快步走来,“我是长春光机所科研处的李振华,奉所里指示来接三位!”
寒暄过后,一行人穿过车站大厅,走出大门。
长春的街道比北京更宽阔,路边的建筑多是三四层的苏式楼房,灰黄色的外墙在冬日的天空下显得格外肃穆。
街边高大的杨树叶子早已落尽,树干上整齐地刷着白色石灰,像统一的冬装。
铅灰色的天空低垂,空气中弥漫着冰雪将至的气息。
吉普车驶离车站,向南湖方向开去。
沿途街道规整如棋盘,偶尔能看到伪满时期留下的日式建筑,与新中国的建筑并列,形成跨越时代的对话。
越往南湖方向,建筑越稀少,大片的空地和零散的平房映入眼帘。
“咱们光机所在南湖大路附近。”李振华介绍道,“这一片是科研单位集中的地方。王大珩先生就是看中这里远离市区,干扰少,有扩展空间。”
车子拐上南湖大路,路面平整。
路两旁是整齐的松树,即使在冬季也保持着深绿色。
远处,一片建筑群逐渐显现,被围墙环绕的园区,中央一栋四层苏式主楼巍然矗立,深灰色的砖石外墙,陡峭的坡屋顶,高大整齐的窗户。
大门柱上挂着白底黑字的牌子:中国科学院光学精密机械仪器研究所,字体庄重有力。
持枪的卫兵检查证件后放行,园区内道路整洁,松柏挺立,主楼前的小广场中央,五星红旗在寒风中猎猎飘扬。
李振华安排三人入住主楼后的招待所。
房间虽简朴但干净暖和,暖气片散发着稳定的热量。
晚饭时间,李振华接他们到主楼地下的食堂。
穿过坐满科研人员的大厅,来到用屏风隔出的小间,已有四五人在等候。
“宋教授,欢迎!”一位五十多岁、头发花白、戴黑框眼镜的长者率先起身,“我是陈光远,主管光学部。王大珩所长在北京开会,委托我接待三位。”
陈光远与三人一一握手,目光在吕辰身上多停留了一瞬:“吕辰同志,刘星海教授在电话里特别提到了你。后生可畏!”
“陈副所长过奖了。”吕辰谦虚道。
陈光远又介绍在座的其他人:光学设计室主任张工、精密机械室主任王工、光电控制室主任孙工,都是各领域骨干。吕辰注意到,桌边还有几张陌生面孔。
“这几位是兄弟单位派驻我们所,联合攻关光刻机项目的同志。”陈光远继续介绍,“哈工大精密机械系的周工,上海机床厂技术科的刘工,武水院电网实验室的赵工。”
三人起身与吕辰他们握手。
周工约四十岁,面容精干,手上有老茧,一看就是常在一线;刘工稍年轻,戴着一副深度眼镜,镜片后的眼睛透着技术人员的专注;赵工则是典型的工程师模样,说话条理清晰。
“没想到能在这里遇见‘星河计划’的同志。”哈工大的周工笑道,“我们在所里搞了大半年机械平台,你们红星所在自动化方面的威名,我们早有耳闻,咱们一定要好好交流交流。”
上海机床厂的刘工推了推眼镜:“我们厂负责精密工作台的加工,遇到不少工艺难题。听说你们在‘掐丝珐琅’电路板上解决了类似问题,很想取取经。”
武水院的赵工说话直接:“电网稳定是精密设备的基础。你们搞自动化,对电力质量要求肯定也高,咱们有共同语言。”
这意外却合理的相遇让吕辰精神一振。
光刻机的研发果然不是光机所一家之事,而是全国协作的系统工程。
晚饭是简单的东北菜,但有一碗热气腾腾的酸菜白肉汤,在寒冷的冬夜格外暖胃。
席间,话题自然转向技术。
“陈副所长,”宋教授开口,“光刻技术是集成电路制造的关键,这次来就是想深入了解你们的进展和困难。”
陈光远放下筷子,神情严肃:“我们目前已经能在玻璃基板上稳定刻划出线宽5微米左右的图形,但离集成电路需要的2微米甚至更细,还有不小差距。”
“瓶颈在哪里?”宋教授问。
“多方面。”张工说,“首先是光源。高压汞灯紫外输出不稳定,能量起伏导致曝光不均匀。其次是物镜——我们自研的复消色差物镜,理论分辨率能达到2微米,但实际装调后,像差、畸变控制不理想。”
哈工大的周工插话:“机械部分问题也大。我们设计的工作台用蜗轮蜗杆传动,理论定位精度能达到微米级。但实际运行中,温度变化、振动、导轨磨损……各种因素叠加,重复定位精度就下来了。”
上海机床厂的刘工点头:“加工精度也有极限。我们厂能做蜗轮蜗杆,但齿形误差累积起来,传到工作台末端,误差就放大了。而且材料热处理后的尺寸稳定性,还需要改进。”
武水院的赵工接着说:“电力质量问题。我们测试过,所里电网电压波动能达到±10%,频率也有漂移。对精密设备来说,这是致命的。”
王工叹了口气:“最头疼的是套刻误差,两次曝光对不准,图形就重叠不上。平均偏移3微米,最大达到8微米。这个误差对集成电路是致命的。”
吕辰认真听着,这些问题的根源他前世在书本上都读过:需要更稳定的光源、更精密的物镜设计、闭环反馈系统、更纯净的电力……但在1962年,这些技术要么不存在,要么刚刚萌芽。
“我们听说你们在‘掐丝珐琅’电路板方面取得了突破。”陈光远看向吕辰,“那种工艺对精度要求也很高。你们是怎么解决类似问题的?”
吕辰想了想:“陈副所长,我们的‘掐丝珐琅’工艺本质是‘以粗代精’。铜线直径0.5毫米左右,误差允许0.1毫米——靠熟练工人的手感就能达到。但光刻需要微米级精度,差了两个数量级。”
他顿了顿:“不过,我们在质量控制上的一些思路也许有借鉴意义。我们建立严格的工艺规范,每道工序都有明确的参数范围和检验标准。记录每一批产品的数据,分析波动规律,找出影响质量的关键因素。虽然‘精度’不高,但‘一致性’在逐步提升。”
陈光远若有所思:“数据积累、过程控制……工业化管理的路子。”
“是的。”吕辰点头,“精密技术不能只靠个别老师傅的手艺,必须把经验转化为可重复、可传授的工艺规范。哪怕一开始规范不完美,但只要有数据积累,就能不断优化。”
哈工大的周工眼睛一亮:“这个思路好!我们搞机械的,老师傅调导轨间隙,手感玄得很。要是能把‘手感’量化成数据……”
“我们也尝试过。”上海机床厂的刘工说,“但加工中的变量太多:刀具磨损、冷却液温度、材料批次差异……记录不过来。”
武水院的赵工笑道:“我们电网监测倒是一直在记录数据。电压、频率、谐波……积累了几年,确实找出了一些规律。比如每天下午两点,厂区大电机启动时,电压会骤降。我们就调整了供电方案。”
陈光远看向吕辰:“听说你在半导体所建议了‘光学记录装置’和‘模型实验’?”
吕辰一愣。
陈光远笑了:“王守方所长昨天给我打电话,把你那两个建议夸了一通。说你们走后,所里连夜开会决定尝试。他还让我转告,要谢谢你的建议。”
小间里的人都笑了起来。
“小吕你也要多给我们提主意。”陈光远语气温和:“年轻人敢想敢说,是好事。我们这些老家伙有时容易陷入思维定式。听听不同角度的声音,没准真能打开新思路。”
晚饭在轻松的技术交流中结束。
陈光远嘱咐三人好好休息,明天一早开始正式参观。
第二天清晨,起床铃响。
吕辰拉开窗帘,东方天际泛着鱼肚白,园区路灯还亮着,几个早起的人影已在主楼前走动。
早饭后,众人开始参观,第一站是光学加工车间。
推开厚重的隔音门,一股混合着冷却液、抛光粉和金属的气息扑面而来。
车间灯火通明,一排排抛光机轰鸣运转。
每台机器前站着工人,身穿深蓝色工装,专注地观察镜片与抛光模的接触,不时添加乳白色的抛光粉悬浮液。
“这是古典抛光法。”张工介绍,“工人靠手感控制压力、速度和抛光时间,最终要让表面粗糙度达到纳米级。”
操作工人是个四十多岁的老师傅,眼神专注得像在雕琢艺术品,他双手轻扶抛光模边缘,通过细微调整控制抛光压力分布。
车间墙上贴着巨幅质量控制标准:
透镜中心偏差:不得大于0.5秒
面型精度:λ\/10(λ=632.8nm)
表面粗糙度:Ra≤1nm
这些数字背后是近乎苛刻的精度要求。
0.5秒的角度偏差,相当于在100米距离上偏差不到0.25毫米;λ\/10的面型精度,意味着镜片表面起伏不能超过63纳米——不到头发丝直径的千分之一。
哈工大的周工,拿起一台振动测量仪贴在机架上。
他指着手持仪表的指针,对吕辰等人说道:“我们怀疑工作台定位精度不够,部分原因是抛光机振动传导。你看这读数,机器一开,基础振动就传到整个车间。虽然光刻机有隔振地基,但低频振动很难完全隔离。”
陈光远叹气:“这是老问题了,厂里机床多,重型设备一开,地面都颤。我们抛光最怕这个,一震,镜片表面就出波纹。”
“想过主动隔振吗?”宋颜教授问。
“想过,但成本太高。”周工摇头,“一套气浮隔振平台,得进口,外汇批不下来。我们现在用橡胶垫加弹簧,效果有限。”
离开光学车间,下一站是装调实验室。
实验室里,几张庞大的花岗岩光学平台占据大部分空间。
平台上,复杂的系统正在装调:激光器、透镜组、反射镜、分光棱镜……构成一条条精密光路。
科研人员趴在平台旁,眼睛紧贴自准直仪或显微镜目镜,一只手缓缓旋转微调旋钮。
动作轻柔得仿佛呼吸重一点都会影响精度。
一位位三十来岁的女科研人员在旁边记录着数据,上海机床厂的刘工拿把笔记本拿了起来,上面密密麻麻写满了数据:温度、湿度、调整步骤、检测结果……
刘工指了指笔记本:“受你昨天的启发,我觉得应该系统记录。你看这位女同志,她调这个光谱仪系统已经三天了。我问她调了什么、为什么这么调,她只能说‘感觉’。这不行,经验必须能传递。”
女科研有些不好意思:“刘工说得对。我们光学装调,很多时候确实靠‘感觉’。看干涉条纹的形状,就知道哪里高了低了。但要说清楚为什么,难。”
“那就从记录开始。”陈光远强调,“每次装调,记录下所有可量化的参数:室温、湿度、每个调整螺丝转了多少度、调整前后的干涉条纹变化。时间长了,数据多了,也许能找出规律。”
第三站是精密机械车间。
车间里机床轰鸣,空气中弥漫着切削液的味道。
这里加工的是光刻机原型机的机械部件。
车间中央,一台大型龙门铣床的工作台上固定着光刻机工作台基座,老师傅正用千分表测量平面度。
武水院的赵工表情严肃:“昨天晚饭后,我测了所里几个点的电压,波动比想象中大。你们看这个插座,标称220伏,实测在210到230之间跳。频率也不稳,49.8到50.2赫兹。”
“对光刻机影响大吗?”宋颜教授问。
“很大。”赵工说,“精密设备对电源质量极其敏感。电压波动会导致光源输出不稳定,曝光不均匀。频率漂移会影响同步电机转速,进而影响工作台定位。更别说突发的电压尖峰,可能直接烧毁控制电路。”
“所里没有稳压设备?”
“有,但老了,响应速度慢。”赵工叹气,“而且整个所共用一台大稳压器,不同设备互相干扰。我建议每台精密设备配独立稳压电源,但成本太高,所里还在考虑。”
旁边工作台上,几个年轻技术员正在组装蜗轮蜗杆传动部件。
蜗轮齿面光滑如镜,蜗杆闪闪发亮。
他们用汽油仔细清洗每一个零件,在放大镜下装配。
“间隙要调到2微米以内。”一个技术员低声说,“太紧会卡死,太松回程误差大。”
“温度补偿算了吗?”同伴问。
“算了,按20度基准做的。实际运行会发热,留了0.5微米膨胀余量。”
吕辰听着,心里点头。
这些考虑已触及精密机械的核心,不仅要静态精度,还要考虑动态运行中的温度、振动、磨损。
终于,他们来到此行的核心目标,第一代光刻机原型所在的实验室。
实验室保密等级更高,进入前要登记,交出笔记本,穿上白大褂和鞋套。
警戒线内,那台“大家伙”静静矗立。
它比想象中更大,整体像巨大的铁柜,长约两米,宽一米五,高约一人半。
暗灰色钢板外壳上有不少接线孔和观察窗。
机器上方伸出粗黑的电缆,连接墙上的配电柜。
旁边还有水冷机,水管蜿蜒连接到机器内部。
透过正面的厚玻璃观察窗,能看到内部结构:圆形的工作台,上方悬吊的镜筒,侧面的光源痕迹。
“整体结构半封闭。”陈光远介绍,“内部需保持洁净。操作时,把涂有感光胶的玻璃基板放工作台上,关门,抽真空或充氮气,然后曝光。”
张工拿来一块玻璃片放在显微镜下:“这是曝光测试结果。”
吕辰凑到目镜前。视野里是密密麻麻的线条图案,线宽约5微米。但线条边缘不直,有微小波浪起伏;宽度不均匀;有些地方线条断了。
“5微米线宽测试图形。”张工说,“问题很多:线条边缘粗糙,宽度波动超30%;局部断线;不同区域线条宽度差异——曝光不均匀导致的。”
王工指着另一块玻璃片:“这是两次曝光的结果,先刻水平线,再刻竖直线,理论上应形成完美网格。但你们看。”
吕辰再看,水平线和竖直线交叉形成网格,但交叉点不对齐,有的偏移,有的完全错开,网格歪歪扭扭。
“平均偏移3微米,最大8微米。”王工叹气,“这个误差对集成电路是致命的。”
陈光远总结:“工作台定位重复精度不够;温度变化导致热胀冷缩;振动干扰……很多问题理论上知道解决方案,但实际做起来,要材料、要工艺、要设备,更要时间和经验。”
实验室安静下来,只有原型机内部隐约的风扇声和水冷机运行声。
这是中国第一代光刻机雏形,粗糙、不稳定、精度有限,但它代表一种方向,一种从无到有的突破。
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