又過了半個月,周煜的單晶爐裡,在所有人的屏息凝視下,一根閃爍着金屬光澤,完美無瑕的深灰色圓柱體,被緩緩地從熔融的矽液中提拉了出來。
當那根直徑三英寸的單晶矽棒,穩穩地放在天鵝絨的托盤上時,整個實驗室,爆發出雷鳴般的歡呼!
李偉業總工戴着白手套,顫抖地撫摸着那根光滑如鏡的矽棒,像是在撫摸一件絕世珍寶。他轉過頭,看着滿身油污和化學品味道的劉天柱,看着雙眼布滿血絲的周煜,看着同樣疲憊但眼神明亮的鄭昊,這位老将的眼淚,再也忍不住,奪眶而出。
“我們我們有自己的基石了!”
第一根三英寸單晶矽棒的誕生,像一針強心劑,注入了長城一号項目組每個人的心髒。成功的喜悅沖淡了連日奮戰的疲憊,實驗室裡洋溢着一種近乎瘋狂的氛圍。
然而,鄭昊卻比任何人都清醒。他知道,這僅僅是萬裡長征的第一步。從一根完美的單晶矽棒,到一片合格的晶圓,中間還隔着一道名為“精密加工”的巨大鴻溝。
慶祝會開完的第二天一早,鄭昊就将周煜、孫宇和錢浩召集到了單晶棒面前。那根矽棒被小心翼翼地固定在一個特制的架子上,在燈光下反射出深邃而神秘的光澤。
“各位,我們的基石有了,現在,要把這塊基石,切成厚度均勻、表面光滑的瓦片——也就是晶圓。”鄭昊用戴着手套的手,輕輕拂過矽棒光滑的表面。
“這不難吧?”錢浩有些不解地說道,“我們機床所有的是各種精密切割設備,用金剛石切割機,把它切成片不就行了?”
“理論上是這樣。”鄭昊點了點頭,随即話鋒一轉,“但魔鬼,全在細節裡。”
他拿起一張紙和筆,在上面畫了一個示意圖。
“第一個魔鬼,叫定向。單晶矽是各向異性的,不同晶向的物理和化學性質完全不同。我們後續的工藝,比如腐蝕,都是基于特定的晶向來進行的。所以,在切割之前,我們必須用x射線衍射法,精确地找到它的晶向,并沿着這個方向切割。這個過程,不能有絲毫偏差。”
周煜立刻意識到了問題的關鍵:“我們的x射線衍射儀精度不夠,而且操作複雜,要做到批量化的精确定向,很難。”
“第二個魔鬼,叫切割。”鄭昊繼續畫着,“我們用的不是普通的金剛石鋸片,而是一種内圓切割機。刀片是環形的,金剛石刃口在内圈。這樣切割時,刀片的張力可以保證極高的切割精度和穩定性。但是,這種刀片,我們國家造不出來。它的厚度隻有零點幾毫米,對應變和材料要求極高。”
“第三個魔鬼,叫研磨和抛光。”鄭昊的聲音愈發凝重,“切割下來的矽片,表面會有很多刀痕和損傷層。我們需要用研磨液,進行雙面研磨,把矽片的厚度誤差控制在微米級别。然後,是化學機械抛光(p),用納米級的二氧化矽磨料和化學腐蝕液,把矽片的一面,抛光到原子級的平整度。這個表面的粗糙度,要比我們能造出的最精密的光學鏡頭,還要光滑上百倍!”
一連串聞所未聞的名詞和匪夷所思的技術指标,像三座大山,壓在了衆人心頭。剛剛還輕松愉快的氣氛,瞬間變得凝重起來。
原來,把一塊“石頭”變成一片“鏡子”,竟然是如此艱難的一件事。