Сергей Суханов - Перелом. Часть 3 [СИ]

И это я говорю только про прямое измерение линейных перемещений, а если такие датчики совместить с винтовыми подачами, точность еще больше увеличивается. Например, для винта диаметром два сантиметра длина витка грубо говоря два-пи-эр = 6,28 сантиметра. Которые мы можем измерять с точностью 2,5 микрона (если электронщики все-таки выдадут растры с шагом в двадцать микрометров, в чем я не сомневался). То есть на один виток придется 25 000 единиц измерения (62,8 миллиметра делить на 2,5 микрона). Соответственно, при шаге винтовой поверхности в 1 миллиметр мы на каждом обороте получим эти 25 000 измерений, то есть продольное перемещение можем измерять с точностью 1 / 25 000 = 40 нанометров (ха-ха). Да там вибрации и тепловые деформации могут быть больше этой величины ! И этого с учетом резерва на погрешности измерений более чем достаточно для измерений с точностью, скажем, в 200 нанометров. Ну или с учетом погрешности изготовления резьбы - пусть даже полмикрона. Собственно, электронщики активно пользовались резьбовыми приводами для повышения точности измерений и без растровых решеток, да и металлообработка массово применяла микрОметры на винтовом ходу - а по другому ловить микроны и не получится.

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.