Сергей Суханов - Перелом. Часть 3 [СИ]

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.

Короче - идея требовала дальнейшего развития, в строй удавалось ввести в лучшем случае треть от возможного. И тогда я подкинул идею каждый раз рисовать шаблоны для металлизации под нужную разводку - просто вспомнил про такую штуку, как БМК - базовые матричные кристаллы - это когда делались массивы транзисторов, только без разводки - и уже потом под конкретного заказчика делалась металлизация - она-то и определяла конечную функциональность схемы.

Так и сделали - все-равно надо тренировать "студентов", поэтому для каждой пластины определяли работоспособные транзисторы, под них рисовали шаблон, изготавливали его на прозрачной пленке, и затем засвечивали через него будущую разводку. Сами шаблоны рисовались на бумаге, затем переносились с уменьшением на прозрачную пленку, и уже с нее - также с уменьшением - на микросхему. Причем шаблон не выкидывали, а складывали отдельно. Через пару месяцев оказалось, что практически под каждое возможное сочетание рабочих транзисторов есть нужный шаблон разводки, и количество новых шаблонов стало сокращаться.

Правда, пришлось покумекать над поиском подходящего шаблона среди множества возможных. Ведь на одной микросхеме хватает транзисторов для нескольких десятков логических вентилей, а количество возможных соединений транзисторов в вентили подходит к десятку тысяч. Естественно, прорисовывать шаблоны для каждого из них смысла не было - слишком большой объем вариантов. Поэтому транзисторы разбивались на группы - как правило 16х8 транзисторов, в каждой группе транзисторы получали порядковые номера и таким образом группа характеризовалась 128-битовой маской хороших-плохих транзисторов. И такую же маску получали и шаблоны, точнее - цифровые "заготовки" для отдельных участков. Есть заготовка - она участвует в отрисовке шаблона для данной микросхемы, нет заготовки - делают разводку, присваивают ей битовую маску - уникальный номер - и уже она участвует в отрисовке общего шаблона. И, подобрав для каждого участка нужный шаблон - рисовали общий шаблон. Ну, если его еще нет - порой маски почти совпадали, поэтому, чтобы не тратить время на новый шаблон, использовали один из наиболее подходящих - при этом ряд элементов был заведомо неработоспособным, либо наоборот терялись хорошие транзисторы - потери были неизбежны, но тут и принудительное разбиение на участки само по себе приводило к потерям транзисторов на границах этих участков. Уже летом на этой работе было занято пять ЭВМ для подбора шаблонов и более двух сотен схемотехников - народ учился "на кошках", заодно нарабатывая новые ЭВМ, причем не только для себя.

И люди все больше входили во вкус автоматизированного проектирования. Был разработан плоттер, который рисовал шаблоны на бумаге на основе команд, заложенных в памяти ЭВМ. Набор перемещений был ограниченным - только вперед-назад, вправо-влево и по диагонали, что порой требовало замысловатых перемещений, если нужный транзистор находился не точно по этим направлениям и к нему требовалось вести дорожку, состоявшую из нескольких колен. Дело усугублялось еще и неравномерным размещением самих транзисторов, поэтому перекомпоновали изначальную схему, разместив транзисторы по сетке - это несколько уменьшило занимаемую ими полезную площадь, зато упростило проектирование шаблонов разводки, хотя и не избавило полностью от "коленчатых" дорожек. Ну и ладно.

А попутно автоматизировали и процессы тестирования транзисторов, и установку шаблонов. И все - на базе дифракционных решеток - с их помощью и измеряли перемещения, и ставили метки, по которым выравнивали инструменты относительно подложки и подложки относительно шаблонов. А то подводить тестеры вручную, опускать иголки, подавать напряжение - и так для каждого транзистора - было очень муторным делом, на проверку одной пластины - всех ее тысяч транзисторов - уходило до двух недель, благо что учеников хватало и их надо было тренировать в точном позиционировании - вот они и портили глаза, следя в окуляры микроскопов за перемещением дифракционных полос и углублениями в поверхности пластины. Уже на третий день они сами и разработали схему перемещений, которая могла отслеживать положение щупа, так что теперь оставалось только сориентировать саму пластину, выставить ноль, а дальше можно было вращать рукоятки подачи и схема сама считала импульсы от пробегающих полос, по ним вычисляла положение щупов и даже отображала координаты на круговых индикаторах. Собственно, ученики просто взяли оборудование от проекционных станков. Ну а дальше она развивалась - сбоку прикрутили сначала простенькую управляющую схему, которая считывала с перфоленты координаты очередного транзистора, подводила к нему щупы, подавала отпирающее и затем запирающее напряжения и считывала выходной сигнал - реагирует ли транзистор на вход или же вместо нормальной работы стабильно выдает один и тот же результат. Проверка транзисторов существенно ускорилась - вместо двух недель пластину можно было просканировать за сутки, и на выходе получали длинную битовую маску, которая содержала результаты тестирования всех транзисторов - и уже ее разбивали на группы. Попытки поставить матрицу щупов сначала натолкнулись на тепловые деформации - они слегка раздвигали держатели иголок, так что те переставали опускаться на места, где были выходы транзисторов - просто промахивались, а то и попадали в соседей. Пришлось встраивать в многопозиционный щуп отдельные дифракционные решетки, с помощью которых измерялась тепловая деформация, а для ее компенсации добавили пьезоэлементы, которыми можно было отжать ушедшие иголки обратно. В итоге площадка размером пять на пять сантиметров содержала двадцать пять трехэлектродных щупов, пять пар дифракционных решеток и шестнадцать пьезоэлементов - и с ее помощью за одно "прицеливание" можно было оттестировать сетку сразу из двадцати пяти транзисторов, расположенных на соседних микросхемах - решетка сканировала "сетку" транзисторов, затем сдвигалась на один транзистор к следующей "сетке" и так далее, пока не досканировала всю линейку, затем сдвигалась на один транзистор вправо и снова сканировала сетки со сдвигом уже назад - в обратном направлении. Затем следующий ряд, следующий - на сканирование одной пластины уходило уже три часа.