Chương 54: Lưỡi Dao Kim Cương

Thuộc tiểu thuyết Toàn Cầu Công Nghệ: Thao Túng Kỷ Nguyên

Tác giả: · Thể loại: Đô Thị · Đăng ngày · 1828 từ · khoảng 9 phút đọc

Tám giờ sáng ngày thứ hai trăm bốn mươi.

Nắng sớm rọi qua khung cửa kính phân xưởng gia công cơ khí chính xác của Viện AIMR.

Không gian trong xưởng nồng mùi dầu bôi trơn gốc glycol hòa lẫn hơi nước khử ion. Tiếng mô-tơ điện servo quay với tốc độ cao tạo nên một âm thanh vo ve liên tục, tựa như đàn ong vỡ tổ.

Giữa gian xưởng, cỗ máy cưa dây kim cương đa trục dài bốn mét đứng vững chãi trên bệ bê tông cốt thép.

Thỏi silicon đơn tinh thể mười hai inch dài một mét rưỡi — thành quả sau mẻ kéo lò CZ-02 tuần trước — đã được tiện tròn và vát rãnh định hướng góc tinh thể. Khối kim loại xám thép nằm cố định trên bàn gá nâng hạ thủy lực.

Nam mặc áo thun xám, quần túi hộp bảo hộ. Anh cúi người kiểm tra dàn puli dẫn hướng bằng cao su tổng hợp polyurethane. Chú Bảy đứng cạnh bên, tay cầm ống bơm mỡ chuyên dụng tra vào từng khớp trục.

Chú Bảy quẹt mồ hôi trên trán, giọng hào hứng:

"Hệ thống luồn dây xong cả rồi Nam. Sáu trăm rãnh puli này tao tiện bằng dao định hình trên máy tiện cơ. Khoảng cách giữa các rãnh đúng 855 micromét. Dây thép kim cương luồn qua tạo thành một tấm lưới dây song song dày đặc."

Nam đưa tay chạm nhẹ vào sợi dây kim cương:

"Sợi dây thép lò xo mạ đồng này dày đúng sáu mươi micromét. Bề mặt phủ một lớp bột kim cương nano nhân tạo hạt mịn. Nó chạy qua lại với vận tốc một nghìn năm trăm mét mỗi phút. Khi bàn thủy lực đẩy thỏi silicon đi lên, toàn bộ sáu trăm đường cắt sẽ cùng lúc xẻ dọc thỏi đá cứng này."

Lê Vân bước vào phân xưởng, trên tay bưng khay đựng mẫu dung dịch bôi trơn:

"Hệ thống bơm áp lực đã sẵn sàng. Dung dịch tưới nguội là hỗn hợp glycol pha nước khử ion với tỷ lệ ba bảy. Lưu lượng phun mười hai lít mỗi phút qua các đầu vòi phun sương. Nó vừa cuốn trôi phoi mạt vụn, vừa giữ nhiệt độ rãnh cưa dưới 35 độ C để tránh nứt vỡ nhiệt."

Nam gật đầu:

"Nếu nhiệt độ rãnh cắt tăng đột ngột, thỏi silicon sẽ bị biến dạng nhiệt sinh ra vết nứt tế vi. Sai lệch bề dày lát cắt không được vượt quá hai micromét."

Anh quay sang người kỹ sư đứng cạnh tủ điện:

"Khởi động máy cưa dây!"

Kỹ sư gạt cần ly hợp, bấm nút màu xanh lá cây trên bảng điều khiển.

Hai cuộn tang cuốn dây khổng lồ bắt đầu quay tít. Hàng chục kilômét dây kim cương siêu mỏng lao vun vút qua các rãnh puli. Dòng dung dịch làm mát phun trắng xóa như màn sương mù bao phủ khu vực cắt.

Bàn nâng thủy lực từ từ đẩy thỏi silicon nặng hơn hai trăm kilôgam tiến vào lưới dây thép.

Một âm thanh rào rào đanh gọn vang lên. Bột kim cương cứng gấp nhiều lần tinh thể silicon bắt đầu gặm nhấm từng lớp vật chất.

Khối silicon xám thép chìm dần vào giữa ma trận dây cưa. Từng lát cắt mỏng manh như cánh ve dần dần lộ diện dưới làn nước làm mát.

Sau hai giờ vận hành êm ả, âm thanh cắt rào rào nhỏ dần rồi dứt hẳn. Lưới dây kim cương đi qua hết đường kính ba trăm milimét của thỏi silicon.

Bàn gá tự động hạ xuống khay chứa.

Chú Bảy và Nam đeo găng tay cao su vô trùng, cẩn thận nhấc từng lát cắt ra khỏi giá kẹp.

Đó là những tấm wafer hình tròn đường kính đúng ba trăm milimét, bề dày 775 micromét. Dưới ánh đèn neon, bề mặt wafer còn vương lại các đường vân cưa li ti.

Vân dùng thước đo độ dày tiếp xúc quét qua năm điểm trên bề mặt:

"Độ hao hụt rãnh cưa chỉ có tám mươi micromét! Tổng cộng xẻ được một nghìn hai trăm tấm wafer nguyên vẹn từ một thỏi đơn tinh. Không có tấm nào bị mẻ cạnh hay nứt vỡ."

Chú Bảy cười vang, vỗ tay tấm tắc:

"Trước đây dùng cưa đĩa kim cương thì phoi mạt bay mất một nửa thỏi silicon. Giờ cưa dây mỏng thế này coi như tiết kiệm được cả chục tỷ đồng tiền nguyên liệu!"

Nam đặt tấm wafer lên bàn kiểm tra:

"Cưa xong mới chỉ là bước mở đầu. Bề mặt wafer sau cắt vẫn còn độ nhám cơ học khoảng một micromét. Đem tấm này vào buồng quang khắc DUV thì chùm tia laser 193 nanômét sẽ bị tán xạ lung tung, không thể khắc mạch được."

"Đúng vậy," Vân tiếp lời. "Chúng ta phải đưa ngay sang phân xưởng mài phẳng cơ hóa CMP."

Ba người bước sang gian phòng sạch kế bên.

Ở đây đặt cỗ máy mài CMP 12 inch do chính nhóm cơ điện tử Nam Phát tự chế tạo. Trái tim của cỗ máy là chiếc đĩa mài tròn khổng lồ đường kính một mét hai, bề mặt dán lớp đệm xốp polyurethane có cấu trúc lỗ rỗng vi mô. Phía trên là đầu kẹp chân không phân vùng, có khả năng ấn tấm wafer xuống đĩa mài với áp lực được kiểm soát chính xác theo từng vùng đồng tâm.

Nam chỉ vào bồn chứa dung dịch vữa mài:

"Vữa mài nano-silica từ tro trấu của em đã chuẩn bị xong chưa Vân?"

"Đã lọc xong mẻ hai trăm lít," Vân cười tươi, chỉ vào chiếc bình thủy tinh trong suốt. "Vỏ trấu miền Tây sau khi đốt yếm khí thu được tro silica vô định hình sạch. Nhóm hóa chất hòa tan trong dung dịch kiềm nhẹ KOH, rồi cho kết tủa lại thành các hạt oxit silic nano hình cầu kích thước đồng đều ba mươi nanômét. Độ pH dung dịch giữ ổn định ở mức 10.5."

Chú Bảy gãi đầu ngạc nhiên:

"Vỏ trấu mà mài được cả đá bán dẫn mười hai inch hả con?"

"Được chứ chú," Nam giải thích cặn kẽ. "Đây là cơ chế mài phối hợp cơ và hóa. Môi trường kiềm trong vữa mài sẽ phản ứng với bề mặt silicon, tạo ra một lớp màng silicon dioxide ngậm nước mỏng chỉ vài phần tỷ mét. Lớp màng này rất mềm. Khi đĩa mài polyurethane quay, các hạt nano silica từ tro trấu sẽ chà xát, bóc tách lớp màng mềm đó ở các điểm nhô cao."

Vân gật đầu tiếp lời:

"Các chỗ lõm không bị chà xát thì không bị mòn. Nhờ đó, bề mặt tấm wafer sẽ được san phẳng dần dần cho tới khi đạt độ phẳng ở cấp độ nguyên tử."

"Đưa tấm wafer đầu tiên vào mài thử!" Nam ra lệnh dứt khoát.

Tấm wafer ba trăm milimét được đầu hút chân không nhấc bổng, lật úp mặt tiếp xúc xuống đĩa đệm polyurethane.

Bơm định lượng bắt đầu nhỏ từng giọt vữa mài màu trắng sữa lên bề mặt đĩa mài.

Đĩa mài khổng lồ bắt đầu quay tròn với tốc độ bảy mươi vòng mỗi phút. Cùng lúc đó, đầu kẹp mang tấm wafer cũng xoay tròn theo chiều ngược lại, đồng thời quét qua quét lại trên bán kính đĩa mài. Hệ thống khí nén phân vùng tác động lực nén nhẹ nhàng ba pound trên mỗi inch vuông lên lưng tấm wafer.

Ma sát giữa đĩa đệm, hạt nano tro trấu và tinh thể silicon tạo ra một lớp bọt trắng mịn.

Mười phút mài thô. Mười lăm phút mài tinh. Cuối cùng là năm phút rửa bề mặt bằng dòng nước khử ion áp lực cao.

Đầu hút chân không nâng tấm wafer lên khỏi đĩa mài.

Cánh tay robot đưa tấm wafer qua buồng sấy khô bằng khí nitơ nóng quay ly tâm ba nghìn vòng mỗi phút.

Khi buồng sấy dừng lại, tấm wafer mười hai inch từ từ trượt ra ngoài.

Một luồng sáng lóa mắt phản chiếu khắp gian phòng.

Toàn bộ bề mặt tấm wafer tròn trịa ba trăm milimét giờ đây biến thành một tấm gương sáng bóng. Độ phản chiếu quang học sâu thẳm đến mức soi rõ từng đường nét trên khuôn mặt Nam và chú Bảy, không thấy bất kỳ một tì vết, một hạt bụi hay một vệt xước nhỏ nào.

Nam dùng kẹp chân không gắp tấm wafer đưa vào bệ đo của máy giao thoa laser quang học và kính hiển vi lực nguyên tử AFM.

Tia laser đỏ quét chéo qua bề mặt gương silicon.

Các đồ thị phân tích địa hình bề mặt hiển thị trên màn hình máy tính với từng gam màu xanh ngọc bích phẳng lặng.

Vân nín thở nhìn vào các con số đo đạc:

Độ biến thiên độ dày toàn bề mặt TTV: 0.65 micromét. Độ võng mặt cong: dưới 0.3 micromét. Độ nhám bề mặt Ra: 0.12 nanomet.

Vân buông chiếc kẹp gắp, hai mắt sáng ngời:

"Độ nhám 0.12 nanomet! Con số này tương đương với khoảng cách giữa ba nguyên tử silic đứng cạnh nhau! Bề mặt phẳng đạt chuẩn mực bán dẫn DUV cao nhất rồi anh Nam ơi!"

Chú Bảy bước lại gần, ngắm nhìn tấm wafer đang tỏa sáng dưới ánh đèn:

"Cái đĩa gương này đẹp quá Nam ơi. Bàn tay thợ cơ khí và tro trấu quê hương mình làm nên tấm gương này đấy!"

Dưới túi áo ngực Nam, quả cầu AI Khởi Nguyên (Origin Core) rung lên một nhịp ngắn gọn, tỏa ra cảm giác ấm áp dễ chịu:

*Ghi nhận thành tựu công nghệ nền: Chế tạo thành công tấm wafer silicon 12 inch (300mm) độ nhám 0.12 nm bằng công nghệ cưa dây kim cương và mài phẳng CMP tro trấu.* *Đập tan hoàn toàn lệnh cấm vận vật liệu nền bán dẫn của Liên minh Titan.* *Sẵn sàng cho công đoạn chế tạo nguồn sáng quang khắc bước sóng ngắn 193 nanômét.*

Nam cầm chiếc kẹp chân không chuyên dụng, cẩn thận gắp tấm wafer 12 inch đặt vào hộp bảo quản kín khí FOUP bằng nhựa polycarbonate chống tĩnh điện.

Anh đậy nắp hộp, bấm chốt khóa cơ khí kêu lên một tiếng tách giòn giã.

"Chuẩn bị xe đưa các hộp wafer này sang phòng thí nghiệm quang học," Nam quay sang Vân, ánh mắt tràn đầy khí thế. "Vật liệu nền đã có trong tay. Giờ là lúc chúng ta kích hoạt cỗ máy tạo chùm sáng trăm chín ba nanômét!"

Vân dán tem niêm phong, nhanh tay ghi mã số mẻ wafer đầu tiên lên nhãn hộp rồi cẩn thận khóa chặt nắp thùng.