Stephen: Egyszer volt egy félvezetőgyártás 5.

Egy iparág tündöklése és porrá égése

0
hirdetés

Mielőtt belekezdenék a magyarországi kalandjaink elmesélésében – egy magyarázattal még tartozom – miért a fotólitográfia (maszk gyártás) szemüvegén keresztül nézem a félvezetőgyártást. A fotólitográfia a legelső és meghatározó része a gyártásnak, mivel az itt készült mester maszkot használják a gyártás minden további lépésében. A maszkgyártás  korlátai – a teljes gyártás korlátja is egyben. (legkisebb leképezhető vonalvastagság – szelet átmérő). A legkisebb leképezhető vonal vastagság egyben meghatározza a gyártható félvezető bonyolultságát is (egy négyzet milliméteren az alkatrészek száma). A leképezhetőség korlátja maga a fizika – a fénytan. A megvilágító fény hullámhosszának a kétszeresénél kisebb vonalat már biztonságosan nem lehet másolni. A berendezéseinkben a megvilágító fényforrás ultra-viola halogén lámpa volt, melynek a hullámhossza 400 nanométer – azaz 0.4 mikron (a mikron ezred milliméter). Ezért ezt az egymikronos technológiának nevezték.

A félvezetőgyártás az egyik leggyorsabban fejlődő iparág. Az áramkörök bonyolultságának növelése a megvilágítás hullámhosszának csökkentésével oldható meg. A mai technika már a 10 nanométeres röntgennél tart (0.01 mikron). A fejlődés azt eredményezi, hogy pár évente cserélni kell a teljes gépparkot. A magyar költségvetésből nem lehet finanszírozni a pár évente felmerülő 100 milliárdos költségeket. (de nem ez volt a tűz oka – ezzel a problémával csak évek múlva szembesültek volna). Az hogy Magyarország vezető félvezetőgyártó országgá váljon – gazdaságilag csak álom.

Az áramkörök gyors fejlődése azonban nem tette szükségtelenné ezt az elavult technológiát, ugyanis a teljesítmény eszközök (tranzisztor FET dióda triac) – érzékelők – kijelzők nem építhetők bele a nagy bonyolultságú áramkörökbe (ennek technológiai és hőtani okai is vannak), tehát jelenleg is szükséges gyártásuk. A lenti képen látható egy mai  microcontrol vezérlésű (egy tokban épített számítógép – a kép bal oldalán fent – a soklábú kis fekete lapka) fűtésszabályozás. A panelen még ugyanúgy fellelhetők a diszkrét félvezetők (kijelző 888 – tranzisztor bal oldalt lent Q1 – táp integrált áramkör – jobb oldalt középen – ellenállások – diódák D1 D2) amelyek még mindig az egy mikronos technológiával gyárthatók. A nagy félvezető gyárak már rég megszabadultak ezektől az elavult gyártósoroktól. A tervezők által tervezett áramköröket igaz nem lehetne legyártani, de mint szellemi termék eladható.

A kalandjaink

Hazaérkezésünk után leszámoltunk, és rohamtempóban beindult a gépek összeszerelése. A kollégák néha ránk néztek, élvezték a magyar műszaki halandzsa közben elhangzó orosz parancsszavakat – puszk – szbrosz (indít – törlés). A legnagyobb érdeklődést a fekete márvány asztalok helyreemelése váltotta ki.  A terembe nem fért el targonca, ezért jól megtermett férfiak próbálták helyére emelni a közel 1 tonnás márványt.

A beemelés előtt elmondtam, hogy pár ezred milliméteres tűrésű vágatba kell belehelyezni. Kaptam ez után hideget-meleget, anyámat többet emlegették, mint az eddigi életemben, de megcsinálták. A sűrített levegős rendszer felszerelése után, a légpárna is működni kezdett, és akkor már kisujjal lehetett mozgatni az egy tonnás márványt. (megállítani nehezebb ügy volt) Az asztalok (X Y) mozgatását lineáris motorok (az egysínű vonatokban van ilyen) a megtett távolságot pedig lézer interferométerek (fény interferencián alapuló távolságmérés) mérték.

Hirdetés

Minden nap tovább maradtunk, mert ott lógott még fölöttünk a 100 milliós bárd. Útilag nem tudom mit kaptunk volna, ha nem sikerül, de végül megcsináltuk. A háttérben beindultak a nyugati vásárlások, de ezekre a helyekre már nem mérnököket küldtek. (ebből is adódtak később problémák) Az épület és a szolgáltatások is (háromfázisú hálózat – vezetékes sűrített levegő- nitrogén – vörös világítás – számítógépes tűzoltórendszer) kiépültek a fóti úti gyárban. A termelés beindult. A félvezető típusválaszték a többszörösére nőtt, így a maszkgyártáson állandó volt a teher.

A fotólitográfia gépek négyzet alakban készítették el a mestermaszkokat, viszont a szeletek kör alakúak. A két terület között kb. 30 % a különbség, magyarul ennyivel több – felesleges – idő fordítódott az előállításukra, ezért beadtam egy javaslatot a vezérlések átalakítására. A legnagyobb meglepetésemre – elfogadták. S ekkor szembesültem vele, hogy a probléma nem is olyan egyszerű. A geometriai megoldás valójában – a mindenki által ismert pitagorasz tétel – csak egy szelet minden elemére kiszámolva – ez ezer és tízezer (a félvezető méretétől változik) pitagorasz számítás volt.

Kaptam egy programozható zsebszámológépet, s a napjaim a gép nyomkodásával múltak. S ezzel még a probléma meg sem oldódott, mert parancs sorokká kellet alakítani (relatív koordináta – x – y), majd kettes számrendszerré, és kilyukasztani lyukszalagra. Gondolom ez probléma nyugaton már rég megoldódott, de nekünk orosz gyártó gépsorunk volt.(nem számítógép vezérelt és csak egy mátrixot lehetett megadni)

Pár nap után már kezdtem nagyon megbánni az ötletem. Az egyik nap a folyosón sétálva belebotlottam a lenti képen látható „csoda masinában”.

Teljesen magyar gyártmányú – asztal méretű – programozható számológép.

EMG 666 – Tungsram oszcilloszkóp cső (zöld) – BRG kazettás magnetofon – Kontakta nyomógombok és 8 kilobyte memória. A mai szemmel szörnyű.

Miután kiderült, hogy senki nem tart rá igényt (amit nem csodálok) – a szobámba vittem, és kipróbáltam. Meglepetésemre működött. Ezen a gépen tanultuk a programozást (akkor ez volt, no meg egy teremnyi R10-s nagy gép a fortran-hoz), csak én valahogy ezt is az oroszhoz hasonlóan kicsit mellőztem. Hazautaztam – felhoztam a könyveim – és újratanultam. Most volt hajtóerő a tanulásra, hogy megússzam a sok számolást, kódolást, lyukasztást. Megírtam a programot a gépre – gépi nyelven, felillesztettem a lyukszalag lyukasztót és megszűnt a több napos számolgatás. A tisztatér miatt viszont meg kellet szüntetni a lyukszalagos megoldást, ezért az olvasó helyett egy interface-t (számítógépes illesztő) terveztem, így az EMG 666 már közvetlenül a gépet vezérelte – kihagyva az elavult lyukszalagot, s ezzel gyártottuk a félvezető legfontosabb részét – a Master maszk-t.

Az időnk nagy részét a keresgélés tette ki, mert a maszkokon semmilyen felírat nem volt, és csak mikroszkóp alatt derült ki, hogy melyik típus melyik rétege. Ez a probléma sajnos a gyártás minden mozzanatában felmerült. A termekben körbevett bennünket az űrkorszak technikája, de a problémákat csak a magyar valóság eszköztárával kellet megoldani. (csak forint keret volt erre a célra).

Hogyan lehet rajzszögekkel feliratozni félvezetőt.

Az  5×7 Led mátrix kijelző ötlete alapján oldottam meg a problémát.

A nagy különbség, hogy míg a kijelzőnél elég egy sorra – oszlopra feszültséget kapcsolni addig ennél a gépnél ez x-y irányba légpárnán lebegő 1-1 tonnás fekete márványtömb lineáris motorjainak – számítógép vezérlése a megoldás.

A betűméretet pár méréssel sikerült meghatározni – 1mm x 1,4 mm (így egy négyzet mérete 0.2 x 0.2 mm), és a felírat kezdőpontját. Táblázatot készítettem az összes (35) négyzet abszolút koordinátájából – az 1.-s piros pontból kiindulva. A következő lépéshez kelletek a rajzszögek.

Az üres mátrixon rajszögekből kiraktam az adott betűt (vagy jelet, számot – lásd a kép jobb oldalán az a betűt) Az utolsó lépés a 2. piros pontra állás, ugyanis ez a következő karakter 1. pontja, és így van üres hely a két karakter között.  Kirakni rajzszögekkel a betűt – s ezután már csak egy füzetbe le kellett írni a rajzszögek koordinátáját a táblázat alapján.

Mikor minden karakter elkészült, már csak be kellett gépelni a koordinátákat, s ez lett a feliratozás adatbázisa. (subrutinok) a többi már csak programozás volt. A kész programba már csak be kellet írni  a felírat szövegét – s már el is kezdődött a feliratozás a fotóüvegre. Az igazság az, hogy én is elámultam mikor a két egytonnás márványtömb egy 1.4 milliméteres a betűt elkezdett lemozogni – rááll a koordinátára – megáll – exponál. A lézer interferométerek kijelzőin láttam, hogy jók koordináták. Hú –most megpróbálom nagyon egyszerűen.

Az apróka pók apóka és a potrohos pók anyó,

a pékségben a szennyezett mennyezetre,

Nyálból váló málló hálót font, pont.

Félt a péppel pepecselő pék, hogy odapök a pók,

De miután babonás volt a pék nem bántotta a pók párt és ezzel jól járt, mivel a pókok egyre-másra pöttöm pöttyöket pötyögtettek

Miközben a pék keze kesze-kuszán mozgatta a fonott kalácsot.

Elárulhatom már most, így találta fel a pupák pék az ábragenerátort

A két programból egy lett, s ezzel elkészült a maszkgyártás számítógép vezérlése. A gyártás ezek után már gördülékenyen folytatódott (kivéve az orosz gyártósor – a hőmérséklet-ingadozás – por – a deformáció miatti állandó után állítását – mivel nyugati gyártó sort nem láttam nem tudom, hogy máshol ez a probléma jelentkezett e) Közben elkészült a Fóti úti N épület – hová a maszkgyártás került. S elkezdődött a költözködés.

A gépeket már nem szereltük szét, hanem rögzítettük és fóliáztuk minden részét.

A gépek nem fértek ki, így a 17-s épület falait bontották ki, és daruval engedték le. A z új épületben megkezdődött újból az üzembe helyezés (a por – hőmérséklet-változás – a rázkódás – ütődés miatt szinte elölről).

A számítógépeket is lecserélték a Magyarországon kapható Commodore 64-re, ezért az összes vezérlő programot újból meg kellet írni (gépi nyelven).

A C64 már kezelte a grafikus képernyőt, ezért az új programon már folyamatábrán is követhetővé vált a gép működése, és a teljes vezérlést a számítógép vette át – a bekapcsolástól az érzékelők ellenőrzéséig (nyomás – koordináták – fókusz – liftmozgatás – fényintenzitás – expozíciós idő stb.)

A nyugati gépeken már IBM – OLIVETTI – HP számítógépek voltak, de ezeket külön nem adták el Magyarországnak.

Az üzembe helyezést követően már problémamentesen működött minden.

A félvezetők típusválasztéka egyre nőtt, s ezzel a mi munkánk is. A gépek éjjel nappal működtek. Az egyik ilyen nyári nap újból hívattak. Közölték velem, hogy japán delegáció látogatja meg az üzemet, s két feladatom lesz – egy bemutató – és egy ajándék Master maszk elkészítése. (Megmagyarázni az óta sem tudom a látogatás célját, mivel Japán már akkor sem ezen a szinten állt. Egy elképzelésem volt csak, az orosz technika megtekintése).

A második feladattól jobban féltem, de mégis az elsőből lett probléma.

A C64 demó lemezén véletlenül találtam egy gésát ábrázoló képet. A kép fehér pontjaiból számítógép programmal elkészítettem a pattern generátor (ábra generátor) vezérlő programját. A gép a pupák pék módszerével elkészítette az első felvételt.(az első felvétel – egy áramkör eredeti méretének a tízszeres nagyítású fotója), mint egy Victor Vasarely alkotás.

Az első felvételből egy másik gép (step and repeat – lép és ismétel) elkészíti a szelet mestermaszkját.(az első felvételt tizedére kicsinyítve – egymás mellé fotózza – a lenti fotón a kis kép). S így lesz egy fotóból (nagy kép) félvezető (kis kép). A kész lemezen a felírat: MEV – Hungary – Budapest.

A lemezt egy erre a célra gyártott bársony dobozba helyezték. Soha nem tudtam meg mi lett a lemez sorsa, bár nagyon izgultam, hogy nehogy egy vezető mikroszkóp alá tegye. Ez nem történt meg, de azért a japánok arcára kíváncsi lettem volna, mikor belenéznek. A bemutatóból viszont majdnem fegyelmi lett.

Az orosz gép legnagyobb gondja a tápegység volt – no, nem a teljesítménye miatt – akkora volt, mint egy fél íróasztal – hanem a hangja miatt. A táp soha nem indult elsőre. A számítógép addig ismételte a bekapcsolást, míg az értékek normál szintre nem álltak. A gép óriási reléje eközben olyan hangot adott, mint egy Kalasnyikov StG44-s sorozat. A vezetőség viszont még soha nem látta működni a gépet. A delegáció megjelent a gépterembe, öltönyös japánok és a vezetőség. Kérték, hogy indítsam el a gépet. (Már a számon volt, hogy ez nem biztos, hogy jó ötlet)

De elindítottam. Jött a géppisztolysorozat. Mindenki a földre vetette magát, s azután látva hogy nincs semmi, felkeltek. Porolni nem kellett magukat– tisztatérben voltak. Utána már minden rendbe volt. Csodáltak minden (hogy ezzel a technikával mi félvezetőt gyártunk), még a kengurum is tetszett nekik (ez volt a gép logója), és elmentek. A távozásunk után már csengett a telefon – raportra Hofrics elvtárs. Valójában nem tudom, hogy sikerült e kimagyaráznom, avagy másképp döntöttek, de nem kaptam fegyelmit.

 

Az élet visszatért a megszokott medrében. A tervezett áramkörök bonyolultabbá váltak, megjelentek a BOÁK és végül a mikroprocesszor.

2015 novemberében tűz ütött ki a hajnali órákban az N épület gyártósorán. A számítógépes halonos oltó hamar eloltotta, de csak egy hónapos tisztítás után indult újra a gyártás. A kiürült halonos palackokat leszerelték és nem pótolták a második tűz időpontjáig.

A processzor a Z80 (NDK) és a 8080 (Intel) áramköri megoldásai alapján készült, de a mérete és felbontása miatt már túllépte a fotólitográfia berendezéseink tudását. A problémát a chip 4 részre osztásával oldották meg. A szétosztás miatt állandó pozicionálási problémák léptek fel. Valójában 4-szer kellett felvinni az ábra részleteket, először az első majd a második harmadik negyedik negyedet. A nagy felület miatt a lézer pozicionálási hibája összeadódott. A pozicionálási hiba viszont működésképtelenné tette az áramkört. A probléma már kezdett megoldódni, mikor bekövetkezett a TŰZ. Egy napsütéses tavaszi hajnalban siettem be a 6 órás műszakra. A busz nem jött, gyalog viszont késtem. Az épület előtt csődület. Követve tekintetüket – sűrű fűst felleg szállt fel az N épület tetejéből, és apró durranások kíséretében. A tűzoltók beszorultak az Izzó lakótelep szűk utcáiba. Az üzletsoron meg elkezdték kővel dobálni az ablakokat (nem tudom kinek a tanácsára), s a tűz még jobban kezdett tombolni. A lángok már 10-20 méteresek voltak. A kollégáimat nem láttam sehol az utcán, s ezért megpróbáltam bejutni. A portást nem akart beengedni. Egy biztonsági őrt végül sikerült meggyőznöm, hogy kollegáim bent vannak egy ablak nélküli épületben, s nem tudnak semmiről. Végigfutottam a termeken, mindenkit kizavartam az utcára. Kint létszám ellenőrzést tartottunk. Kiderült, hogy hiányzik az a kolleganőnk, aki még ilyenkor zuhanyozni szokott. Indultam vissza. A portás újból az utamat állta, de az ismerős őrrel sikerült bejutnom a női zuhanyzóba. Kaptam egy pofont, de ez akkor nem zavart. Sikerült kinyögni, hogy nagy baj van. A kolleganőm erre úgy megrémült, hogy csak a tisztatéri kezeslábast húzta fel a vizes testére. Kiértem vele a többiekhez. A japán szénszálas antisztatikus kezeslábasnak volt egy érdekes tulajdonság – víz hatására átlátszóvá vált. A tömeg figyelme egy idő után a tűzről a zuhanyzós kolléganőnkre terelődött át.

A kolléganőnk gyorsan buszra szállt. (alig várta, hogy leszállhasson). Mi pedig egyik kolléganőnk lakásába mentünk, ahol még láttuk a gyárat. Mi tudtuk, hogy olyan gázok vannak a raktárba, amitől vagy felrobban a környék, vagy mérgező gáz teríti be Budapestet. Szilán – foszfin – folyékony nitrogén – mind veszélyt jelentettek. Néztük a felszálló füst felleget, a szirénázó tűzoltókat. Délutánra csend lett, s mindenki elindult haza. Másnap bementünk. Megnéztük az N épület helyét. Nem maradt belőle semmi, csak a betonba beleégett alumínium. Elkezdődtek a kihallgatások.

Egy álom véget ért

A katasztrófa következtében nemcsak az üzem, de a magyar mikroelektronikai gyártás is évtizedekre eltűnt, és az óta sincs a magyarországi egyetemeken félvezető-fizika tanszék.

Bár a Lloyd’s biztosító több mint 2 milliárd forintnak megfelelő valutát fizetett a vállalat leégéséért, a gyár érdekes módon a mai napig nem épült újjá.

A történet mintha a Tanú című film folytatása lenne.

A folytatásban Élet a tűz után