每一次改进后的测试都提心吊胆,仓库里甚至准备了湿沙袋作为最简陋的防爆措施。
当那支经过反复“加固”的高压汞灯,在缓冲电路的保护下,终于稳定地发出刺眼的白光,并通过简陋的石英透镜组在远处墙壁上投射出一个虽然边缘模糊,但异常明亮的光斑时,工坊里爆发出一阵压抑已久的、带着哽咽的欢呼。这束光,驱散了失败的阴霾,也照亮了前路。
光源的初步解决,只是万里长征的第一步。更大的挑战接踵而至,如同图纸上那密密麻麻的线条,具象化为一道道横亘在眼前的险峰。
光学系统调试区,钱师傅几乎住在了那个小小的隔音防尘棚里。透镜组虽然磨出来了,但要精确地将它们安装在粗犷的镜筒支架内,保证光轴高度一致,并且能通过手动微调机构进行精细的聚焦和对准,这难度不亚于在惊涛骇浪中穿针引线。
简易的干涉仪投射出扭曲的干涉条纹,钱师傅布满老茧和细微伤口的手指,颤抖着,用自制的、包裹着铜皮的微小撬棍,以近乎不可能的微力,一点点地调整着透镜框边缘的顶丝。
每一次微调,都需要等待支架应力释放,再看干涉条纹的变化。枯燥、缓慢、令人绝望。
石毅经常默默地站在一旁,在他快要失去耐心时,递上一杯热水,或者用更精准的语言描述干涉条纹的物理意义,帮他理解调整的方向。
有时,石毅会亲自动手,他那双稳定得可怕的手,在微调旋钮上轻轻转动几丝,干涉条纹的扭曲度便肉眼可见地减少一分。
钱师傅浑浊的眼睛看着石毅的操作,又看看自己微微颤抖的手,浑浊的眼中既有敬佩,也有一丝不易察觉的黯然。
他明白,有些精度,或许真的不是靠经验和毅力就能完全弥补的。
样品台和掩膜版框架的精密微动系统,成了赵红军和孙铁蛋的“滑铁卢”。
图纸上那要求微米级移动和定位精度的丝杠、导轨、弹簧消隙机构,在简陋的加工条件下,即使他们使出了浑身解数,用尽了刮研、配磨的看家本领,装配起来后,测试结果依旧令人沮丧。
手动旋转微调旋钮一圈(理论位移10微米),千分表的读数却可能跳变2-3微米,甚至出现回程间隙。这意味着一旦需要调整位置,根本无法进行精确控制。
“厂长!这鬼东西……它……它不听使唤啊!”孙铁蛋看着千分表上乱跳的指针,额头青筋暴起,几乎要把手里的旋钮拧下来。
赵红军蹲在一旁,对着那些闪着寒光的精密零件,愁眉苦脸地抽着旱烟,吧嗒吧嗒的声音透着浓浓的烦躁。
石毅蹲下身,仔细检查着装配体。他用手感受着丝杠传动的阻滞点,观察着导轨滑块配合的细微晃动。
问题出在哪里?材料的内应力释放不均?加工误差的累积?装配应力?还是这简陋的手动微调机构本身就难以实现如此高的分辨率?
他沉默地思索着,手指无意识地敲击着金属基座。图纸上的设计是合理的,但在眼下的加工水平下,似乎走到了死胡同。难道真要放弃微米级的梦想,退回到几十微米的精度?那这台光刻机的意义将大打折扣。
“拆。”石毅突然开口,声音不大,却让赵赵红军和孙铁蛋都愣住了。
“拆?厂长,好不容易装起来的……”孙铁蛋急了。
“拆!”石毅语气斩钉截铁,“问题不是靠蛮力拧紧螺丝就能解决的。我们换个思路。”
他指着图纸上那个负责消除丝杠反向间隙的弹簧预紧结构,“这里的弹簧预紧力,你们是怎么调的?凭手感?”
赵红军点点头:“是啊,感觉紧了没间隙了就行。”
“感觉?”石毅摇头,“微米级的精度,感觉是靠不住的。我们需要量化。”
他目光扫过仓库角落堆放的一些实验器材,定格在一台废弃的小型拉力计上。“去,把那拉力计修好,把弹簧拆下来,测量它的刚度系数。
计算在不同压缩量下提供的预紧力。然后,根据丝杠的螺距和摩擦力矩,反推需要多大的预紧力才能刚好消除间隙又不至于增加太多滑动阻力,把‘感觉’变成数据。”
他又指向那些配合精密的导轨和滑块:“清洁,再清洁!用分析纯的酒精,用丝绸布,装配前所有零件再超声波清洗三遍。
装配台用塑料布围起来!装配的人,洗手,带两层细纱手套!记住,灰尘,是微米世界里的死敌!”石毅的声音再次强调。
同时,他拿起粉笔,在工作台旁一块小黑板上画出示意图:“另外,手动微调精度不够,我们就加杠杆!在这里,”他指着旋钮和丝杠的连接处,“设计一个减速齿轮组,把操作者手部的‘粗大’动作,放大成丝杠上微小的位移。
虽然会牺牲一点速度,但能换来我们急需的分辨率。
红军,铁蛋,你们想想办法,用厂里能找到的最小的齿轮,做一个减速比至少5:1的微型齿轮箱出来,精度不够,结构来凑。”
赵红军和孙铁蛋看着石毅在黑板上勾勒的草图,又看看那台拉力计,眼中的烦躁渐渐被一种豁然开朗的光芒取代。
原来,蛮干不行,得用脑子。得把看不见的“力”和“间隙”,变成看得见的数据和可操作的结构。两人立刻行动起来,一个去修拉力计,一个带着人翻箱倒柜找微型齿轮。
有了这次的事情,所有人都团结起来,没有先进的设备,就集结所有人想办法解决,材料不达标,想办法提纯,总之就是克服一切困难,必须达到图纸上的标准。
终于在五六年年底之前,这台蕴含未来科技的光刻机制造成功了。
当实验通过后,所有人都喜极而泣,他们的努力没有白费,终于完成了任务目标。
石毅上报以后,聂首长也亲自前来查看,表扬了众人,带着所有的技术资料回去了。
而石毅准备开启下一步的计划,向着计算机,数控机床等多个方面研究。
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