為中國(guó)“芯”煉就一雙“火眼金睛”

中國(guó)首臺(tái)產(chǎn)業(yè)級(jí)晶圓磁光克爾測(cè)量?jī)x上市 記者探訪島城科研團(tuán)隊(duì)的幕后故事

小小的芯片，大大的智慧。生活中，芯片是人們身邊電子、電器設(shè)備的“神經(jīng)中樞”，重要性不言而喻。芯片制造過(guò)程異常復(fù)雜，通常需要成百上千道工序，如何為芯片制造過(guò)程進(jìn)行“安檢”，確保它們正常進(jìn)行？這便需要精密的芯片制造過(guò)程檢測(cè)設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)。近日，中國(guó)首臺(tái)產(chǎn)業(yè)級(jí)晶圓磁光克爾測(cè)量?jī)x上市，打破了美國(guó)企業(yè)在該領(lǐng)域的壟斷，標(biāo)志著生產(chǎn)磁性芯片量產(chǎn)所需的光學(xué)檢測(cè)設(shè)備從此實(shí)現(xiàn)自主可控。而這款測(cè)量?jī)x的研發(fā)者則來(lái)自 “青島制造”——致真精密儀器（青島）有限公司。3月23日，記者走進(jìn)致真精密儀器，探訪科研團(tuán)隊(duì)幕后的“芯”力量。

【組建團(tuán)隊(duì)】

開展芯片檢測(cè)設(shè)備研制

走進(jìn)位于松嶺路的致真精密儀器，可以看到實(shí)驗(yàn)室里面擺放著許多 “高大上”的設(shè)備，它們的主要功能，就是為磁性芯片進(jìn)行全流程、多環(huán)節(jié)的檢測(cè)。 “從更細(xì)分的領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，公司目前的主攻方向是磁性芯片高端檢測(cè)設(shè)備的研發(fā)。”致真精密儀器董事長(zhǎng)兼首席技術(shù)官?gòu)垖W(xué)瑩說(shuō)道，磁性芯片是芯片大家庭中的重要一員，不僅在飛機(jī)、衛(wèi)星的控制系統(tǒng)中有應(yīng)用，在人們的手機(jī)中也是存在的。 “打開手機(jī)導(dǎo)航軟件，可以看到指示方向的箭頭，這個(gè)信號(hào)識(shí)別就是靠磁性芯片來(lái)完成的。 ”張學(xué)瑩介紹說(shuō)，芯片上的很多元件都是納米級(jí)的，肉眼根本看不到，只有通過(guò)高端檢測(cè)設(shè)備來(lái)精確地對(duì)它們進(jìn)行識(shí)別、檢測(cè)。

“就像做飯要不斷調(diào)整火候，研究芯片也要不斷調(diào)整技術(shù)工藝，一旦有環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題，芯片就不能用了。芯片性能有多好，關(guān)鍵就取決于設(shè)備有多精，沒有好的儀器設(shè)備就像 ‘巧婦難為無(wú)米之炊’。 ”2018年，張學(xué)瑩從國(guó)外留學(xué)深造歸來(lái)，來(lái)到青島參與高端設(shè)備的研發(fā)工作。在自己的科研生涯初期，張學(xué)瑩便深切感受到“受制于人”的壓力。“在芯片研發(fā)方面，有很多被‘卡脖子’的環(huán)節(jié)。當(dāng)時(shí)我國(guó)超過(guò)90%的高端儀器都需要進(jìn)口，這類設(shè)備長(zhǎng)期被歐美國(guó)家所壟斷。 ”讓張學(xué)瑩記憶猶新的是，他所在的科研團(tuán)隊(duì)想購(gòu)買一臺(tái)磁光克爾顯微鏡，用于觀測(cè)磁性芯片的狀態(tài)，但當(dāng)時(shí)世界上只有德國(guó)與日本擁有制造這種顯微鏡的公司，不僅造價(jià)高昂，而且服務(wù)態(tài)度傲慢。 “當(dāng)時(shí)團(tuán)隊(duì)想對(duì)設(shè)備提出一些定制改造意見，但被對(duì)方拒絕了。既然如此，我們就自己研制。 ”為了打破壟斷，研發(fā)出 “中國(guó)制造”，張學(xué)瑩下定決心向磁性芯片設(shè)備領(lǐng)域發(fā)起攻關(guān)。

帶著積累多年的科研成果、組織一幫年輕的“科技力量”，張學(xué)瑩在2019年成立了致真精密儀器。“團(tuán)隊(duì)科研人員的平均年齡在30多歲，他們熱衷于新科技、新市場(chǎng)，充滿無(wú)限活力與潛力，這個(gè)團(tuán)隊(duì)的成長(zhǎng)性是很強(qiáng)的。”依托產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的優(yōu)勢(shì)和理論與工程實(shí)踐能力優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、協(xié)同合作，一個(gè)致力于解決微電子產(chǎn)品研發(fā)和制造環(huán)節(jié)中“卡脖子”、國(guó)內(nèi)尚未解決關(guān)鍵技術(shù)難題的公司，就這樣成立了。

【攻堅(jiān)克難】

研發(fā)儀器打破國(guó)外壟斷

由于缺乏參照樣本，張學(xué)瑩和團(tuán)隊(duì)在創(chuàng)業(yè)初期便遇到了難題。 “調(diào)研的調(diào)研、看書的看書，大家每天都把吸取到的知識(shí)與材料，放在一起拼湊、碰撞，每天都通過(guò)實(shí)驗(yàn)去反復(fù)驗(yàn)證，慢慢摸索出了設(shè)備的雛形。 ”眾人拾柴火焰高，在創(chuàng)業(yè)的初期，張學(xué)瑩和團(tuán)隊(duì)很多成員幾乎每天都泡在公司實(shí)驗(yàn)室里，累了就打個(gè)盹兒，醒來(lái)繼續(xù)科研工作。

2020年春節(jié)，張學(xué)瑩回東北老家探親，剛到家就聽到了新冠疫情暴發(fā)的消息，“當(dāng)時(shí)我們的設(shè)備研發(fā)正處于關(guān)鍵環(huán)節(jié)，我非常擔(dān)心滯留在家影響項(xiàng)目進(jìn)展，于是在正月初二回到了青島。”在此后的一個(gè)月時(shí)間里，實(shí)驗(yàn)室基本只有張學(xué)瑩一個(gè)人，他專心進(jìn)行了設(shè)備調(diào)試，解決了很多項(xiàng)關(guān)鍵問(wèn)題。隨著疫情得到有效控制，團(tuán)隊(duì)成員陸續(xù)回來(lái)，大家分工協(xié)作，在2020年6月，國(guó)內(nèi)首臺(tái)商用磁光克爾顯微鏡終于研發(fā)成功，它可以清晰呈現(xiàn)樣品內(nèi)的磁化狀態(tài)空間分布和時(shí)間演化，用于檢測(cè)磁性材質(zhì)的質(zhì)量、辨識(shí)缺陷位置等，適用于磁存儲(chǔ)芯片等磁性電子器件的測(cè)試和產(chǎn)品研發(fā)。這套顯微鏡解決了中國(guó)在磁性芯片成像領(lǐng)域受制于人的局面，填補(bǔ)了多項(xiàng)國(guó)內(nèi)空白。

不僅打破了國(guó)外壟斷，張學(xué)瑩和團(tuán)隊(duì)還使它發(fā)揮了新的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)。“以前的進(jìn)口設(shè)備功能較少而且改裝難，如今這種國(guó)產(chǎn)設(shè)備將光學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)等技術(shù)集成在一臺(tái)設(shè)備上，不僅功能豐富多樣，用戶使用和改裝也更加方便了。 ”除此之外，這種設(shè)備的價(jià)格只有進(jìn)口設(shè)備的一半，也實(shí)現(xiàn)了“物美價(jià)廉”。目前，該設(shè)備在清華大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院物理所等幾十家科研單位和企業(yè)已經(jīng)裝機(jī)使用。

【新的突破】

實(shí)現(xiàn)高端科研儀器量產(chǎn)

“在攻克磁光克爾顯微鏡的大關(guān)之后，我們又向著新的目標(biāo)進(jìn)發(fā)，那便是實(shí)現(xiàn)這些高端科研儀器的量產(chǎn)。 ”2021年夏天，張學(xué)瑩和團(tuán)隊(duì)又研發(fā)出中國(guó)首臺(tái)產(chǎn)業(yè)級(jí)晶圓磁光克爾測(cè)量?jī)x的原理樣機(jī)，打破了美國(guó)企業(yè)在該領(lǐng)域的壟斷，為磁性芯片的批量快速檢測(cè)提供了自主可控的設(shè)備支撐。

磁性芯片生產(chǎn)過(guò)程中，需將磁性原子均勻鋪在晶圓 （制作芯片所用的襯底）上，形成納米磁性薄膜。想確保所有原子完全“躺平”有多難？“相當(dāng)于在青島的大地上鋪滿5層厚的小米粒，且須完全平整，如果不平整，生產(chǎn)出來(lái)的芯片便無(wú)法保證質(zhì)量。因此，檢測(cè)薄膜的性質(zhì)均勻度尤為關(guān)鍵。 ”張學(xué)瑩告訴記者，產(chǎn)業(yè)級(jí)晶圓磁光克爾測(cè)量?jī)x就是用于檢測(cè)納米磁性薄膜性質(zhì)均勻性是否達(dá)標(biāo)的高精度儀器，其檢測(cè)速度和精度均優(yōu)于國(guó)際水平。

芯片檢測(cè)設(shè)備的應(yīng)用貫穿于芯片制造全流程，是保障芯片制造工藝穩(wěn)定、產(chǎn)品合格的關(guān)鍵。近日，產(chǎn)業(yè)級(jí)晶圓磁光克爾測(cè)量?jī)x剛一上市，便有多家企業(yè)前往接洽。近年來(lái)，致真精密儀器還相繼研發(fā)完成高精度磁滯回線測(cè)量?jī)x、晶圓級(jí)磁場(chǎng)探針臺(tái)、自旋芯片原理教學(xué)演示系統(tǒng)、微型MOKE磁性測(cè)量?jī)x等多款高科技產(chǎn)品，并與清華大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院物理研究所以及國(guó)內(nèi)頂尖集成電路制造企業(yè)建立了密切的合作關(guān)系，開創(chuàng)了良好的市場(chǎng)前景。

“致真精密儀器將繼續(xù)面向科研和產(chǎn)業(yè)界在高端科研儀器和集成電路裝備方面的需求，進(jìn)一步發(fā)揮產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的優(yōu)勢(shì)，將知識(shí)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，為國(guó)家科技的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)的革新貢獻(xiàn)‘芯’力量。 ”張學(xué)瑩說(shuō)道。

為“中國(guó)芯”貢獻(xiàn)更多好設(shè)備

記者：研發(fā)芯片設(shè)備，想從事好這方面的科研工作，您認(rèn)為最重要的是什么？需要具備哪些能力與精神？

張學(xué)瑩：我認(rèn)為最重要的是要持之以恒，不能浮躁。專注于一個(gè)領(lǐng)域，持續(xù)鉆研，把技藝做精，做成行業(yè)頂尖。用傳統(tǒng)的話來(lái)講，需要具備“匠人精神”。另外，還需要團(tuán)隊(duì)協(xié)作，與芯片制造相關(guān)的設(shè)備都很復(fù)雜，需要光、電、機(jī)械和自動(dòng)化、軟件算法等方面的工程師、科研人員通力合作，方能完成，并不是靠一己之力便能成功的。

記者：您和團(tuán)隊(duì)將如何繼續(xù)“芯”科技研發(fā)？有什么目標(biāo)？

張學(xué)瑩：未來(lái)先在磁性芯片測(cè)試領(lǐng)域，繼續(xù)鉆研、精益求精，在磁性芯片制造相關(guān)的設(shè)備方面達(dá)到世界領(lǐng)先，打出一面旗幟，鍛煉好團(tuán)隊(duì)的素質(zhì)和能力。然后，針對(duì)國(guó)家和市場(chǎng)需求，將業(yè)務(wù)逐漸擴(kuò)大至通用的集成電路測(cè)試設(shè)備市場(chǎng)，為中國(guó)芯片制造行業(yè)的發(fā)展提供更多更好的設(shè)備。（觀海新聞/青島早報(bào)記者 楊博文）

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