高频脉冲电机的新版图已经重新开始流片。
吕辰三人又忙着新一轮验证机的搭建。
这天，刚刚从验证室回来，吕辰正处理一些其他单位的来信，办公室的门就被推开了。
陈光远的秘书站在门口：“吕工，陈厂长请您去一趟，真空所的电镜到了，正在安装。”
吕辰放下笔，站起来。
电镜，终于来了。
他跟着小周下楼，推着自行车出了研究所，一路来到6305厂，登记，放行。
一路上能看见穿着蓝色工装的人在厂区里穿梭，有人推着平板车，车上码着纸箱，有人手里拿着文件夹，脚步匆匆。
来到四号厂房，把车停好，进了门。
换鞋，换衣服，穿过风淋室。
走进车间的时候，里面已经站了一圈人。
陈光远站在最前面，旁边是几个穿灰色中山装的人，文昭南教授和电子管厂的李总工都在。
他们身前，是一台军绿色的机器。
一米多高，两米来长，主体是一个粗大的圆柱形镜筒，表面布满各种接口和旋钮。
镜筒下面是一个样品室，样品室旁边是控制台，控制台上密密麻麻的旋钮、开关、仪表，还有一台示波器。
整台机器，像一头蹲着的金属野兽。
“小吕来了。”陈光远看见他，招了招手。
吕辰走过去，站在陈光远旁边。
“文教授，李总工。”
文昭南教授冲他点点头：“小吕好。”
李总工看着那台电镜，语气里带着点自豪：“总算装起来了。在厂里调试了半个月，拉过来，又装了三天。今儿个早上才通上电。”
吕辰问：“指标多少？”
“300埃左右。”文昭南说，“看形貌够了，看细节还差点。”
吕辰大喜：“300埃，0.03微米。对于现在5微米的工艺来说，这个分辨率，够用了。”
他又问：“通电试过了？”
“试过了。”李总工说，“图像能出来，稳定。就是……”
他顿了顿，看了一眼文昭南。
文昭南接过话：“就是我们对集成电路这行不太熟。这东西看材料、看金属断口都有大用。到了6305厂这儿，能看什么，得你们说了算。”
陈光远点点头，然后看向吕辰：“吕工，叫你来，就是这个意思。咱们厂里五十多个专家教授，都是搞机械、搞化学、搞工艺、搞材料的。电镜这东西，谁都没正经用过。你给讲讲，这东西能在咱们这儿干什么。”
吕辰走到那台电镜前面，伸手摸了摸镜筒，金属的触感冰凉而坚实。
然后他转过身，看着那一圈人。
陈光远，文昭南，李总工，还有6305厂的那些专家们。
设计中心的，制造中心的，测试中心的，一张张熟悉的脸，此刻都看着他。
“文教授，”他说，“能不能先随便找个样品，把图像调出来？咱们边看边说。”
文昭南点点头，走到控制台前。
李总工也从旁边拿过一个样品托，上面粘着一个小小的铜网，铜网上挂着一些粉末。
“这是标样，先看看图像质量。”他把样品托放进样品室，关好门，开始抽真空。
嗡嗡的声音响起来，是机械泵在工作。
过了一会儿，文昭南看了看真空计，点点头：“好了。”
他打开电子枪的高压开关，调节几个旋钮，示波器上开始出现一些波纹。
然后他看向观察窗。
吕辰凑过去。
观察窗里，是一幅灰白色的图像。
放大，调焦，再放大，再调焦。
慢慢的，图像清晰起来。
那是一群不规则的颗粒，有的圆，有的尖，大大小小地堆在一起。
“这是氧化镁粉末。”李总工在旁边说，“常用的标样。”
吕辰看了一会儿，然后退开。
“陈厂长，能不能拿个芯片来？”他问。
陈光远朝旁边的人点了点头，不一会儿，有人拿过来一个陶瓷封装的芯片。
“这是HX-2的测试片，”那人说，“流片的时候有些缺陷，淘汰下来的。”
吕辰接过芯片，看了看。
黑色的陶瓷基底，两排引脚，表面印着白色的字。
他把芯片递给文教授：“教授，请您用酸煮。把封装煮开，把晶圆露出来。”
文昭南愣了一下：“现在？”
“现在。”吕辰说，“咱们今天，就给它验验尸。”
陈光远招呼一个工作人员拿来发烟硝酸。
文昭南把芯片放进烧杯里，倒上硝酸，下面点上酒精灯。
黄色的烟雾冒起来，刺鼻的气味弥漫开来。
十几分钟后，黑色的环氧树脂封装开始软化，脱落。
李总工用镊子把晶圆夹出来，在去离子水里洗了洗，然后放在一张滤纸上吸干。
那是一小块银灰色的东西，比指甲盖还小，边缘参差不齐。
李总工把它粘在样品托上，放进样品室。
抽真空，开机，调焦。
这章没有结束，请点击下一页继续阅读！图像慢慢出现。
吕辰凑到观察窗前。
视野里，是密密麻麻的金属走线，横平竖直，整整齐齐。
但在左下角，有一个小小的黑点。
“放大那个地方。”他说。
文昭南调节旋钮，图像放大，再放大。
黑点变成了一小片焦黑的痕迹，中间有一个微小的熔坑，周围是一圈烧焦的痕迹，像被雷劈过的伤口。
“这是击穿点。”吕辰指着那个熔坑，“电压过来的时候，这里温度瞬间升高，把硅都烧化了。”
他顿了顿：“这种击穿，往往是栅氧化层太薄，或者有缺陷。电场强度一大，就打穿了。”
旁边有人倒吸一口气。
吕辰直起腰，看着那一圈人。
“咱们先从头讲。”他说，“电镜能在咱们这儿干什么。我一条一条说，文教授，请您配合着演示。”
他走到一个白板前面，拿起笔，写下第一行字：关键尺寸测量。
“咱们现在的设计规则是5微米。”他转过身，“但5微米到底做出来是多少？光刻机有误差，刻蚀有偏差，最后留在晶圆上的线宽，可能是5.2，也可能是4.8。”
他拿起另一块芯片，是没煮开的，指了指表面那些看不见的线条。
“如果只有4.8，再加上一点点毛刺，两条线就挨上了。挨上了，就是短路。”
他看着文昭南：“文教授，能不能量一下那条线的实际宽度？”
文昭南点点头，把图像移到一片金属走线密集的区域，调好焦距。
电镜上有刻度，可以手动测量。
他量了一条线，又量了旁边的间距。
“线宽，4.9微米。”他报出数据，“间距，5.1微米。”
吕辰点点头：“看，设计是5微米，做出来是4.9。如果工艺再偏一点，就是4.8，间距就只剩4.7。两条线离得越近，越容易搭上。”
陈光远点了点头：“不错，有了了这个电镜，我们就不用等片子做完，上电测了。以后每一批片子，抽几颗切开来量一量，就知道工艺漂移了多少，是往宽了漂还是往窄了漂。”
吕辰点点头：“这叫工艺监控。”
他顿了顿，又写下第二行字：形貌观察。
“刚才那个击穿点，就是形貌观察。”他指着屏幕上那个焦黑的熔坑，“你们看，这个坑，周围还有烧焦的痕迹。这说明什么？说明击穿的时候，能量很大，瞬间把硅烧化了。”
他又让文昭南把图像移到另一个地方，那里有一条细细的“桥”，连接着两条本该分开的金属线。
“再看这个短路的地方。”他指着那条桥，“不是一整片连在一起，就是一根头发丝那么细的东西搭上了。这种桥是怎么形成的？可能是刻蚀没干净，可能是颗粒掉上去，可能是氧化层长了针孔。”
他抬起头，看着众人。
“不同的缺陷，有不同的形貌特征。通过电镜观察，可以把缺陷分类。是工艺问题，比如刻蚀残留；还是环境问题，比如颗粒污染；还是材料问题，比如位错。”
“分类清楚了，改进的方向就清楚了。”
白板上，他又写下第三行字：断面观察。
“文教授，有没有办法把芯片切开，看断面？”他问。
文昭南想了想：“可以。得先把芯片磨薄，然后用离子减薄，或者用金刚刀切开。需要时间。”
“不用现在做。”吕辰说，“我举个例子。”
他拿起那块煮开的芯片，用手指点了点它的表面。
“咱们现在看芯片，只能看表面。但芯片不是一层，是好多层叠起来的。氧化层、多晶硅、金属层、钝化层……一层摞一层。哪一层出了问题？光看表面看不出来。”
他看向白板，在上面画了一个简单的断面示意图。
一层基底，一层氧化层，一层多晶硅，一层金属，一层钝化层。
“断面一看，什么都清楚了。氧化层厚度够不够，台阶覆盖好不好，金属层有没有断裂，层和层之间有没有空洞。这些东西，决定了你的芯片能不能跑起来、跑多久。”
他又指了指刚才那个击穿点。
“比如刚才那个击穿，如果是栅氧化层太薄，断面上一量就明白。如果是边缘有尖角导致电场集中，断面上一看就看见那个尖角。”
陈光远在旁边点点头：“这个有用。咱们现在做工艺开发，最怕的就是不知道哪儿出问题。一层一层剥，太费劲。能直接看断面，省事多了。”
吕辰笑了笑，然后写下第四行字：成分分析。
“文教授，电镜上能不能做成分分析？”他问。
文昭南点点头：“能。有能谱仪。电子束打上去，激发出X射线。每种元素有自己的特征峰。一测就知道是什么。”
吕辰看向众人。
“有时候你看到芯片上有个颗粒，不知道是什么。是硅？是铝？是灰尘？是光刻胶没洗干净？用眼睛看不出来。”
“有了能谱仪，一打就知道。哦，这个是铁，可能是设备磨下来的；这个是钠，可能是手摸过的；这个是碳，可能是光刻胶残留。”
本小章还未完，请点击下一页继续阅读后面精彩内容！他顿了顿：“知道是什么，就知道从哪儿来的。铁，查设备有没有磨损；钠，查操作规不规范；碳，查清洗干不干净。这叫溯源。”
白板上，他写下第五行字：电压衬度。
“文教授，电镜能不能在通电的情况下看？”他问。
文昭南愣了一下：“理论上可以。但得有特殊的样品座，把电压引进来。我们没试过。”
吕辰说，“电镜不只能看形貌。如果给芯片通上电，再看，有些地方亮，有些地方暗。为什么？因为电压不同，二次电子的产率就不同。”
他在白板上画了一个简单的电路图。
“如果一条线该亮的地方不亮，说明这条线断了，电压没传过来。如果两条线该暗的地方亮了，说明它们短路了，不该连的连上了。”
他转过身。
“这种方法，对于定位‘开路’和‘短路’非常直观。尤其是多层金属互联的芯片，有时候从上面看是好的，但从电压衬度一看，底下那层根本没通。”
吕辰讲完，最后又道：“这些思路，是我个人的想法，但真要用起来，还得各位慢慢摸索。”
他顿了顿：“陈厂长，我刚才说的这些，大部分是给芯片检测的。但电镜还能干别的，给材料体检。”
他又拿起一块芯片：“材料好不好，不能只看配方，要看做出来之后长什么样。陶瓷烧结有没有气孔？硅片表面有没有划痕？光刻胶涂得匀不匀？这些都要用电镜看。”
他看向文昭南：“文教授，真空所研究薄膜，薄膜致密不致的密，有没有针孔，能不能用电镜看？”
文昭南点头：“能。断面上看得最清楚。”
“那就对了。”吕辰说，“咱们上海试剂总厂送来的光刻胶，涂出来到底匀不匀？咱们半导体所拉出来的硅单晶，表面到底有没有位错？咱们自己烧的陶瓷，致密度到底够不够？这些，都能用电镜看。”
他走回白板前，在那些字下面又加了一行：材料体检。
“电镜不只是给芯片‘验尸’的，也是给材料‘体检’的。从源头开始，就把问料掐死。”
车间里又安静了一会儿。
陈光远道：“小吕，你再讲讲，咱们接下来，应该怎么用这双眼睛？”
吕辰沉默了几秒。
他走到白板前，拿起笔，又写了几行字。
工艺监控：每一批片子，抽测关键尺寸，监控工艺漂移。
失效分析：每一个故障芯片，送电镜验尸，分类缺陷，溯源改进。
材料体检：每一种新材料，上电镜看形貌，看断面，看成分，把问题掐死在源头。
技术预研：为2微米、1微米、亚微米做准备，建立测量方法，积累数据。
他放下笔，看着那几行字。
“咱们现在，有了电镜，但不能光看着，要看出门道来。”
“什么叫看出门道？比如说，今天量了一条线，4.9微米。明天量一条，5.1微米。后天量一条，4.8微米。这叫什么？这叫数据。”
“有了数据，就能画图。横轴是时间，纵轴是线宽。点上去，连起来，就能看见——哦，这个月线宽偏小，可能是光刻机需要校准了；那个星期线宽偏大，可能是刻蚀机参数漂了。”
他顿了顿：“这叫统计过程控制。不是等出了问题再改，是看见要出问题了，提前改。”
他又指着“失效分析”那行。
“今天看一个击穿点，是栅氧化层薄了。明天看一个短路点，是刻蚀残留。后天看一个开路点，是金属层断裂。每一个故障，都是一条线索。把线索串起来，就能看见——哦，我们的工艺，薄弱环节在哪儿。”
“看见了薄弱环节，就能集中攻关。攻关完了，再用电镜看，改好了没有？还有没有别的问题？”
他指着“材料体检”那行。
“上海试剂总厂送来的新光刻胶，涂出来匀不匀？半导体所拉的新硅片，表面有没有划痕？咱们自己烧的陶瓷，致密度够不够？这些，都要用电镜看。”
“看完了，告诉人家，匀，可以用；不匀，哪儿不匀，怎么改。这叫反馈。上游知道怎么改，下游就能用上更好的材料。”
最后，他指着“技术预研”那行。
“咱们现在做5微米。接下来，要做2微米。2微米是什么概念？线宽是现在的五分之二。那些现在看不见的缺陷，到时候就能看见了。那些现在能容忍的误差，到时候就不能容忍了。”
“所以，现在就要开始练。用这台300埃的电镜，练怎么看2微米的细节。练怎么量，怎么分类，怎么溯源。等2微米真正上马的时候，我们的眼睛，已经准备好了。”
吕辰讲完，最后道：“这是我个人的一浅见，具体的操作，还是要大家以后慢慢摸索总结。”
陈光远笑道：“小吕谦虚了，你讲得很好，你今天讲的这些，够我们消化一阵子了。”
他看着那台电镜：“这东西，花了大价钱，费了大力气，从设计到制造，两年多。这就是咱们的眼睛。从今天起，咱们就是睁着眼睛干活了。”
车间里响起热烈的掌声。
然后，大家开始凑到电镜前面研究了起来。
文昭南和李总工开始讲解那些旋钮的作用，那些开关的用法。
陈光远站在一旁，看着这一幕，嘴角带着一丝笑意。
星河计划，从今天起，真的有眼睛了。
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