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2019-08-20 16:54:14
中微造芯路:在这光荣的荆棘路上
中微造芯路:在这光荣的荆棘路上

2004年,被誉为“硅谷最有成就的华人之一”的尹志尧以60岁高龄率队回国创立中微半导体设备有限公司(下文简称中微)。


作为一个大神级的存在,尹志尧的回国让国内半导体业内为之振奋——尹志尧回来了,我们离中国芯还远吗?



尹志尧博士

集成电路设备是人类迄今制造过的最复杂的设备之一。要造出先进的集成电路芯片,需要经过1000多个工艺步骤、涉及上千种材料、用到数百种专用设备,而每一种设备和工艺又涵盖了几十个学科和工程知识。目前,那些核心设备只有美国、日本和荷兰少数几个国家才能制造。


尹志尧很清楚摆在他面前的是一条怎样的荆棘之路。为了实现技术赶超,需要的积累时间以十年为计量单位,研发费用动辄以十亿美元计算。不仅如此,技术垄断导致市场垄断,来自美日荷的前十大半导体设备厂商的市场占有率高达90%以上。


“半导体设备产业绝不应仅是供应厂商的问题,它不但是集成电路产业发展最重要的部分,也是国家产业升级战略中最重要的产业之一。”尹志尧说。


国之重器,使命在肩。他已当仁不让。



尹志尧和他背后的“战狼”团队:

有我们在,就是战斗力



2004年,60岁的尹志尧拖着行李走出机场。出租车司机说他只有38岁。


从此,60岁尹志尧以38岁的青春热情和精力踏上了一片完全空白的战场:这位曾参与了美国几代等离子体刻蚀机的研发,拥有60多项技术专利的大神在离开美国之前,交出了自己全部的工艺路径和设计图纸,并在此后的研发中,坚决不触碰任何老东家的技术资料和商业机密。尹志尧说:“这样的成本是一家百年老店必须付出的。”


而他又拥有一切——在他的脑子里,一幅刻蚀设备国产化路线图已经慢慢展开。


永葆青春热情和精力的尹志尧


“一个刻蚀反应器在一年里要刻蚀 1018 (一百万万亿) 个微细深孔和其他微观结构,并要达到99.95%的合格率。开发和制造这样精细的加工设备,要有50多个学科、工程的知识和几十年长期积累的经验,必须吸引在业界有长期经验的第一流的专家,形成核心团队。而且不能照抄国外受知识产权保护的设计和技术,必须有自主创新的设计和开发更超前的工艺。”尹志尧说。


早在离开美国之前,尹志尧已默默在行业内物色和组织了一批华人精英。等到辞职回国的时候,尹志尧从硅谷带走了15位资深华裔工程技术和管理人员。这15个人,在硅谷主流集成电路设备产业工作过15到20年,基本涵盖了研发、生产、采购和管理的各个门类。就连建厂需要的基建工程师也一并跟着尹志尧回到了中国。“这个团队,其实比美国设备公司现在的同类设备团队还资深,有更多经验。”尹志尧说。


组建如此规模的团队,回国干一份高科技的大事业,这在我国历史上还是绝无仅有的。


事实上,对于集成电路设备这样庞大而复杂的产业,不可能由一个人撑起一家企业,必须是团队作战。目前中微共有员工超过五百人,其中四分之一以上来自海外10个国家,共同积累的半导体设备工业经验有2500年。


就是凭借着雄厚的团队战斗力,中微只用了不到10年时间就把自主开发的刻蚀机卖到了国际市场。




技术路线就是企业战略线



如果再有一批这样的团队,以同样的模式再来一遍,能否复制出另一个“中微”呢?


失败的原因往往是可以总结的,而成功则充满了天时地利人和的偶然性。


在国际上,集成电路设备的研发通常要比芯片制造技术提前两代。在我国,芯片制造技术大而不强、集成电路设备研发企业又还很弱小,二者由此陷入恶性循环:前者只能向国外采购成熟的设备,后者则因为在国内市场缺少成熟强大的用户群只能到国际市场去硬碰硬。那么,海外的芯片制造企业为什么非要用你的设备呢?


在这种较量中,技术路线变得异常重要。


中微清洁室


中微半导体创立之初,半导体芯片工艺正从铝导线向铜导线转移,金属刻蚀的需求迅速萎缩。尹志尧凭借其20多年的行业经验以及过硬的技术基础,当机立断:随着介质刻蚀设备在半导体关键设备中的地位越来越重要,通过全新的工艺和技术,以自主创新的介质刻蚀设备为突破口,抢占被国际巨头垄断的市场地位。


2007年,中微成功将这款全新的产品推向客户——全球最大的芯片代工制造企业,基于客户需求,中微打造了适用于65nm~28nm工艺的双反应台多腔介质刻蚀设备产品。


Primo nanova,Primo nanova是中微最新发布的第一代电感耦合等离子体刻蚀设备,用于制造最先进的存储和逻辑芯片。


如果样机运行结果差强人意,中微这几年的研发就要全部打水漂。


但中微对自己的产品充满信心。由于系统稳定、可靠,产能比竞争对手的同类产品高出35%左右,而使用成本低35%。中微一举打开了国际市场。


但即使设备产品经受住了下游产线的实战考验,“死亡威胁”依然存在——既有的市场巨头们,显然不欢迎新人入局。从2007年到2009年,中微接连遭遇来自国际巨头们的商业机密和专利侵权起诉。2008年,中微自行开发的12英寸芯片刻蚀机正准备进入台积电的国际一流芯片生产线,美国应用材料就起诉中微“窃取商业机密”。证据呢?“莫须有”!


官司一拖,就是两年。最终因找不到证据而“和解”收场。


“这是国际商业竞争中惯用的伎俩,我们早有准备,不怕他们的起诉。”尹志尧告诉记者,“但是官司纠纷直接导致中微的产品在官司期内无法销售,错过了两年窗口期。”


另一家美国巨头状告中微刻蚀设备专利侵权的诉讼则以中微完胜告终。业界公认,此类诉讼的出现,说明中国的产品已经好到西方竞争对手不能不重视,对其构成了实实在在的威胁;这两场诉讼的结果,则充分证明了中微的设备产品源自自主创新,在知识产权的角斗场上无惧任何挑战。


设备企业高昂的研发投入往往需要卖出10台以上设备才能够收回成本。在每个设备企业刚刚起步的日子里,没有销售,还要继续研发,入不敷出是一种可能会持续好几年的常态。在这段时间里,研发费用、企业运营费用从哪里来?


“那些年,没有任何收入的中微,全靠02专项和上海各级政府的扶持才熬了过来。”尹志尧说,“没有这种扶持,我们这十几个人,如果在硅谷创业,也一定会失败。”



不对称的竞争下政府应有更大作为



截止2017年底,已经有620多个中微生产的刻蚀反应台运行在海内外39条先进生产线上,高质量地加工了5500多万片12英寸晶圆。在世界最先进的7纳米生产线上,中微是被验证合格、实现销售的全球五大刻蚀设备供应商之一。中微的刻蚀机设备技术已与世界最前沿水平比肩。中微的各项产品在2017年共实现销售近10亿元人民币。

Primo AD-RIE,属于电容耦合等离子体刻蚀设备


即便如此,中微副总裁曹炼生在接受记者采访时依然难掩忧虑:“02专项到2020年就结束了,对企业的研发支持现在已经出现空窗期,如果没有后续研发资金的支持,中国的半导体装备产业与国际先进水平之间的差距很有可能会被进一步拉大。中微目前达到国际先进水平的大好形势有可能难以维持。”


目前,台积电、三星、英特尔等第一梯队的芯片制造商正在疯了一样地展开竞赛。7纳米之后的5纳米生产线两年内一定会出现。4纳米、3纳米的工艺开发已经在路上。为了不被市场所淘汰,中微已经开始攻坚5纳米,备战3纳米。“我们在进步,国际巨头也在进步。我们的加速度必须更大,才能保证不输。”曹炼生说。


为了追上世界先进水平,中微必然需要下重金投入技术研发,而这种投入仅靠企业目前的营收是很难支撑的。在国际上,处于垄断地位的设备企业已相当成熟,每年8-10亿美元的研发投入使他们游刃有余。与之相比,中微处于极不对称的竞争地位。


中微目前的研发投入约在5000万美金左右,按照企业生存规律,对于一个正常盈利的公司,要有3亿多美元的销售才可能勉强支撑这样的研发支出。“在中微达到那样的销售水平之前,每年需要至少是2500到3000万美元的研发资助。否则,为财务上的收支平衡,就只能大大消减研发费用。而这样做,只能维持生计,不可能实现快速发展,更不可能实现赶超。”尹志尧说。


“中微也可以去做一些相对低端但盈利更快的设备,但这种创新是不是我们的国家所需要的呢?”曹炼生指出,研发和产业化是必须齐头并进的,如果只是为了企业的盈利,把研发规模缩小甚至砍掉,再做四到五年中微就没有任何竞争力了。“没有持续的研发就不可能有大的发展,中微现在接近40%的年销售增长速度,就是基于每年用足够的、必要的投入去开发新一代的产品。只有在国际市场上站定先进技术水平的前沿,才能确保公司的持续发展。”


“在这种情况下,在企业的发展壮大过程中,政府有必要以国家战略的眼光和与国际竞争对手一较短长的气魄去改善目前存在的‘不对称’现状。资金面上看,除了要有资本金投入,还必须要有研发资助和低息贷款支持。台积电每年都以极低的利率获得40亿美元的贷款,这是其成功很重要的一个因素。而在国内借款至少百分之六七的利率,还要有抵押。光靠资本金公司没有办法运转。”尹志尧说。同时他也强调,半导体设备研发和制造的高技术门槛和高资金门槛特性,决定了它必须经过一个漫长的投入期才能看得到回报。“靠一家公司单打独斗很难有作为,必须要有资金,有人才,有政策。而且三方面不但都要有,还要平衡,不能有短腿。”


迄今为止,集成电路设备国产化,一代一代的人已经为之奋斗了近20年,取得了令世人瞩目的成就,打下了求未来发展的基础。但离与巨头相抗衡的目标还有很长一段路要走。



文章原刊于《浦东科技》,原文题目:《硬仗、硬闯——在这光荣的荆棘路上》,本文摘自科Way,略有删节。



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