中国半导体设备自主,真比造原子弹还难吗? – 创业家微信公众号文章

以下文章来源于远川科技评论 ,作者刘芮、邓宇

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来源:远川科技评论

作者:刘芮、邓宇
光刻机被荷兰人卡脖子,抛光机与离子注入设备是美国人的天下,就连中国最擅长的半导体测试封装,上游设备也被德国人所垄断。
造不如买,买不如租的思路持续二十年,一直到被卡脖子断供的当口,我们才茫然反思:中国半导体设备自主,难道比造原子弹还难吗?
起码在刻蚀机领域并非如此。
与风口上的光刻机做个简单对比:造芯片,就是将掩膜版上的芯片线路在硅晶圆上雕刻出来。其中,光刻机是描摹图案的笔,刻蚀机是在晶圆上雕刻的刻刀。
在诸多半导体设备之中,光刻机是最精密,单台造价最贵的一个;而刻蚀机则是在光刻机发展遇到瓶颈后,推动摩尔定律继续前行的主要功臣,近些年来,更是全部半导体设备中市场最大的一个。
上世纪七八十年代起,这个市场就被美国应用材料、拉姆研究以及日本东京电子,垄断了80%市场。其中高端的等离子刻蚀机,更是一直到2015年都对中国实施出口控制。
解除封锁背后,主要归功于一个叫做中微半导体的企业,这家公司,2004年由60岁高龄的尹志尧归国创立,2007年首台CCP刻蚀设备研制成功,再到2015年突破等离子刻蚀机的封锁。中微成功的背后,其实是一套已经被验证过多次的中国半导体三步突围方法论。
01
造芯片、造设备虽说是一个技术主导的产业,但也是一个经验为王的产业。一千个清华毕业生,或许也抵不上一个在硅谷工作二十年的老师傅。2004年归国创立中微半导体的尹志尧,就是一个典型代表。
“我是个癌症病人,只剩下半条命,哪怕豁出这半条命,也想为国家造出光刻机、等离子刻蚀机来,我们一起干吧!”
说话的人是江上舟,时任上海市经委副主任兼国家中长期科学和规划重大专项组长,同时也是尹志尧在北京四中的学弟。在2004年的上海世界半导体设备展前后,为了动员学长回国,他使出了全身的解数。

学弟盛情邀约,但究竟以高龄华人身份返乡创业;还是以美国巨头高管的身份光荣退休,尹志尧陷入两难。用他的原话说就是“创业就是走上了一条不归路,对于我这个创业时年已经六旬的人来说,很可能累死在工作的岗位上。”

但“学成”不还乡,如锦衣夜行。改革开放已经二十多年,当时的中国正需要一次彻彻底底的高端制造业大升级。具有丰富经验的海外华人工程师、高管,正是这场浪潮中的领路人。
在历史文章《中国芯酸往事》中,我们曾做过这样的梳理:中芯国际成立于2000年;展讯通信成立于2001年;汇顶科技成立于2002年;华为海思成立于2004年;澜起科技成立于2004年;兆易创新成立于2004年;中微半导体成立于2004年……
其中,中芯国际创始人张汝京,曾在德州仪器工作20年;兆易创新创始人朱一明曾是iPolicyNetworks Inc的资深工程师;而中微半导体创始人尹志尧,也曾任全球最大半导体刻蚀机巨头美国应用材料的副总裁。
背后原因有二:其一,中国改革开放培养出的第一批人才80年代留学后,2000年回国,正是技术、人脉、经验的巅峰;其二,半导体创业,除了技术难度高,更存在一个Know-how的经验黑箱。
在美国工作二十年,尹志尧一路升至应用材料公司副总裁、等离子体刻蚀事业群总经理。先后在三家芯片刻蚀机寡头中的两家都有所建树,手握86项美国专利。当年他带领15位硅谷资深华裔科学家回国,就连《今日美国》也用了相当篇幅来对中微半导体进行重点报道。
刻蚀机虽不如光刻机复杂,但也是一个需要至少融合50多个学科和专业知识的精密器械。从研发到新品上市,即便对应用材料以及拉姆研究这样的巨头来说,一般需要用三到五年时间。
而一开始只有15人团队创业的中微,创业仅三年,就研制成功了首台CCP刻蚀设备产品,并运往国内客户,在45nm、22nm、14nm、7nm介质刻蚀,等离子刻蚀上一路狂奔,用不到十五年时间,在技术上基本追平对手三十多年的积累。
02

有人是方法论的第一步,而选对了上海,则是中微成功方法论的第二步。上海给中微与中芯国际的,一方面是帮扶,一方面则是1+1大于2的产业配套。
2004年,中微落地上海后,曾招致不少质疑。只靠尹志尧团队自筹的150万美金,中微可能还没开门,就得歇业。但民营企业被政府补贴后,它究竟姓社还是姓资?而作为一个华人在海外注册的企业,中微又到底是外国公司,还是中国公司?
汉芯教训在前,谁也承担不起国有资产流失的罪名。
更何况,半导体创业初期,资本只进不出是产业常识。而当年的应用材料与拉姆研究,仅仅是为了维持领先地位,每年的研发经费投入就以数亿乃至十几亿美金投入打底。还是那句话只靠着尹志尧团队自筹的150万美金,中微可能还没开门,就得歇业。而政府一旦决定扶持,这又将是一个烧钱的无底洞。
上海一直以来都是全国对高新技术最为包容的地方之一。2000年,张汝京建立中芯国际之时,他曾经首站选在香港,只可惜特首都同意了,中芯却被地产商赶出了香港。
打道回上海,张汝京立刻得到了时任上海市长的亲自接待,指着正在规划中的张江,领导大手一挥,中芯国际要建厂“想要哪块都可以!”钱、人、地皮,只有中芯不敢要,没有当时的上海不配合。
当年中芯国际享受的待遇,中微一样也没落下。给钱、给人、给地方,在江上舟等人的力保下,中微创业初期,就拿到了上海市政府提供的5000万启动资金。之后,江上舟又引荐尹志尧找到国家开发银行行长陈元,拉来5000万美元无息贷款。
02专项、上海政府的扶持下,中微在那个所有人都把半导体当骗子的年代里,挺过了创业初期最艰难的一段时光。
但中芯与中微同在张江,真的只是孤立的闪光点吗?1+1大于2,才是张江高科真正的目的。
半导体设备虽然位于半导体行业上游,其实同样需要下游代工厂以及上游零件企业的配合。就拿光刻机来说,一台由十万个零件构成的EUV光刻机中,90%的部件均来自外部厂商,为保障研发进度,阿斯麦也会主动引进台积电、三星等代工厂成为自己的股东。
而刻蚀机虽然没有光刻机复杂,但要知道:高端的光刻机都是相似的,而刻蚀机就连基础款都复杂的千姿百态。
具体原因在于:刻蚀半导体底层需要ICP设备,而刻蚀上层线路则需要CCP设备。即便同样是刻蚀底层,也会根据芯片的存储、计算、车载等不同类型,需要搭配不同类型的刻蚀机。
总而言之,刻蚀机类型,会根据工艺以及半导体类型,而分成非常多不同的型号。自然,也就需要整个产业上下游的配合。
除了引荐尹志尧与张汝京等人回国,江上舟其实也是张江高科产业园的规划者之一。早在中微入驻之前,此处就已经引进了华虹、宏力、上海台积电、上海贝岭等数条先进集成电路;此后,紫光、兆易、韦尔半导体、阿里又相继入驻,从上游设备,覆盖到下游封装测试。

就拿中芯国际来说,历次中微的最新设备出炉,中芯国际多是首批“尝鲜”兼“试毒”的下游客户。一直到2016年,中芯国际也还是中微占比达到39%的第一大客户。
而中微与中芯国际的崛起背后,企业本身的奋斗固然是主要原因,但必须承认的是,所有的科技革新背后,其实都离不开一个肯花力气,愿意烧钱的政府。
03
如果说过去十几年的潜伏,是半导体设备产业从零到1的国产化起步,那么从2018年起的三年催化,则是国产半导体设备全面崛起的临门一脚。
背后原因有三:
(1)2018年开始的那一场断供,让半导体自主从一个产业的隐忧,变成了一个国家的明伤,半导体不自主则科技不自主,成为所有人的共识。
(2)刻蚀机本身的市场,已经随着芯片制程的不断提升而飞速发展。
(3)科创板、国家大基金的出现,让中国半导体,不再只是一个靠情怀生存的孤岛,创业者有未来,投资者能退出,企业有联合,一个健康的商业生态正蓬勃崛起。
第一点就不再赘述,这里需要解释一下的是第二点,刻蚀机的重要性。
芯片领域,有一个约定俗成的产业规范,叫做摩尔定律:集成电路上可容纳的元器件的数量每隔18至24个月就会增加一倍(相应的芯片制程也会不断缩小)。
但制程如何提升呢?英特尔、高通、海思这些设计企业名头虽响,但他们只是摘桃子的下游。真正起决定作用的,其实是材料与设备企业。
前面我们提到,光刻机是其中起到决定性作用的一环,但提升制程,光刻机不是万能的。
打个简单比方,从硅片到芯片,可以想象成从一张纸最终雕刻成窗花的过程。光刻机是画花样的笔;而刻蚀机,则是用物理或者化学方法,根据花样来进行雕刻的刀。
制程要先进,画笔首先得细;但刻刀也不能落下。更何况,随着单位体积内晶体管数量越来越密,想一次加工完全部图案,产品良率自然受到影响。这时候,多重刻蚀技术就登场了。
其原理可以简单理解为:先打线稿雕刻第一遍,再处理细节二次、三次雕刻。这也就导致了,每次芯片制程的提升,都会导致刻蚀步骤的成倍增加。


而近些年开始,刻蚀机在芯片各种半导体设备投资中的占比,已经一跃超过光刻机,成为最大的一头。
而借着市场东风,中微自然一跃而起,跻身千亿市值俱乐部。
当然,市场机遇之外,成就了中微估值的,其实也离不开国家大基金、科创板的托举。而中微正是国家半导体大基金的第一个被投,2014年一次性拿到4.8亿人民币。而科创板的出现,更是让中微走到台前,从此什么都可以是问题,唯独钱不是问题。
资本做引,芯片,变成了科技致富、企业估值一飞冲天的不二法门。星星点点出现的江上舟、张汝京、尹志尧,被一条名为科技自主的暗线牵连,踟蹰独行二十年后,也终于成为了市场的主角。
最近,我们询问一位知名二级市场分析师:中微、中芯国际,他们的实力真的配得上他们的市值吗(中微在市场远远落后的情况下,二级市场估值接近lam三分之一)?
他这样反问:如果中微的二级估值都追不上应用材料与拉姆,工程师住不起房,企业没有发展的动力,我们的自主突破又从何谈起?
04
回到最根本的那个问题,中国半导体崛起难吗?难!在刚毕业的大学生到七旬高龄的归国专家一同努力下,七十年发展我们仍然没能走出包围。
但中国半导体发展真的有那么难吗?或许也没那么难,诀窍总结其实很简单:天时地利人和。
无数像江上舟、倪光南一样振臂高呼的官员学者,张汝京、尹志尧一样应声而起的实业家,无数为科技自主而奋斗的精英,他们是中国芯片、操作系统、精密设备的人和。
上海的半导体,北京的软件、AI,合肥的屏幕……地方的支持,缔造了产业的奇迹,他们是科技兴国的地利
基础齐全,压力、资金、国家关怀,三者一同就位,则构成了中国半导体发展几十年来前所未有的天时:
对中国半导体来说,未来充满希望。
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