集成電路裝備專項技術(shù)總師葉甜春：從無到有，填補空白

在集成電路上我國曾長期受制于人。國外先是對我國實行禁止出口，而后略有松動又實行嚴(yán)格審查和限制：如果賣給我們較先進的集成電路設(shè)備和材料，人家有權(quán)隨時隨地對我們的使用情況進行檢查。為了改變這種狀況，實現(xiàn)自主創(chuàng)新發(fā)展，“極大規(guī)模集成電路制造裝備及成套工藝”國家科技重大專項于2008年開始啟動實施。

經(jīng)過廣大科研人員近10年的艱苦攻關(guān)，我國集成電路制造技術(shù)實現(xiàn)了“從無到有”“由弱漸強”的巨大變化，引領(lǐng)和支撐了我國集成電路產(chǎn)業(yè)的快速崛起。

你知道集成電路（又稱芯片）有多密集嗎？以28納米技術(shù)為例，集成度相當(dāng)于在指甲蓋大小的面積上制造出10億個以上的晶體管，其中每根導(dǎo)線相當(dāng)于人體頭發(fā)絲的1/3000。而更先進的14納米技術(shù)，則相當(dāng)于在人體頭發(fā)絲截面上制造出50萬個以上的晶體管，其中每根導(dǎo)線相當(dāng)于人體頭發(fā)絲的1/5000。

那你又知道集成電路同我們?nèi)粘Ｉ畹年P(guān)系嗎？假如沒有了集成電路，電腦、手機、家電、汽車、高鐵、電網(wǎng)、醫(yī)療儀器、機器人、工業(yè)控制等等就都無從談起。信息時代離不開集成電路。

在集成電路上我國曾長期受制于人。國外先是對我國實行禁止出口，而后略有松動又實行嚴(yán)格審查和限制：如果賣給我們較先進的集成電路設(shè)備和材料，人家有權(quán)隨時隨地對我們的使用情況進行檢查。

為了改變這種狀況，實現(xiàn)自主創(chuàng)新發(fā)展，根據(jù)《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006—2020年）》，“極大規(guī)模集成電路制造裝備及成套工藝”國家科技重大專項（簡稱專項）于2008年開始啟動實施。

從無到有 填補空白

集成電路制造技術(shù)代表著當(dāng)今世界微細制造的最高水平，涉及學(xué)科技術(shù)范圍廣，從原材料到終端產(chǎn)品，共涉及半導(dǎo)體物理、化學(xué)、精密加工、精密光學(xué)、計算機、自動化、材料等40多個學(xué)科的最頂尖技術(shù)，是目前為止涉及學(xué)科最多的產(chǎn)業(yè)，因此集成電路產(chǎn)業(yè)是一個國家高端制造能力的綜合體現(xiàn)，是全球高科技國力競爭的戰(zhàn)略必爭制高點。

“我們的目標(biāo)是開展集成電路制造裝備、成套工藝和材料技術(shù)攻關(guān)，掌握核心技術(shù)，開發(fā)關(guān)鍵產(chǎn)品，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)自主創(chuàng)新發(fā)展?！比~甜春說。

葉甜春是中科院微電子所所長，集成電路裝備專項的技術(shù)總師。他在接受科技日報記者專訪時說，經(jīng)過廣大科研人員近10年的艱苦攻關(guān)，我國集成電路制造技術(shù)實現(xiàn)了“從無到有”“由弱漸強”的巨大變化，引領(lǐng)和支撐了我國集成電路產(chǎn)業(yè)的快速崛起。

我們曾經(jīng)有過兩項空白。

在專項實施前，我國集成電路高端制造裝備為零。

“經(jīng)過專項實施，一批集成電路制造關(guān)鍵裝備實現(xiàn)從無到有的突破?！比~甜春說，目前我們的國產(chǎn)刻蝕機、磁控濺射、離子注入機等30多種關(guān)鍵設(shè)備都已研制成功，并通過了大生產(chǎn)線的考核，實現(xiàn)了批量供貨?？傮w技術(shù)水平達到28納米精度，部分14納米精度的關(guān)鍵設(shè)備開始進入客戶生產(chǎn)線驗證，累計銷售了306臺。國內(nèi)主要配套零部件配套體系初步形成，國產(chǎn)零部件銷售3556臺（套）。

中國的技術(shù)進步，打破了發(fā)達國家對我們實行的出口管制。2015年美國商務(wù)部工業(yè)與安全局宣布：國外（中國）有和美國ECCN3B001.c性能相當(dāng)?shù)目涛g設(shè)備技術(shù)能力，因此，基于這項編碼的美國國家安全出口管制將失效。

我們還曾有過一項空白。

專項實施前，我國集成電路行業(yè)所需的材料也幾乎全部需要進口。經(jīng)過近10年努力，目前我國在特種氣體、靶材、部分化學(xué)品（研磨液、電鍍液等）等關(guān)鍵材料方面已完成研發(fā)，通過大生產(chǎn)線考核認證后大批量使用，并且有部分產(chǎn)品進入了海外市場。國產(chǎn)光刻膠等也已進入大生產(chǎn)線試用。

點面突破 助推產(chǎn)業(yè)發(fā)展

點的突破令人歡喜，但面的推進更令人振奮。我國在集成電路的高端設(shè)備和材料方面實現(xiàn)了從無到有，形成了良性發(fā)展的產(chǎn)業(yè)生態(tài)。

作為基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)的集成電路制造裝備業(yè)，其成果輻射的帶動面很廣。利用集成電路裝備專項取得的裝備核心技術(shù)，使我國在LED、傳感器、光伏等泛半導(dǎo)體制造領(lǐng)域的裝備國產(chǎn)化率大幅提升。LED、光伏等領(lǐng)域已實現(xiàn)關(guān)鍵裝備成套國產(chǎn)化，國產(chǎn)裝備成為市場主流。具不完全統(tǒng)計，國產(chǎn)裝備在泛半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)已實現(xiàn)銷售6590臺。這些國產(chǎn)化的裝備，使我國在LED、光伏等領(lǐng)域投資成本顯著降低，持續(xù)推動我國相關(guān)產(chǎn)業(yè)整體競爭力大幅提升，我國在LED照明、光伏等產(chǎn)業(yè)規(guī)模躍居世界第一，技術(shù)水平也實現(xiàn)了國際領(lǐng)先。

在集成電路裝備專項實施之前，國內(nèi)集成電路制造最先進的量產(chǎn)工藝為130納米，處于研發(fā)的工藝也僅為90納米。專項實施后，我國的主流工藝水平提升了5代，其中55、40、28納米三代成套工藝已研發(fā)成功并實現(xiàn)量產(chǎn)，而更先進的22、14納米先導(dǎo)技術(shù)在研發(fā)上也取得突破，形成了自主知識產(chǎn)權(quán)；封裝企業(yè)從低端進入高端，三維高密度集成技術(shù)達到了國際先進水平。這些工藝制造的智能手機、通訊設(shè)備、智能卡等芯片產(chǎn)品大批量進入市場，提高了我國信息產(chǎn)業(yè)的競爭力。

建立知識產(chǎn)權(quán)保護體系

除了技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的進步外，集成電路裝備專項還使我國形成了自主知識產(chǎn)權(quán)體系，支撐了我國企業(yè)積極參與國際競爭。

缺乏自主知識產(chǎn)權(quán)一直是我國集成電路企業(yè)受制于人的瓶頸問題。葉甜春說，集成電路裝備專項高度重視創(chuàng)新技術(shù)研究，提出了“專利導(dǎo)向下的研發(fā)戰(zhàn)略”，從戰(zhàn)略高度布局核心技術(shù)的知識產(chǎn)權(quán)。專項實施以來，共申請了2.3萬余項國內(nèi)發(fā)明專利和2000多項國際發(fā)明專利，形成了自主知識產(chǎn)權(quán)體系，極大提升了我國集成電路技術(shù)自主創(chuàng)新能力，促使我國集成電路制造技術(shù)發(fā)展模式從“引進消化吸收再創(chuàng)新”轉(zhuǎn)變?yōu)椤白灾餮邪l(fā)為主加國際合作”的新模式，掌握了發(fā)展的主動權(quán)，企業(yè)在國際競爭中的實力和地位發(fā)生了巨大變化。

在集成電路領(lǐng)域，專利不僅是保護自己的有力盾牌，也是打擊對手的鋒利武器，專利糾紛經(jīng)常發(fā)生，沒有知識產(chǎn)權(quán)保護體系就像是毫無防御工事的陣地。正是我們加強了自主創(chuàng)新，建立了系統(tǒng)的專利保護體系，近期發(fā)生的專利糾紛，我國企業(yè)都獲得了勝訴。

培育具有國際競爭力的企業(yè)

集成電路裝備專項以培育世界級企業(yè)為目標(biāo)，建立了一套有效的組織方法，成為機制體制創(chuàng)新的亮點。一是解決科技成果產(chǎn)品化問題，實行“下游考核上游，整機考核部件，應(yīng)用考核技術(shù)，市場考核產(chǎn)品”的用戶考核制，通過用戶和市場的考核驗證，研發(fā)成功一大批經(jīng)得起市場檢驗的高端創(chuàng)新產(chǎn)品；二是積極探索科技、產(chǎn)業(yè)、金融有效協(xié)同的新模式，與重點地區(qū)的發(fā)展規(guī)劃協(xié)同布局，主動引導(dǎo)地方和社會的產(chǎn)業(yè)投資跟進支持，形成產(chǎn)業(yè)鏈、創(chuàng)新鏈、金融鏈“三鏈融合”協(xié)同發(fā)展的環(huán)境，扶植企業(yè)做大做強，推動成果產(chǎn)業(yè)化，形成產(chǎn)業(yè)規(guī)模，提高整體產(chǎn)業(yè)實力。

集成電路裝備既是信息產(chǎn)業(yè)的核心支撐技術(shù)，又是制造業(yè)的領(lǐng)先高端技術(shù)，是兩個產(chǎn)業(yè)的交叉戰(zhàn)略制高點。集成電路裝備對配套產(chǎn)業(yè)的技術(shù)要求很高，它的發(fā)展帶動了我國精密加工能力、表面處理能力、基礎(chǔ)材料、基礎(chǔ)工藝、基礎(chǔ)零部件等水平的提升，推動我國制造業(yè)向高端發(fā)展。

只是萬里長征第一步

想起了前人說過的一句話：“在面臨技術(shù)封鎖的領(lǐng)域，我們的自主創(chuàng)新往往做得更扎實?！奔呻娐费b備專項正在演繹著這樣一段情節(jié)。

但葉甜春十分清醒。他坦言，盡管我國集成電路制造技術(shù)實現(xiàn)了跨越發(fā)展，整個產(chǎn)業(yè)也發(fā)生了巨大的化，但我們的起點仍然很低，與發(fā)達國家的差距仍很大。

我們的整體產(chǎn)業(yè)規(guī)模仍然很??；創(chuàng)新能力和水平與國外還有較大差距，特別是在面向應(yīng)用的技術(shù)解決方案和產(chǎn)品定義等綜合創(chuàng)新能力上；設(shè)計業(yè)和制造業(yè)結(jié)合不夠，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和模式創(chuàng)新上還有待完善；產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)仍然薄弱，國產(chǎn)裝備和材料的市場占有率仍然很低。葉甜春說，我們只是邁出了“萬里長征第一步”，必須清醒地看到我們馬上就會迎來艱苦的“爬坡”階段。

創(chuàng)新案例

上下游聯(lián)合創(chuàng)新助推IC產(chǎn)業(yè)跨越發(fā)展

通過“十一五”和“十二五”集成電路裝備專項支持，以中芯國際為代表的國內(nèi)集成電路制造企業(yè)正加速發(fā)展，力圖實現(xiàn)彎道超車。在這個過程中，由北方華創(chuàng)公司與中芯國際聯(lián)合開發(fā)的Booster A630單片退火系統(tǒng)，實現(xiàn)了我國高端集成電路裝備的技術(shù)跨越，該設(shè)備核心技術(shù)和工藝參數(shù)與國際最先進的競爭對手在客戶端的表現(xiàn)一致，目前機臺置換率已接近1.2（機臺實際產(chǎn)能為競爭對手的1.2倍）。作為國內(nèi)首臺28/40納米工藝后段制程單片退火機臺，其優(yōu)越性能得到國際先進圓晶廠商的認可，有效填補了國內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)后段退火工序的需求。

2015年北方華創(chuàng)硬掩模PVD設(shè)備在客戶端驗證時，中芯國際的工程師提出是否可以利用北方華創(chuàng)的技術(shù)開發(fā)一款專用于40—28nm退火工藝的設(shè)備。雙方經(jīng)過深入討論于2015年3月決定聯(lián)合開發(fā)先進的退火設(shè)備，中芯國際作為設(shè)備用戶為北方華創(chuàng)提供了大量的有價值設(shè)計案例。

2015年9月，首臺BoosterA630機臺進入中芯國際。機臺到達客戶現(xiàn)場很順利的通過了工藝測試，并進入試量產(chǎn)階段。在試量產(chǎn)階段，遇到的一個非常棘手的問題，就是顆粒表現(xiàn)不穩(wěn)定，經(jīng)常出現(xiàn)超過要求的情況。IC行業(yè)對顆?？刂频囊蠓浅８?，嚴(yán)苛到每片硅片過機臺增加的尺寸為0.06um（頭發(fā)絲的1300分之一大?。┑念w粒不能超過8顆，國外機臺經(jīng)過多年跟終端客戶的磨合，在顆?？刂品矫娣e累了大量的經(jīng)驗，而對于我們國產(chǎn)機臺來說，這是巨大挑戰(zhàn)。

經(jīng)過長達三個月不間斷的試驗和問題排查，終于發(fā)現(xiàn)是兩處產(chǎn)生顆粒的重要來源。于是產(chǎn)品經(jīng)理組織項目組成員和部門專家頭腦風(fēng)暴，在現(xiàn)場、在會議室、在微信群里對機臺設(shè)計問題不斷的進行深入的交流和討論，包括短期的維護方案、長期的監(jiān)控措施與最佳操作流程、未來的設(shè)計改進。最后項目組花了近一個月的時間完成了機臺的升級，徹底地解決了顆粒問題。

正是基于這種不斷的自我提升和全面合作，Booster A630單片退火系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性得到了進一步的提高。基于設(shè)備的優(yōu)異表現(xiàn)，2016年5月第二臺設(shè)備進入中芯國際。2016年10月，第三臺設(shè)備進入中芯國際。現(xiàn)今，北京中芯國際已擁有Booster A630單片退火設(shè)備4臺，并都進入穩(wěn)定量產(chǎn)階段，2017年5月累積量產(chǎn)突破100萬片?；跀U產(chǎn)需求，北京中芯國際計劃再采購2臺Booster A630系統(tǒng)。

數(shù)說成果

280億 在2009年專項《65—45—32納米產(chǎn)品工藝開發(fā)》項目的大力支持下，中芯國際依次開發(fā)成功65/55納米工藝平臺，45/40納米工藝平臺，并漸次投入生產(chǎn)，截止到2017年第一季度，兩大工藝節(jié)點累計新增營收280億元人民幣。

1500項 中芯國際堅持產(chǎn)學(xué)研合作和創(chuàng)新，先后與中科院微電子所、清華大學(xué)、北京大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、浙江大學(xué)和上海集成電路研發(fā)中心等部分專業(yè)領(lǐng)域的高校和研究所合作。僅65—45納米兩個技術(shù)節(jié)點就申請發(fā)明專利近1500項。

37.41萬片 中芯國際積極引進國內(nèi)集成電路設(shè)計公司通過已認證的國產(chǎn)設(shè)備和材料進行產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。先后有21家國內(nèi)設(shè)計公司超過37個產(chǎn)品進行產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，大量國產(chǎn)芯片產(chǎn)品涵蓋了180nm—28nm技術(shù)制程，國產(chǎn)產(chǎn)品性能達到國際同等水平。從2013年至2016年，國內(nèi)設(shè)計公司率先應(yīng)用已通過驗證的國產(chǎn)設(shè)備和材料在中芯國際進行大批量芯片生產(chǎn)，累計投片37.41萬片（包含12英寸晶圓）。

503項 寧波江豐電子材料有限公司于2009年首次進入該專項，承擔(dān)了超高純金屬材料及濺射靶材的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化項目。截至目前，共申請靶材制造工藝和特殊裝備等相關(guān)專利503項，其中發(fā)明專利455項，已授權(quán)專利201項，同時還主持或參與制定了國家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)11項。

689項 通過專項的導(dǎo)入，提高了江蘇長電科技自主知識產(chǎn)權(quán)的創(chuàng)造、運用、管理和保護能力，通過該專項的專利申請數(shù)量達689項，發(fā)明專利345項，其中公司的FBP專利技術(shù)于2011年獲得“中國專利金獎”。

192億元 江蘇長電科技股份有限公司自2009年承擔(dān)重大專項項目以來，專項產(chǎn)品逐漸成為其新的經(jīng)濟增長點，支撐長電銷售業(yè)績每年保持10%—15%增長率，連續(xù)七年躋身全球半導(dǎo)體封測企業(yè)前十強，2016年實現(xiàn)銷售收入192億元，全球排名第三。

850臺 通過專項的實施，江蘇長電科技作為牽頭責(zé)任單位，建立了國產(chǎn)高端封測設(shè)備和材料驗證平臺，在一定程度上扭轉(zhuǎn)依賴國外設(shè)備廠商和材料廠商的不利局面，推動了我國集成電路設(shè)備及材料的國產(chǎn)化進程。目前長電科技已累計采購國產(chǎn)設(shè)備850臺套，共計8.24億元，采購國產(chǎn)材料2億元。其中Bumping線國產(chǎn)化率62.5%，WLCSP全線（不含測試）國產(chǎn)化率46.15%。