我國集成電路核心裝備國產(chǎn)化在京獲重大進(jìn)展。記者日前從北京經(jīng)濟技術(shù)開(kāi)發(fā)區獲悉，中芯國際北京廠(chǎng)使用國產(chǎn)設備加工的12寸正式產(chǎn)品晶圓加工突破一千萬(wàn)片次，標志著(zhù)集成電路國產(chǎn)設備在市場(chǎng)化大生產(chǎn)中得到充分驗證，國產(chǎn)設備技術(shù)和市場(chǎng)競爭力邁上了一個(gè)新臺階。
用發(fā)絲千分之一精度“蓋樓”
穿上淡粉色防塵衣帽，戴上口罩手套，雙腳套上鞋套，再進(jìn)入風(fēng)淋室經(jīng)過(guò)2分鐘的清潔空氣吹淋后，記者進(jìn)入了中芯國際二期生產(chǎn)線(xiàn)的潔凈室。
“這臺分片機，需要機械手臂精準、平穩地將晶片進(jìn)行分發(fā)，并且不能有任何刮傷和微塵污染。”“這臺中速離子植入機，是硅變成電晶體的一道重要工藝。”“這臺介質(zhì)蝕刻機，負責根據設計‘吃掉’硅片上不需要的部分”……在潔凈室技術(shù)人員的講解下，一臺臺國產(chǎn)裝備進(jìn)入了記者視線(xiàn)。
經(jīng)過(guò)多年的研發(fā)以及反復驗證、調試，它們如今與代表集成電路最先進(jìn)制造水平的國外“同行”們站立在一起，擔負起芯片制造的一項項關(guān)鍵工序。
在中芯國際工作多年的老人兒都清晰記得，十多年前中芯國際在京投產(chǎn)時(shí)，大到生產(chǎn)線(xiàn)設備，小到螺母、螺絲釘，都是進(jìn)口的。
國產(chǎn)設備進(jìn)芯片生產(chǎn)線(xiàn)，為何這么難？“好比要在晶片上蓋四十多層高樓，不同的是每一層樓都需要以頭發(fā)絲千分之一的精確度描繪出來(lái)。”中芯北方副總經(jīng)理張昕說(shuō)。一顆只有幾毫米寬的芯片上，肉眼看不到的是其背后極大的精確度和復雜度——每個(gè)芯片上有很多層，而每一層上面的晶體管和電路如果排成一根直線(xiàn)，有數百米長(cháng)。在這里，一張張硅片經(jīng)過(guò)光刻、掩膜、光照、離子注入、熱處理等數百道工序后，才能變成芯片。而任何一道工序中但凡出現一點(diǎn)差錯，就會(huì )失之毫厘，謬以千里。
正是由于工藝制造的高精度和復雜度，芯片生產(chǎn)需要機械、電子、軟件、控制、材料等多個(gè)學(xué)科的配合。集成電路生產(chǎn)線(xiàn)上刻蝕機、氧化機、薄膜、光刻、離子注入等設備，一直都由歐美日少數公司掌握。而如今，從2008年至今短短幾年時(shí)間，一些國產(chǎn)材料和大型裝備正在逐漸進(jìn)入這條全國最先進(jìn)的集成電路生產(chǎn)線(xiàn)。
聯(lián)合攻關(guān)縮短國際差距
中國芯中國造，是多年來(lái)中國高端制造領(lǐng)域亟待攻克的難題。
“一個(gè)城市的普通家庭有約100顆芯片。”北京經(jīng)濟技術(shù)開(kāi)發(fā)區管委會(huì )主任、國家科技重大專(zhuān)項02專(zhuān)項實(shí)施管理辦公室主任梁勝多年前就曾用這樣一個(gè)比喻來(lái)形容集成電路在人們生活中無(wú)處不在的重要性。而今，100顆這個(gè)數字有增無(wú)減。智能手機、空氣凈化器、移動(dòng)WiFi、高清電視、智能攝像頭、聲控燈……沒(méi)有了芯片，所有這些讓你生活便利的智能設備全都不可能實(shí)現。
小到人們的智能生活，大到國家信息安全能力，都與芯片以及制造芯片的核心裝備們息息相關(guān)。“國外一家大型裝備廠(chǎng)商一個(gè)季度的產(chǎn)值，就比中芯國際一年產(chǎn)值還要高得多。”張昕也用一個(gè)數字來(lái)解釋裝備制造在整個(gè)集成電路產(chǎn)業(yè)鏈中的重要地位。
2008年，國家科技重大專(zhuān)項02專(zhuān)項成立，組織“產(chǎn)學(xué)研”聯(lián)合開(kāi)發(fā)，由行業(yè)的龍頭企業(yè)中芯國際等牽頭，向世界上最先進(jìn)的40納米和28納米芯片技術(shù)節點(diǎn)攻關(guān)，并推動(dòng)裝備國產(chǎn)化。北京市作為組織牽頭單位，對項目承擔單位予以資金扶持。更為重要的，02專(zhuān)項讓中芯國際、北方微電子、七星華創(chuàng )（北方微電子、七星華創(chuàng )后重組為“北方華創(chuàng )”）、中科信公司等產(chǎn)業(yè)鏈的上下游企業(yè)站在了一起。
對于國產(chǎn)設備的“天然實(shí)驗室”——中芯國際的生產(chǎn)線(xiàn)來(lái)說(shuō)，過(guò)去購買(mǎi)進(jìn)口設備，維修和調試都由有豐富經(jīng)驗的國外設備公司承包。為了使用國產(chǎn)設備，攻關(guān)小組得邊干邊學(xué)，不停監測設備在生產(chǎn)過(guò)程中的各種問(wèn)題。同時(shí)，為加速裝備國產(chǎn)化進(jìn)程，作為“客戶(hù)”的中芯國際開(kāi)始與多家國產(chǎn)設備商聯(lián)合研發(fā)，在設備設計、研發(fā)過(guò)程中就充分根據大生產(chǎn)環(huán)節的需求進(jìn)行，而非閉門(mén)造車(chē)、單打獨斗。
“在科研上，以往的探索式研究只需要單點(diǎn)突破，一百次嘗試有一次成功就可以宣告成功了?，F在要提供大生產(chǎn)技術(shù)，必須一百次都成功。”張昕坦言國產(chǎn)化之路的艱辛。
2010年，國產(chǎn)設備開(kāi)始進(jìn)入中芯國際北京生產(chǎn)廠(chǎng)區。從2012年到2016年，使用國產(chǎn)設備加工的產(chǎn)品數量經(jīng)歷了0片次、2700片次、14萬(wàn)片次、110萬(wàn)片次、1000萬(wàn)片次的幾何式增長(cháng)。
開(kāi)發(fā)區集成電路產(chǎn)業(yè)的集聚，成為了高端制造裝備國產(chǎn)化的天然推動(dòng)力。就拿坐落在中芯國際北京廠(chǎng)街對面的“鄰居”北方華創(chuàng )來(lái)說(shuō)，其成功開(kāi)發(fā)了以刻蝕設備、化學(xué)氣相沉積設備、物理氣相沉積設備三大類(lèi)半導體裝備產(chǎn)品為基礎的20余類(lèi)產(chǎn)品，成功替代了國外廠(chǎng)商同類(lèi)產(chǎn)品。“設備一有什么問(wèn)題，設備商的工程師就能過(guò)來(lái)，雙方的合作溝通完全零時(shí)差。”中芯國際工程師說(shuō)。
北京經(jīng)濟技術(shù)開(kāi)發(fā)區負責人介紹，隨著(zhù)集成電路國產(chǎn)設備在市場(chǎng)化大生產(chǎn)中得到充分驗證，我國集成電路制造產(chǎn)業(yè)與國外最先進(jìn)水平的差距縮短了至少五年。
國產(chǎn)化可助成本降兩成
突破國際壟斷、提升自主創(chuàng )新能力，帶來(lái)的是實(shí)打實(shí)的效益。張昕透露，雖然目前設備國產(chǎn)化仍處于初期，需要投入大量人力、財力、物力，但隨著(zhù)國產(chǎn)設備大量投入使用，將使得我國芯片制造的設備采購成本降低25%左右。
業(yè)內專(zhuān)家透露，集成電路技術(shù)40多年來(lái)一直按照摩爾定律規律發(fā)展，即每隔18個(gè)月技術(shù)更新一代。每一代技術(shù)的更新可使芯片集成度提高1倍，電路性能提高40%。隨著(zhù)摩爾定律近年來(lái)逐漸逼近極限，裝備國產(chǎn)化對于提升我國集成電路行業(yè)競爭力將起到巨大作用。
用發(fā)絲千分之一精度“蓋樓”
穿上淡粉色防塵衣帽，戴上口罩手套，雙腳套上鞋套，再進(jìn)入風(fēng)淋室經(jīng)過(guò)2分鐘的清潔空氣吹淋后，記者進(jìn)入了中芯國際二期生產(chǎn)線(xiàn)的潔凈室。
“這臺分片機，需要機械手臂精準、平穩地將晶片進(jìn)行分發(fā)，并且不能有任何刮傷和微塵污染。”“這臺中速離子植入機，是硅變成電晶體的一道重要工藝。”“這臺介質(zhì)蝕刻機，負責根據設計‘吃掉’硅片上不需要的部分”……在潔凈室技術(shù)人員的講解下，一臺臺國產(chǎn)裝備進(jìn)入了記者視線(xiàn)。
經(jīng)過(guò)多年的研發(fā)以及反復驗證、調試，它們如今與代表集成電路最先進(jìn)制造水平的國外“同行”們站立在一起，擔負起芯片制造的一項項關(guān)鍵工序。
在中芯國際工作多年的老人兒都清晰記得，十多年前中芯國際在京投產(chǎn)時(shí)，大到生產(chǎn)線(xiàn)設備，小到螺母、螺絲釘，都是進(jìn)口的。
國產(chǎn)設備進(jìn)芯片生產(chǎn)線(xiàn)，為何這么難？“好比要在晶片上蓋四十多層高樓，不同的是每一層樓都需要以頭發(fā)絲千分之一的精確度描繪出來(lái)。”中芯北方副總經(jīng)理張昕說(shuō)。一顆只有幾毫米寬的芯片上，肉眼看不到的是其背后極大的精確度和復雜度——每個(gè)芯片上有很多層，而每一層上面的晶體管和電路如果排成一根直線(xiàn)，有數百米長(cháng)。在這里，一張張硅片經(jīng)過(guò)光刻、掩膜、光照、離子注入、熱處理等數百道工序后，才能變成芯片。而任何一道工序中但凡出現一點(diǎn)差錯，就會(huì )失之毫厘，謬以千里。
正是由于工藝制造的高精度和復雜度，芯片生產(chǎn)需要機械、電子、軟件、控制、材料等多個(gè)學(xué)科的配合。集成電路生產(chǎn)線(xiàn)上刻蝕機、氧化機、薄膜、光刻、離子注入等設備，一直都由歐美日少數公司掌握。而如今，從2008年至今短短幾年時(shí)間，一些國產(chǎn)材料和大型裝備正在逐漸進(jìn)入這條全國最先進(jìn)的集成電路生產(chǎn)線(xiàn)。
聯(lián)合攻關(guān)縮短國際差距
中國芯中國造，是多年來(lái)中國高端制造領(lǐng)域亟待攻克的難題。
“一個(gè)城市的普通家庭有約100顆芯片。”北京經(jīng)濟技術(shù)開(kāi)發(fā)區管委會(huì )主任、國家科技重大專(zhuān)項02專(zhuān)項實(shí)施管理辦公室主任梁勝多年前就曾用這樣一個(gè)比喻來(lái)形容集成電路在人們生活中無(wú)處不在的重要性。而今，100顆這個(gè)數字有增無(wú)減。智能手機、空氣凈化器、移動(dòng)WiFi、高清電視、智能攝像頭、聲控燈……沒(méi)有了芯片，所有這些讓你生活便利的智能設備全都不可能實(shí)現。
小到人們的智能生活，大到國家信息安全能力，都與芯片以及制造芯片的核心裝備們息息相關(guān)。“國外一家大型裝備廠(chǎng)商一個(gè)季度的產(chǎn)值，就比中芯國際一年產(chǎn)值還要高得多。”張昕也用一個(gè)數字來(lái)解釋裝備制造在整個(gè)集成電路產(chǎn)業(yè)鏈中的重要地位。
2008年，國家科技重大專(zhuān)項02專(zhuān)項成立，組織“產(chǎn)學(xué)研”聯(lián)合開(kāi)發(fā)，由行業(yè)的龍頭企業(yè)中芯國際等牽頭，向世界上最先進(jìn)的40納米和28納米芯片技術(shù)節點(diǎn)攻關(guān)，并推動(dòng)裝備國產(chǎn)化。北京市作為組織牽頭單位，對項目承擔單位予以資金扶持。更為重要的，02專(zhuān)項讓中芯國際、北方微電子、七星華創(chuàng )（北方微電子、七星華創(chuàng )后重組為“北方華創(chuàng )”）、中科信公司等產(chǎn)業(yè)鏈的上下游企業(yè)站在了一起。
對于國產(chǎn)設備的“天然實(shí)驗室”——中芯國際的生產(chǎn)線(xiàn)來(lái)說(shuō)，過(guò)去購買(mǎi)進(jìn)口設備，維修和調試都由有豐富經(jīng)驗的國外設備公司承包。為了使用國產(chǎn)設備，攻關(guān)小組得邊干邊學(xué)，不停監測設備在生產(chǎn)過(guò)程中的各種問(wèn)題。同時(shí)，為加速裝備國產(chǎn)化進(jìn)程，作為“客戶(hù)”的中芯國際開(kāi)始與多家國產(chǎn)設備商聯(lián)合研發(fā)，在設備設計、研發(fā)過(guò)程中就充分根據大生產(chǎn)環(huán)節的需求進(jìn)行，而非閉門(mén)造車(chē)、單打獨斗。
“在科研上，以往的探索式研究只需要單點(diǎn)突破，一百次嘗試有一次成功就可以宣告成功了?，F在要提供大生產(chǎn)技術(shù)，必須一百次都成功。”張昕坦言國產(chǎn)化之路的艱辛。
2010年，國產(chǎn)設備開(kāi)始進(jìn)入中芯國際北京生產(chǎn)廠(chǎng)區。從2012年到2016年，使用國產(chǎn)設備加工的產(chǎn)品數量經(jīng)歷了0片次、2700片次、14萬(wàn)片次、110萬(wàn)片次、1000萬(wàn)片次的幾何式增長(cháng)。
開(kāi)發(fā)區集成電路產(chǎn)業(yè)的集聚，成為了高端制造裝備國產(chǎn)化的天然推動(dòng)力。就拿坐落在中芯國際北京廠(chǎng)街對面的“鄰居”北方華創(chuàng )來(lái)說(shuō)，其成功開(kāi)發(fā)了以刻蝕設備、化學(xué)氣相沉積設備、物理氣相沉積設備三大類(lèi)半導體裝備產(chǎn)品為基礎的20余類(lèi)產(chǎn)品，成功替代了國外廠(chǎng)商同類(lèi)產(chǎn)品。“設備一有什么問(wèn)題，設備商的工程師就能過(guò)來(lái)，雙方的合作溝通完全零時(shí)差。”中芯國際工程師說(shuō)。
北京經(jīng)濟技術(shù)開(kāi)發(fā)區負責人介紹，隨著(zhù)集成電路國產(chǎn)設備在市場(chǎng)化大生產(chǎn)中得到充分驗證，我國集成電路制造產(chǎn)業(yè)與國外最先進(jìn)水平的差距縮短了至少五年。
國產(chǎn)化可助成本降兩成
突破國際壟斷、提升自主創(chuàng )新能力，帶來(lái)的是實(shí)打實(shí)的效益。張昕透露，雖然目前設備國產(chǎn)化仍處于初期，需要投入大量人力、財力、物力，但隨著(zhù)國產(chǎn)設備大量投入使用，將使得我國芯片制造的設備采購成本降低25%左右。
業(yè)內專(zhuān)家透露，集成電路技術(shù)40多年來(lái)一直按照摩爾定律規律發(fā)展，即每隔18個(gè)月技術(shù)更新一代。每一代技術(shù)的更新可使芯片集成度提高1倍，電路性能提高40%。隨著(zhù)摩爾定律近年來(lái)逐漸逼近極限，裝備國產(chǎn)化對于提升我國集成電路行業(yè)競爭力將起到巨大作用。
