近日，臺積電對外宣布，將在2019年第二季度進行5nm制程風險試產(chǎn)，預計2020年量產(chǎn)。與此同時，中微半導體也向“上觀新聞”透露了一個重磅消息，其自主研發(fā)的5nm等離子體刻蝕機經(jīng)臺積電驗證，性能優(yōu)良，將用于全球首條5nm制程生產(chǎn)線。
值得一提的是，中微半導體也是唯一進入臺積電7nm制程蝕刻設備的大陸本土設備商。據(jù)悉，中微半導體與臺積電在28nm制程時便已開始合作，并一直延續(xù)到10nm和7nm制程。
而中微半導體如此亮眼成績的背后，離不開尹志堯和他團隊的多年努力。
他放棄國外百萬年薪工作，只為一顆“中國芯”
研究顯示，2015－2020年中國半導體芯片產(chǎn)業(yè)投資額將達到650億美元，其中芯片制造設備投資額就將達到500億美元。但是中國芯片制造設備的95％都是依賴于進口，也就是說需要花480億到國外購買設備。這也使得中國芯片制造設備的國產(chǎn)化成為了一件非常迫切的事情。
在美國硅谷從事半導體行業(yè)20多年的尹志堯，其在世界最大的半導體設備企業(yè)——美國應用材料公司擔任總公司副總裁，曾被譽為“硅谷最有成就的華人之一”，參與了美國幾代等離子體刻蝕機的研發(fā)，擁有60多項技術專利。
2004年，當時已經(jīng)60歲的尹志堯放棄了美國的百萬年薪，帶領三十多人的團隊，沖破美國政府的層層審查（所有人都承諾不把美國的技術帶回中國，包括所有工藝配方、設計圖紙，一切從零開始），回國創(chuàng)辦了中微半導體，他要在芯片制造設備領域與國際巨頭直接競爭，取得一席之地。
成功打破國外壟斷
等離子體刻蝕機是芯片制造環(huán)節(jié)的一種關鍵設備，其是在芯片上進行微觀雕刻，刻出又細又深的接觸孔或者線條，每個線條和深孔的加工精度是頭發(fā)絲直徑的幾千分之一到上萬分之一。這對刻蝕機的控制精度要求非常高。
據(jù)介紹，一個16nm的微觀邏輯器件有60多層微觀結(jié)構，要經(jīng)過1000多個工藝步驟，要攻克上萬個技術細節(jié)才能加工出來。只看等離子體刻蝕這個關鍵步驟，它的加工尺度為普通人頭發(fā)絲的五千分之一，加工的精度和重復性要達到五萬分之一。足見難度之高。
長期以來，蝕刻機的核心技術一直被國外廠商所壟斷。2004年尹志堯回國創(chuàng)辦中微半導體之初就將目光鎖定在了刻蝕機領域。
中微半導體在剛剛涉足IC芯片介質(zhì)刻蝕設備時，就推出了65nm等離子介質(zhì)刻蝕機產(chǎn)品，隨著技術的進步一直做到45nm、32nm、28nm、16nm、10nm，現(xiàn)在7nm的刻蝕機產(chǎn)品已經(jīng)在客戶的生產(chǎn)線上運行了，5nm刻蝕機也即將被臺積電采用。
“在米粒上刻字的微雕技藝上，一般能刻200個字已經(jīng)是極限，而我們的等離子刻蝕機在芯片上的加工工藝，相當于可以在米粒上刻10億個字的水平。”中微半導體CEO尹志堯曾這樣形容到。
經(jīng)過多年的努力，中微半導體用實力打破了這一領域技術封鎖，成功讓中國正式躋身刻蝕機國際第一梯隊。
中微半導體首席專家、副總裁倪圖強博士表示，刻蝕機曾是一些發(fā)達國家的出口管制產(chǎn)品，但近年來，這種高端裝備在出口管制名單上消失了。這說明如果我們突破了“卡脖子”技術，出口限制就會不復存在。如今，中微與泛林、應用材料、東京電子、日立4家美日企業(yè)一起，組成了國際第一梯隊，為7nm芯片生產(chǎn)線供應刻蝕機。
（芯智訊注：美國商務部在2015年宣布，由于在中國已有一個非美國的設備公司做出了和美國設備公司有相同質(zhì)量和相當數(shù)量的等離子體刻蝕機，所以取消了對中國的刻蝕機的出口管制。）
他還表示，明年臺積電將率先進入5nm制程，已通過驗證的國產(chǎn)5nm刻蝕機，預計會獲得比7nm生產(chǎn)線更大的市場份額。
值得一提的是，2016年，中微半導體獲得國家集成電路產(chǎn)業(yè)基金（大基金）4．8 億元的投資，成功成為中國芯片制造領域的國家隊。而這也凸顯了國家對于中微半導體在中國半導體設備領域的貢獻和地位的認可。
面對國外競爭對手挑釁，屢戰(zhàn)屢勝
或許正是由于中微半導體在半導體設備領域的突飛猛進，也引來了國外競爭對手挑起的知識產(chǎn)權訴訟。
首先發(fā)難的是尹志堯的老東家——美國應用材料公司，2007年之時，美國應用材料公司就起訴中微半導體侵權，但卻始終舉證無力（尹志堯及其團隊成員在離開美國時并未帶走任何工藝配方、設計圖紙，后續(xù)的產(chǎn)品設計也避開了對方的專利），中微半導體則抓住機會適時反訴對方不正當競爭，應用材料公司顯然對這一情況準備不足，最終不得不撤訴求和。
2009年，另一巨頭美國科林研發(fā)又在臺灣起訴中微侵犯其發(fā)明專利，中微半導體則積極應對，提供其專利無效的證據(jù)，在法院的兩次審判中科林的相關專利均被判決無效，第三次臺灣“智慧財產(chǎn)局”甚至審定撤銷了科林的其中一項專利權，緊接著科林又對“智慧財產(chǎn)局”的審定提出行政訴訟，再次遭到駁回。
2016年，中微半導體在接受媒體采訪時，也詳細介紹了其應對美國行業(yè)巨頭5年侵犯商業(yè)秘密和專利權纏訴，終獲“一撤訴四連勝”的成功經(jīng)歷。
當時，中微半導體公司資深知識產(chǎn)權總監(jiān)姜銀鑫就表示，“中微在知識產(chǎn)權方面相當謹慎，于公司建立初期便成立了專門的知識產(chǎn)權團隊，未雨綢繆，針對潛在的知識產(chǎn)權糾紛可能性做了大量的分析排查。在部分海歸研發(fā)團隊核心成員回國加入之前，中微便已經(jīng)讓他們簽訂了不從原單位帶來技術機密的承諾書”。
2017年11月初，美國MOCVD（金屬有機化合物氣相沉積設備）設備廠Veeco宣布，美國紐約東區(qū)地方法院同意了其針對SGL Carbon，LLC（SGL）的一項初步禁令請求，禁止SGL出售采用Veeco專利技術的MOCVD使用的晶圓承載器（即石墨盤），包括專為中國MOCVD設備商中微半導體設計的石墨盤。Veeco此舉針對的正是中微半導體。
對此，中微半導體一方面積極發(fā)展第二和第三渠道的供應商；另一方面則在中國對Veeco提起專利侵權訴訟。
中微半導體披露，其于2017年7月向福建高院正式起訴 Veeco上海，指控其TurboDisk EPIK 700型號的MOCVD設備侵犯了中微的基片托盤同步鎖定的中國專利，要求其停止侵權并主張上億元侵權損害賠償。在中微半導體起訴后，Veeco上海對該中微半導體專利向國家知識產(chǎn)權局專利復審委（簡稱“專利復審委”）提起無效宣告請求。
同年11月24日，專利復審委于作出審查決定，否決了Veeco上海關于中微半導體專利無效的申請，確認中微半導體起訴Veeco上海專利侵權的涉案專利為有效專利。
2017年12月8日，福建省高級人民法院同意了中微半導體針對Veeco上海的禁令申請，該禁令禁止Veeco上海進口、制造、向任何第三方銷售或許諾銷售侵犯中微第CN 202492576號專利的任何化學氣相沉積裝置和用于該等裝置的基片托盤。該禁令立即生效執(zhí)行，不可上訴。
中微半導體對于Veeco上海的勝訴，成功打擊了Veeco妄圖通過專利戰(zhàn)打擊中微半導體的企圖。
“中微在過去11年輪番受到美國設備大公司的法律訴訟，但我們由于有堅固的知識產(chǎn)權防線，完全遵守美國和各國知識產(chǎn)權法律，一直處于不敗之地。”今年7月，尹志堯在接受“觀察者網(wǎng)”采訪時這樣說到。
堅持自主創(chuàng)新，專利超800件
而在面對國外競爭對手的挑釁，屢屢獲勝的背后，則是中微半導體長期以來堅持自主研發(fā)所獲得的過硬的自主技術專利。
據(jù)了解，目前中微的反應臺交付量已突破582臺；單反應臺等離子體刻蝕設備已交付韓國領先的存儲器制造商；雙反應臺介質(zhì)刻蝕除膠一體機研制成功，這是業(yè)界首次將雙反應臺介質(zhì)等離子體刻蝕和光刻膠除膠反應腔整合在同一個平臺上。
同時，中微一些基礎的研發(fā)也不斷地跟進尖端技術，以保證產(chǎn)品的研發(fā)能夠緊緊跟上甚至領先于國際上的技術發(fā)展水平。
中微半導體首席專家、副總裁也表示，刻蝕尺寸的大小還與芯片溫度有一一對應關系，中微自主研發(fā)的部件使刻蝕過程的溫控精度保持在0．75攝氏度內(nèi)，達到國際領先水平。
氣體噴淋盤是刻蝕機的核心部件之一，中微半導體聯(lián)合國內(nèi)其他科技公司開發(fā)出了一套創(chuàng)新工藝，用這套工藝制造的金屬陶瓷，其晶粒十分精細、致密。與進口噴淋盤相比，國產(chǎn)陶瓷鍍膜的噴淋盤使用壽命延長一倍，造價卻不到五分之一。
正是由于在刻蝕機及相關領域的不斷突破和創(chuàng)新，也使得中微半導體在刻蝕機市場份額快速增長。
資料顯示，截至2017年8月，中微已有500多個介質(zhì)刻蝕反應臺，并在海內(nèi)外 27 條生產(chǎn)線上生產(chǎn)了約 4000 多萬片晶圓；同時，中微還開發(fā)了 12 英寸的電感型等離子體 ICP 刻蝕機；此外，中微還開發(fā)了 8 英寸和 12 英寸 TSV 硅通孔刻蝕設備，不僅占有約50％的國內(nèi)市場，而且已進入臺灣、新加坡、日本和歐洲市場，尤其在 MEMS 領域擁有意法半導體（ST）、博世半導體（BOSCH） 等國際大客戶。
而在專利方面，中微半導體共申請了超過800件相關專利，其中絕大部分是發(fā)明專利，并且有一半以上已獲授權。
目前尹志堯的團隊精英中，上百人都曾是美國和世界一流的芯片和設備企業(yè)的技術骨干，大都有著20到30多年半導體設備研發(fā)制造的經(jīng)驗。而且這些工程師們必須有著物理、化學、機械、工程技術等50多種專業(yè)知識背景。
今年4月，中微半導體 CEO 尹志堯在公開合表示，目前中微半導體在全球各地已經(jīng)建置共計 582 臺刻蝕反應臺，并預期今年將增長至 770 臺。目前中微半導體產(chǎn)品已經(jīng)進入第三代 10nm、7nm 工藝，并進入晶圓廠驗證生產(chǎn)階段，即將進入下一世代 5nm、甚至 3．5 nm 工藝。
尹志堯表示，未來十年將持續(xù)開發(fā)新產(chǎn)品，擴大市場占有率，中微的目標是：2020 年 20 億元、2050 年 50 億元，并進入國際五強半導體設備公司。
5nm刻蝕機意味著什么？
不過，需要注意的是中微半導體5nm刻蝕機的研發(fā)成功和獲得臺積電采用，并不代表著中國大陸就可以自己生產(chǎn)5nm工藝芯片了。因為芯片的生產(chǎn)工藝非常的復雜，刻蝕只是眾多關鍵環(huán)節(jié)當中的一環(huán)。
但是，很多自媒體為了吸引眼球，卻往往故意夸大事實，以點概面，以5nm刻蝕機這一個環(huán)節(jié)上的突破，就大肆宣揚“中國已打破國外壟斷，掌握5nm技術”、“中國已可以制造5nm芯片”。
在去年尹志堯在接受央視媒體采訪曾表示，“國際上最先進的芯片生產(chǎn)公司像英特爾、臺積電、三星，它們的14nm已經(jīng)成熟生產(chǎn)了，10nm和7nm很快進入生產(chǎn)，所以我們必須超前，5nm今年年底基本上就要定了，現(xiàn)在進展特別快，幾乎一年兩年就一代，所以我們就趕得非常緊。”
顯然，尹志堯在視頻中所指的5nm是指的5nm的刻蝕機。但是，隨后這段采訪就被一大波媒體斷章取義，不顧事實的大肆吹噓。搞得尹志堯不得不在朋友圈發(fā)文辟謠：“中微不是制造芯片的，只是為芯片廠提供設備”。“如此墮落的文風誤國誤民，給真正埋頭苦干的科學家和工程師添堵添亂添麻煩。”
尹志堯今年在接受采訪時再次強調(diào)：“宣傳要實事求是，不要夸大，更不要為吸引眼球，無中生有，無限上綱。說我們的刻蝕機可以加工5納米器件，也只是100多個刻蝕步驟中的幾步。”
確實，正如我們前面所說，刻蝕只是芯片制造眾多關鍵環(huán)節(jié)當中的一環(huán)，在先進制程的刻蝕設備領域取得突破雖然可喜，但是在其他如光刻機等領域，中國仍處于嚴重落后。目前國內(nèi)進展最快的上海微電子也只是實現(xiàn)了 90nm 光刻機的國產(chǎn)化。
當然，我們也不能妄自菲薄，除了中微半導體之外，不少國產(chǎn)半導體設備廠商也在一些相關領域的先進制程設備上取得了突破。比如，在14nm 領域，硅／金屬刻蝕機（北方華創(chuàng)）、薄膜沉積設備（北方華創(chuàng)）、單片退火設備（北方華創(chuàng)）和清洗設備（上海盛美）已經(jīng)開發(fā)成功，正在客戶端進行驗證。
相信隨著國產(chǎn)半導體設計及設備廠商的努力，以及中國半導體市場的需求快速增長的拉動，中國芯將會越來越強大。