中国半导体设备自主，真比造原子弹还难吗？
作者：刘芮、邓宇支持：远川研究所科技组这是“设备与材料”系列第三篇 ， 前面两篇回顾：《光刻机大败局》《大硅片是韭菜的爱国税吗？》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 。Part.1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 。Part.2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 。但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 。
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