以光為刃，鐫刻中國(guó)產(chǎn)業(yè)的“光刻指紋”
[導(dǎo)讀]本報(bào)記者 陳 磊 賈 婧
創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展
賀榮明清楚地記得，11年前，當(dāng)大部分專家、領(lǐng)導(dǎo)問(wèn)他，中國(guó)自主研發(fā)光刻機(jī)有決心嗎？“有！”當(dāng)時(shí)的回答并無(wú)一絲猶豫?！叭缃窕叵氪耸抡嬗行┖笈拢菚r(shí)候勇氣勝過(guò)理智。”
本報(bào)記者 陳 磊 賈 婧
創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展
賀榮明清楚地記得，11年前，當(dāng)大部分專家、領(lǐng)導(dǎo)問(wèn)他，中國(guó)自主研發(fā)光刻機(jī)有決心嗎？“有！”當(dāng)時(shí)的回答并無(wú)一絲猶豫?！叭缃窕叵氪耸抡嬗行┖笈拢菚r(shí)候勇氣勝過(guò)理智。”
下決心創(chuàng)新，有時(shí)靠的是一種氣魄，而完成創(chuàng)新的過(guò)程則需要更多的冷靜和執(zhí)著。
光陰荏苒，刻鑄創(chuàng)新。在光刻機(jī)領(lǐng)域，中國(guó)幾乎從零出發(fā)，經(jīng)過(guò)十年砥礪，到現(xiàn)在已成為世界上少數(shù)掌握高端光刻機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與系統(tǒng)集成測(cè)試技術(shù)的國(guó)家，并成功切入IC先進(jìn)封裝、新型顯示等新技術(shù)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。那么，在創(chuàng)新實(shí)踐中，政府和企業(yè)究竟應(yīng)該扮演怎樣的角色？光刻機(jī)重大專項(xiàng)實(shí)施帶給我們什么啟示？
艱難決策：干還是不干，怎么干？
時(shí)光回溯到11年前，上海舉行的“十五”863計(jì)劃科技部重大專項(xiàng)討論會(huì)現(xiàn)場(chǎng)，來(lái)自全國(guó)各科研院所的專家正為一個(gè)項(xiàng)目爭(zhēng)論不休：技術(shù)方案有七八種之多，難度要跨好幾個(gè)臺(tái)階，投入以億元計(jì)算，風(fēng)險(xiǎn)之大難以評(píng)估……
這個(gè)讓大家勞神的項(xiàng)目就是光刻機(jī)。其實(shí)，在此之前，爭(zhēng)論的焦點(diǎn)是干不干？！
每顆芯片誕生之初，都要經(jīng)過(guò)光刻技術(shù)的鍛造。光刻機(jī)就像個(gè)以光為刃的鑄劍高手，將硅片從一粒頑石變?yōu)橹腔壑X，一閃之間，母版上復(fù)雜的電路設(shè)計(jì)圖形即轉(zhuǎn)化為硅片上細(xì)微繁密的溝壑紋理。誰(shuí)掌握了這種利刃，就擁有了集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平的技術(shù)掌控權(quán)。各發(fā)達(dá)國(guó)家政府一直對(duì)相關(guān)戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)持續(xù)投入，爭(zhēng)取戰(zhàn)略競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，在此領(lǐng)域，荷蘭、美國(guó)、日本早已虎踞龍盤。
早在1996年，我國(guó)意識(shí)到集成電路的重要性，部署了908工程、909工程，但對(duì)于光刻機(jī)，卻一直未敢觸碰，就如一張白紙，從何落筆？隨著國(guó)內(nèi)集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，科技部決定將此設(shè)立為“十五”科技重大專項(xiàng)。
科技部副部長(zhǎng)曹健林清楚地記得，“當(dāng)時(shí)上海市加上科技部的投入，如果拿到國(guó)際上，也許僅僅夠建一個(gè)超凈間”。
除了投入捉襟見(jiàn)肘，關(guān)鍵是我國(guó)從未有光刻機(jī)的實(shí)踐生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。如何研究制定切實(shí)可行的技術(shù)路線圖？經(jīng)過(guò)專家論證，國(guó)家從多條技術(shù)方案中選擇了193納米激光投影式光刻機(jī)，10年后的結(jié)果證明，選擇這條相對(duì)成熟的技術(shù)路線是正確的。
“對(duì)未來(lái)有帶動(dòng)性的戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)，政府一定要有決心、耐心和恒心，不能急于求成。決策不僅僅限于專家層面的技術(shù)論證，更是一種戰(zhàn)略判斷和眼光，需要拍板的勇氣，成敗皆有可能。”上海市科委主任壽子琪說(shuō)，政府需要考察的是有沒(méi)有一個(gè)好的領(lǐng)頭人帶領(lǐng)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)真心干事業(yè)，能不能圍繞核心技術(shù)形成產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系。
項(xiàng)目落戶上海后，讓誰(shuí)牽頭？這又是個(gè)尖銳的問(wèn)題。國(guó)家02科技重大專項(xiàng)技術(shù)總師葉甜春是當(dāng)時(shí)參與這場(chǎng)論證的專家之一，也全程參與和見(jiàn)證了光刻機(jī)攻關(guān)歷程。他回憶說(shuō)：“科技部的思路很明確，研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化結(jié)合！一定要探索企業(yè)化的運(yùn)作模式。”
此前，尚無(wú)先例。我國(guó)雖也有科研院所承擔(dān)過(guò)相關(guān)項(xiàng)目，但僅止于實(shí)驗(yàn)室的理論和技術(shù)，并未面向工業(yè)化大生產(chǎn)需求；之前部署都是單點(diǎn)研發(fā)，各單位自成體系，缺乏系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建。因缺乏應(yīng)用市場(chǎng)的錘煉，最終都不了了之。現(xiàn)在再搞光刻機(jī)，一定要以企業(yè)為主體構(gòu)建產(chǎn)業(yè)鏈和創(chuàng)新鏈。
2002年3月，上海微電子裝備有限公司（以下簡(jiǎn)稱“上微”）成立，賀榮明任總經(jīng)理。該公司作為一個(gè)綜合集成平臺(tái)承接項(xiàng)目，把產(chǎn)學(xué)研用資源匯聚起來(lái)。國(guó)家863計(jì)劃中，光刻機(jī)成為首個(gè)以企業(yè)為主導(dǎo)開(kāi)展研究的項(xiàng)目。
2009年，光刻機(jī)是國(guó)家設(shè)立的16個(gè)科技重大專項(xiàng)之一—— “極大規(guī)模集成電路制造裝備與成套工藝專項(xiàng)”的核心內(nèi)容。按照國(guó)家部署，上海作為光刻技術(shù)研發(fā)與設(shè)備研制的重要基地，承擔(dān)了推進(jìn)實(shí)施02科技重大專項(xiàng)的具體工作。政府從光刻機(jī)、刻蝕機(jī)到高端設(shè)備、高端材料、先進(jìn)制造工藝等關(guān)鍵領(lǐng)域和技術(shù)進(jìn)行全面布局，并建立配套的產(chǎn)業(yè)化平臺(tái)。
“十年來(lái)，我面臨的最大困惑不是技術(shù)難題，解決它們只是時(shí)間問(wèn)題。最難的是讓別人理解這個(gè)行業(yè)發(fā)展特征，技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)此，企業(yè)和政府都有壓力?！?0出頭的賀榮明頭上已布滿銀絲，“這種項(xiàng)目不是立竿見(jiàn)影，考驗(yàn)的是政府的戰(zhàn)略眼光。政府不是錦上添花，而是要敢啃硬骨頭?！?br>
一方面，國(guó)家根據(jù)階段需求，以重大專項(xiàng)的方式支持裝備整機(jī)及分系統(tǒng)的研發(fā)項(xiàng)目，加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)和系統(tǒng)部署；另一方面，由企業(yè)主導(dǎo)提出創(chuàng)新需求，創(chuàng)新資源配置和創(chuàng)新活動(dòng)圍繞企業(yè)目標(biāo)開(kāi)展。
集成創(chuàng)新：搶占產(chǎn)業(yè)生態(tài)鏈的高端
2002年春，在浦東張江春曉路一棟租來(lái)的3層小樓里，工號(hào)為001的賀榮明帶著9位來(lái)報(bào)到的“戰(zhàn)友”開(kāi)始了艱難的創(chuàng)業(yè)之路。
猶如世界上沒(méi)有兩片相同的葉子，同樣，也沒(méi)有兩臺(tái)一模一樣的光刻機(jī)。每臺(tái)光刻機(jī)，都有自己獨(dú)一無(wú)二的“光刻指紋”。賀榮明和他的戰(zhàn)友就是要生產(chǎn)中國(guó)自己的光刻機(jī)。
光刻機(jī)就像一臺(tái)精密復(fù)雜的特殊照相機(jī)，是芯片制造中“定義圖形”中最為重要的一種機(jī)器。高端光刻機(jī)集精密光學(xué)、機(jī)械、控制、材料等先進(jìn)科技和工程技術(shù)于一體，是集成電路裝備中技術(shù)難度最高、價(jià)格最昂貴的關(guān)鍵設(shè)備，被稱為人類技術(shù)發(fā)展的制高點(diǎn)和制造工業(yè)“皇冠上的明珠”。
“光刻機(jī)的水平?jīng)Q定著集成電路的發(fā)展水平，它在IC制造設(shè)備的價(jià)值鏈中占30%—40%?！鄙衔⒖偨?jīng)理辦公室主任賀躍進(jìn)介紹，光刻機(jī)的主要難點(diǎn)聚焦在準(zhǔn)分子光源、光學(xué)系統(tǒng)和超精密運(yùn)動(dòng)高速工作臺(tái)。
一臺(tái)光刻機(jī)有上萬(wàn)個(gè)零部件要在電腦程序的控制下進(jìn)行復(fù)雜協(xié)調(diào)的聯(lián)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)精準(zhǔn)程度的誤差不得超過(guò)一根頭發(fā)絲的千分之一，這無(wú)異于在頭發(fā)上“繡花”！打個(gè)通俗的比喻，就如同坐在一架超音速飛行的飛機(jī)上，拿著線頭穿進(jìn)另一架飛行飛機(jī)上的針孔。
企業(yè)成立之初，賀榮明到國(guó)外談合作，有人把他當(dāng)成皮包公司，因?yàn)楫?dāng)時(shí)連廠房都沒(méi)有。有次，賀榮明去德國(guó)談技術(shù)合作。對(duì)方倒是彬彬有禮，但對(duì)合作毫無(wú)興趣。眼光里投射出來(lái)的是：“瘋了，中國(guó)人也要做光刻機(jī)？”日耳曼工程師一臉嚴(yán)肅地撂下一句話：“就是給全套圖紙，你們也做不出來(lái)！”
十年過(guò)去了。樣機(jī)試驗(yàn)成功，研發(fā)項(xiàng)目驗(yàn)收，關(guān)鍵技術(shù)輻射的商用機(jī)型下線，實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)外銷售，中國(guó)人一步一個(gè)腳印又一次把天方夜譚變成了現(xiàn)實(shí)。
奧妙何在？
在上微，沒(méi)有“裝配”二字，只有“集成”。對(duì)此，賀榮明頗有心得：“集成創(chuàng)新，就是由我設(shè)計(jì)，然后利用全球技術(shù)為我所用，最后還由我調(diào)控。在技術(shù)基礎(chǔ)薄弱和國(guó)外封鎖的情況下，用好的管理和組織方式，照樣可以掌握復(fù)雜的技術(shù)系統(tǒng)。”[!--empirenews.page--]
“光刻機(jī)是逼出來(lái)的。”壽子琪說(shuō)，“從光刻機(jī)重大專項(xiàng)的實(shí)施，我們的體會(huì)是，要有開(kāi)放的姿態(tài)，同時(shí)要有客觀認(rèn)識(shí)自我的心態(tài)。” 上海當(dāng)時(shí)承接此項(xiàng)目，既有結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型、創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)的內(nèi)在動(dòng)力，同時(shí)在實(shí)施過(guò)程中也秉承著開(kāi)放創(chuàng)新和實(shí)事求是的原則。
同時(shí)，“集成”在微觀層面也極具操作難度。
上微有個(gè)集成工程部，它的職責(zé)就是把關(guān)設(shè)備，把一個(gè)個(gè)小的系統(tǒng)集成成光刻機(jī)?！拔覀兗仁乔颁h又是守門員。前鋒是要把產(chǎn)品性能調(diào)到最佳提供給客戶，守門員就是堵住這樣那樣的問(wèn)題?！鄙衔⒓晒こ滩棵搅纸?jīng)理說(shuō)，“我們面臨最大的困難就是沒(méi)有任何集成的經(jīng)驗(yàn)借鑒，只能靠經(jīng)驗(yàn)積累和摸索?！?br>
光刻機(jī)就好像一個(gè)人，一個(gè)個(gè)子系統(tǒng)就如同人體的各種器官。首先，要有總體框架，每個(gè)“器官”大小尺寸必須系統(tǒng)設(shè)計(jì)，否則五花八門，大小不一，不合規(guī)范。其次，即使各個(gè)單位制造的“器官”都符合指標(biāo)要求，但一裝到系統(tǒng)就常常出現(xiàn)問(wèn)題，這里還存在很多復(fù)雜因素。其中的集成經(jīng)驗(yàn)要通過(guò)大量的工程演練才能形成。就如同人經(jīng)常會(huì)發(fā)燒生病，有先天體質(zhì)原因，這就是光刻機(jī)的性能指標(biāo)；也有后天因素，這就要靠“醫(yī)生”也就是集成部門去診斷，技術(shù)人員不僅要“驗(yàn)血檢查”，還要告訴供應(yīng)商真正的病根。
比如說(shuō)，今天天氣和溫度變了，空氣壓力變了，設(shè)備的對(duì)焦就不準(zhǔn)確了。“這需要我們仿真模擬，研究空氣對(duì)哪些部件有影響”，毛方林說(shuō)，“以前我們?cè)龅揭粋€(gè)問(wèn)題，百思不得其解，花費(fèi)一個(gè)月才解決。任何集成都是創(chuàng)新，在這個(gè)過(guò)程中我們經(jīng)常遇到死胡同，往往是絕地反擊，起死回生。”
從零出發(fā)，10年后，上微成為世界上繼歐洲和日本3家公司之后的少數(shù)掌握了高端光刻機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與系統(tǒng)集成測(cè)試技術(shù)的高科技公司。90nm光刻機(jī)產(chǎn)品的研制和開(kāi)發(fā)還在潛心前行。
“到現(xiàn)在，我們考慮的不是能否裝一臺(tái)光刻機(jī)，而是在于用多長(zhǎng)時(shí)間裝出來(lái)，關(guān)注的是集成的數(shù)量和效率，關(guān)注用戶的需求、可操作性和可維護(hù)性等等?！泵搅终f(shuō)，以前一臺(tái)先進(jìn)封裝光刻機(jī)設(shè)備要幾年集成，后來(lái)是幾個(gè)月集成，現(xiàn)在批量設(shè)備是一個(gè)月集成。
“從制造型國(guó)家到創(chuàng)新型國(guó)家轉(zhuǎn)型，就必須實(shí)現(xiàn)能級(jí)的躍遷，搶占產(chǎn)業(yè)生態(tài)鏈的高端?！辟R榮明說(shuō)。
產(chǎn)業(yè)輻射：沿途下蛋與自我造血
2013年8月，在充分進(jìn)行工藝測(cè)試的基礎(chǔ)上，上微首臺(tái)用于2.5代生產(chǎn)線的新型顯示光刻機(jī)正式上線昆山的一家企業(yè)。
光刻機(jī)之所以被稱為戰(zhàn)略產(chǎn)品，除了技術(shù)難度高，還在于對(duì)相關(guān)核心高端制造領(lǐng)域有強(qiáng)大的產(chǎn)業(yè)輻射能力。上微就在新型顯示產(chǎn)業(yè)開(kāi)拓了一片新的疆土。
2008年底，上微敏銳地注意到，光刻機(jī)技術(shù)在OLED產(chǎn)業(yè)中將大有作為，決定啃下這塊硬骨頭。然而，開(kāi)發(fā)新型OLED TFT光刻機(jī)單打獨(dú)斗不可行。通過(guò)了解，上海大學(xué)“新型顯示技術(shù)與應(yīng)用集成教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”在新型OLED器件工藝研究方面做了很多探索，他們希望擁有先進(jìn)設(shè)備進(jìn)一步提升新工藝研發(fā)水平。
于是，雙方一拍即合，迅速展開(kāi)聯(lián)合技術(shù)攻關(guān)。2009年，200×200新型顯示光刻機(jī)的研制立為上海市科技攻關(guān)的重點(diǎn)項(xiàng)目。
2010年，SSB200/10 OLED研發(fā)光刻機(jī)生產(chǎn)出自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的1.6英寸OLED顯示屏，將國(guó)產(chǎn)光刻設(shè)備用于平板顯示領(lǐng)域，在國(guó)內(nèi)實(shí)現(xiàn)零的突破。
同時(shí)這唯一的國(guó)產(chǎn)設(shè)備，也串起了上海大學(xué)已有的工藝生產(chǎn)線，使之為更多的國(guó)內(nèi)企業(yè)提供OLED產(chǎn)線流片的工藝測(cè)試。更重要的是，在合作中，上微還收獲了友誼和信任——國(guó)內(nèi)4家新型顯示領(lǐng)域的老大，都與上微開(kāi)展了合作。
在重大專項(xiàng)的實(shí)施過(guò)程中，還成立了產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟，加強(qiáng)協(xié)同創(chuàng)新?！坝善髽I(yè)提出創(chuàng)新目標(biāo)，然后分解任務(wù)、配置資源，最后集成并修正任務(wù)。不僅體現(xiàn)了企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新的主體地位，更能提高企業(yè)創(chuàng)新的管理能力。”壽子琪說(shuō)。
上微將IC制造的光刻機(jī)技術(shù)衍生到其他領(lǐng)域，開(kāi)發(fā)了如激光封裝、激光退火等設(shè)備。公司將此類產(chǎn)品比喻為“類光刻機(jī)”，即將光刻技術(shù)用于其他新興產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的工藝、開(kāi)發(fā)相關(guān)設(shè)備，具有極大的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用價(jià)值。
研制光刻機(jī)過(guò)程中有個(gè)奇特的現(xiàn)象，那就是企業(yè)在完成國(guó)家戰(zhàn)略任務(wù)的同時(shí)，基于市場(chǎng)需求和自身發(fā)展，通過(guò)自主創(chuàng)新，及時(shí)把關(guān)鍵技術(shù)輻射到相關(guān)領(lǐng)域，將階段性成果轉(zhuǎn)化為市場(chǎng)應(yīng)用性項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)企業(yè)的自我造血。大家形象地稱作這一產(chǎn)業(yè)化的過(guò)程為“沿途下蛋”。
除了新型顯示領(lǐng)域，上微早在2004年開(kāi)始探索先進(jìn)封裝光刻機(jī)的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展之路。2012年，上微的封裝光刻機(jī)走進(jìn)了先進(jìn)封裝的重鎮(zhèn)——臺(tái)灣，更引起同行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)者的重視，逼著他們降低售價(jià)并效法改進(jìn)設(shè)備性能。目前，上微已占據(jù)國(guó)內(nèi)先進(jìn)封裝光刻機(jī)市場(chǎng)的80%，并迫使競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手降低產(chǎn)品價(jià)格1/3，動(dòng)了國(guó)際先進(jìn)封裝設(shè)備市場(chǎng)的奶酪。
賀榮明將曾經(jīng)崛起的我國(guó)女排戰(zhàn)術(shù)——“高舉高打，平拉開(kāi)”應(yīng)用于企業(yè)戰(zhàn)略：技術(shù)高端切入，逼近世界水平，追高度；市場(chǎng)中端介入，形成產(chǎn)業(yè)規(guī)模，求寬度；拓展應(yīng)用領(lǐng)域，伴隨客戶成長(zhǎng)，筑厚度。
以光刻機(jī)為抓手，部件服從整機(jī)牽引，通過(guò)產(chǎn)品工程牽起責(zé)任鏈，并圍繞產(chǎn)業(yè)鏈串聯(lián)起工藝、材料、軟件等創(chuàng)新鏈。這就是上微的成功之道。
以國(guó)家戰(zhàn)略需求為導(dǎo)向，政府大膽決策，穩(wěn)定支持，以企業(yè)為紐帶，聚合產(chǎn)學(xué)研用創(chuàng)新資源，讓市場(chǎng)成為配置科技資源的決定性力量，讓企業(yè)成為技術(shù)創(chuàng)新的“主角”。這就是重大專項(xiàng)在光刻機(jī)研制中的創(chuàng)新實(shí)踐。
“光刻機(jī)在國(guó)外有30多年的歷史，我們搶跑用了10年，2002年我國(guó)與國(guó)際光刻機(jī)先進(jìn)水平相差20年，現(xiàn)在差距已大為縮小。我們漸漸找到了感覺(jué)與方法，相信我們的加速度是越來(lái)越高的?！辟R榮明有自己的中國(guó)夢(mèng)，一是做出中國(guó)自己的光刻機(jī)，讓全世界尊重中國(guó)的科技；二是為中國(guó)打造優(yōu)秀創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)?，F(xiàn)在，夢(mèng)想正照進(jìn)現(xiàn)實(shí)。
創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展
賀榮明清楚地記得，11年前，當(dāng)大部分專家、領(lǐng)導(dǎo)問(wèn)他，中國(guó)自主研發(fā)光刻機(jī)有決心嗎？“有！”當(dāng)時(shí)的回答并無(wú)一絲猶豫?！叭缃窕叵氪耸抡嬗行┖笈拢菚r(shí)候勇氣勝過(guò)理智。”
下決心創(chuàng)新，有時(shí)靠的是一種氣魄，而完成創(chuàng)新的過(guò)程則需要更多的冷靜和執(zhí)著。
光陰荏苒，刻鑄創(chuàng)新。在光刻機(jī)領(lǐng)域，中國(guó)幾乎從零出發(fā)，經(jīng)過(guò)十年砥礪，到現(xiàn)在已成為世界上少數(shù)掌握高端光刻機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與系統(tǒng)集成測(cè)試技術(shù)的國(guó)家，并成功切入IC先進(jìn)封裝、新型顯示等新技術(shù)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。那么，在創(chuàng)新實(shí)踐中，政府和企業(yè)究竟應(yīng)該扮演怎樣的角色？光刻機(jī)重大專項(xiàng)實(shí)施帶給我們什么啟示？
艱難決策：干還是不干，怎么干？
時(shí)光回溯到11年前，上海舉行的“十五”863計(jì)劃科技部重大專項(xiàng)討論會(huì)現(xiàn)場(chǎng)，來(lái)自全國(guó)各科研院所的專家正為一個(gè)項(xiàng)目爭(zhēng)論不休：技術(shù)方案有七八種之多，難度要跨好幾個(gè)臺(tái)階，投入以億元計(jì)算，風(fēng)險(xiǎn)之大難以評(píng)估……
這個(gè)讓大家勞神的項(xiàng)目就是光刻機(jī)。其實(shí)，在此之前，爭(zhēng)論的焦點(diǎn)是干不干？！
每顆芯片誕生之初，都要經(jīng)過(guò)光刻技術(shù)的鍛造。光刻機(jī)就像個(gè)以光為刃的鑄劍高手，將硅片從一粒頑石變?yōu)橹腔壑X，一閃之間，母版上復(fù)雜的電路設(shè)計(jì)圖形即轉(zhuǎn)化為硅片上細(xì)微繁密的溝壑紋理。誰(shuí)掌握了這種利刃，就擁有了集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平的技術(shù)掌控權(quán)。各發(fā)達(dá)國(guó)家政府一直對(duì)相關(guān)戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)持續(xù)投入，爭(zhēng)取戰(zhàn)略競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，在此領(lǐng)域，荷蘭、美國(guó)、日本早已虎踞龍盤。
早在1996年，我國(guó)意識(shí)到集成電路的重要性，部署了908工程、909工程，但對(duì)于光刻機(jī)，卻一直未敢觸碰，就如一張白紙，從何落筆？隨著國(guó)內(nèi)集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，科技部決定將此設(shè)立為“十五”科技重大專項(xiàng)。
科技部副部長(zhǎng)曹健林清楚地記得，“當(dāng)時(shí)上海市加上科技部的投入，如果拿到國(guó)際上，也許僅僅夠建一個(gè)超凈間”。
除了投入捉襟見(jiàn)肘，關(guān)鍵是我國(guó)從未有光刻機(jī)的實(shí)踐生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。如何研究制定切實(shí)可行的技術(shù)路線圖？經(jīng)過(guò)專家論證，國(guó)家從多條技術(shù)方案中選擇了193納米激光投影式光刻機(jī)，10年后的結(jié)果證明，選擇這條相對(duì)成熟的技術(shù)路線是正確的。
“對(duì)未來(lái)有帶動(dòng)性的戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)，政府一定要有決心、耐心和恒心，不能急于求成。決策不僅僅限于專家層面的技術(shù)論證，更是一種戰(zhàn)略判斷和眼光，需要拍板的勇氣，成敗皆有可能。”上海市科委主任壽子琪說(shuō)，政府需要考察的是有沒(méi)有一個(gè)好的領(lǐng)頭人帶領(lǐng)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)真心干事業(yè)，能不能圍繞核心技術(shù)形成產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系。
項(xiàng)目落戶上海后，讓誰(shuí)牽頭？這又是個(gè)尖銳的問(wèn)題。國(guó)家02科技重大專項(xiàng)技術(shù)總師葉甜春是當(dāng)時(shí)參與這場(chǎng)論證的專家之一，也全程參與和見(jiàn)證了光刻機(jī)攻關(guān)歷程。他回憶說(shuō)：“科技部的思路很明確，研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化結(jié)合！一定要探索企業(yè)化的運(yùn)作模式。”
此前，尚無(wú)先例。我國(guó)雖也有科研院所承擔(dān)過(guò)相關(guān)項(xiàng)目，但僅止于實(shí)驗(yàn)室的理論和技術(shù)，并未面向工業(yè)化大生產(chǎn)需求；之前部署都是單點(diǎn)研發(fā)，各單位自成體系，缺乏系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建。因缺乏應(yīng)用市場(chǎng)的錘煉，最終都不了了之。現(xiàn)在再搞光刻機(jī)，一定要以企業(yè)為主體構(gòu)建產(chǎn)業(yè)鏈和創(chuàng)新鏈。
2002年3月，上海微電子裝備有限公司（以下簡(jiǎn)稱“上微”）成立，賀榮明任總經(jīng)理。該公司作為一個(gè)綜合集成平臺(tái)承接項(xiàng)目，把產(chǎn)學(xué)研用資源匯聚起來(lái)。國(guó)家863計(jì)劃中，光刻機(jī)成為首個(gè)以企業(yè)為主導(dǎo)開(kāi)展研究的項(xiàng)目。
2009年，光刻機(jī)是國(guó)家設(shè)立的16個(gè)科技重大專項(xiàng)之一—— “極大規(guī)模集成電路制造裝備與成套工藝專項(xiàng)”的核心內(nèi)容。按照國(guó)家部署，上海作為光刻技術(shù)研發(fā)與設(shè)備研制的重要基地，承擔(dān)了推進(jìn)實(shí)施02科技重大專項(xiàng)的具體工作。政府從光刻機(jī)、刻蝕機(jī)到高端設(shè)備、高端材料、先進(jìn)制造工藝等關(guān)鍵領(lǐng)域和技術(shù)進(jìn)行全面布局，并建立配套的產(chǎn)業(yè)化平臺(tái)。
“十年來(lái)，我面臨的最大困惑不是技術(shù)難題，解決它們只是時(shí)間問(wèn)題。最難的是讓別人理解這個(gè)行業(yè)發(fā)展特征，技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)此，企業(yè)和政府都有壓力?！?0出頭的賀榮明頭上已布滿銀絲，“這種項(xiàng)目不是立竿見(jiàn)影，考驗(yàn)的是政府的戰(zhàn)略眼光。政府不是錦上添花，而是要敢啃硬骨頭?！?br>
一方面，國(guó)家根據(jù)階段需求，以重大專項(xiàng)的方式支持裝備整機(jī)及分系統(tǒng)的研發(fā)項(xiàng)目，加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)和系統(tǒng)部署；另一方面，由企業(yè)主導(dǎo)提出創(chuàng)新需求，創(chuàng)新資源配置和創(chuàng)新活動(dòng)圍繞企業(yè)目標(biāo)開(kāi)展。
集成創(chuàng)新：搶占產(chǎn)業(yè)生態(tài)鏈的高端
2002年春，在浦東張江春曉路一棟租來(lái)的3層小樓里，工號(hào)為001的賀榮明帶著9位來(lái)報(bào)到的“戰(zhàn)友”開(kāi)始了艱難的創(chuàng)業(yè)之路。
猶如世界上沒(méi)有兩片相同的葉子，同樣，也沒(méi)有兩臺(tái)一模一樣的光刻機(jī)。每臺(tái)光刻機(jī)，都有自己獨(dú)一無(wú)二的“光刻指紋”。賀榮明和他的戰(zhàn)友就是要生產(chǎn)中國(guó)自己的光刻機(jī)。
光刻機(jī)就像一臺(tái)精密復(fù)雜的特殊照相機(jī)，是芯片制造中“定義圖形”中最為重要的一種機(jī)器。高端光刻機(jī)集精密光學(xué)、機(jī)械、控制、材料等先進(jìn)科技和工程技術(shù)于一體，是集成電路裝備中技術(shù)難度最高、價(jià)格最昂貴的關(guān)鍵設(shè)備，被稱為人類技術(shù)發(fā)展的制高點(diǎn)和制造工業(yè)“皇冠上的明珠”。
“光刻機(jī)的水平?jīng)Q定著集成電路的發(fā)展水平，它在IC制造設(shè)備的價(jià)值鏈中占30%—40%?！鄙衔⒖偨?jīng)理辦公室主任賀躍進(jìn)介紹，光刻機(jī)的主要難點(diǎn)聚焦在準(zhǔn)分子光源、光學(xué)系統(tǒng)和超精密運(yùn)動(dòng)高速工作臺(tái)。
一臺(tái)光刻機(jī)有上萬(wàn)個(gè)零部件要在電腦程序的控制下進(jìn)行復(fù)雜協(xié)調(diào)的聯(lián)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)精準(zhǔn)程度的誤差不得超過(guò)一根頭發(fā)絲的千分之一，這無(wú)異于在頭發(fā)上“繡花”！打個(gè)通俗的比喻，就如同坐在一架超音速飛行的飛機(jī)上，拿著線頭穿進(jìn)另一架飛行飛機(jī)上的針孔。
企業(yè)成立之初，賀榮明到國(guó)外談合作，有人把他當(dāng)成皮包公司，因?yàn)楫?dāng)時(shí)連廠房都沒(méi)有。有次，賀榮明去德國(guó)談技術(shù)合作。對(duì)方倒是彬彬有禮，但對(duì)合作毫無(wú)興趣。眼光里投射出來(lái)的是：“瘋了，中國(guó)人也要做光刻機(jī)？”日耳曼工程師一臉嚴(yán)肅地撂下一句話：“就是給全套圖紙，你們也做不出來(lái)！”
十年過(guò)去了。樣機(jī)試驗(yàn)成功，研發(fā)項(xiàng)目驗(yàn)收，關(guān)鍵技術(shù)輻射的商用機(jī)型下線，實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)外銷售，中國(guó)人一步一個(gè)腳印又一次把天方夜譚變成了現(xiàn)實(shí)。
奧妙何在？
在上微，沒(méi)有“裝配”二字，只有“集成”。對(duì)此，賀榮明頗有心得：“集成創(chuàng)新，就是由我設(shè)計(jì)，然后利用全球技術(shù)為我所用，最后還由我調(diào)控。在技術(shù)基礎(chǔ)薄弱和國(guó)外封鎖的情況下，用好的管理和組織方式，照樣可以掌握復(fù)雜的技術(shù)系統(tǒng)。”[!--empirenews.page--]
“光刻機(jī)是逼出來(lái)的。”壽子琪說(shuō)，“從光刻機(jī)重大專項(xiàng)的實(shí)施，我們的體會(huì)是，要有開(kāi)放的姿態(tài)，同時(shí)要有客觀認(rèn)識(shí)自我的心態(tài)。” 上海當(dāng)時(shí)承接此項(xiàng)目，既有結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型、創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)的內(nèi)在動(dòng)力，同時(shí)在實(shí)施過(guò)程中也秉承著開(kāi)放創(chuàng)新和實(shí)事求是的原則。
同時(shí)，“集成”在微觀層面也極具操作難度。
上微有個(gè)集成工程部，它的職責(zé)就是把關(guān)設(shè)備，把一個(gè)個(gè)小的系統(tǒng)集成成光刻機(jī)?！拔覀兗仁乔颁h又是守門員。前鋒是要把產(chǎn)品性能調(diào)到最佳提供給客戶，守門員就是堵住這樣那樣的問(wèn)題?！鄙衔⒓晒こ滩棵搅纸?jīng)理說(shuō)，“我們面臨最大的困難就是沒(méi)有任何集成的經(jīng)驗(yàn)借鑒，只能靠經(jīng)驗(yàn)積累和摸索?！?br>
光刻機(jī)就好像一個(gè)人，一個(gè)個(gè)子系統(tǒng)就如同人體的各種器官。首先，要有總體框架，每個(gè)“器官”大小尺寸必須系統(tǒng)設(shè)計(jì)，否則五花八門，大小不一，不合規(guī)范。其次，即使各個(gè)單位制造的“器官”都符合指標(biāo)要求，但一裝到系統(tǒng)就常常出現(xiàn)問(wèn)題，這里還存在很多復(fù)雜因素。其中的集成經(jīng)驗(yàn)要通過(guò)大量的工程演練才能形成。就如同人經(jīng)常會(huì)發(fā)燒生病，有先天體質(zhì)原因，這就是光刻機(jī)的性能指標(biāo)；也有后天因素，這就要靠“醫(yī)生”也就是集成部門去診斷，技術(shù)人員不僅要“驗(yàn)血檢查”，還要告訴供應(yīng)商真正的病根。
比如說(shuō)，今天天氣和溫度變了，空氣壓力變了，設(shè)備的對(duì)焦就不準(zhǔn)確了。“這需要我們仿真模擬，研究空氣對(duì)哪些部件有影響”，毛方林說(shuō)，“以前我們?cè)龅揭粋€(gè)問(wèn)題，百思不得其解，花費(fèi)一個(gè)月才解決。任何集成都是創(chuàng)新，在這個(gè)過(guò)程中我們經(jīng)常遇到死胡同，往往是絕地反擊，起死回生。”
從零出發(fā)，10年后，上微成為世界上繼歐洲和日本3家公司之后的少數(shù)掌握了高端光刻機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與系統(tǒng)集成測(cè)試技術(shù)的高科技公司。90nm光刻機(jī)產(chǎn)品的研制和開(kāi)發(fā)還在潛心前行。
“到現(xiàn)在，我們考慮的不是能否裝一臺(tái)光刻機(jī)，而是在于用多長(zhǎng)時(shí)間裝出來(lái)，關(guān)注的是集成的數(shù)量和效率，關(guān)注用戶的需求、可操作性和可維護(hù)性等等?！泵搅终f(shuō)，以前一臺(tái)先進(jìn)封裝光刻機(jī)設(shè)備要幾年集成，后來(lái)是幾個(gè)月集成，現(xiàn)在批量設(shè)備是一個(gè)月集成。
“從制造型國(guó)家到創(chuàng)新型國(guó)家轉(zhuǎn)型，就必須實(shí)現(xiàn)能級(jí)的躍遷，搶占產(chǎn)業(yè)生態(tài)鏈的高端?！辟R榮明說(shuō)。
產(chǎn)業(yè)輻射：沿途下蛋與自我造血
2013年8月，在充分進(jìn)行工藝測(cè)試的基礎(chǔ)上，上微首臺(tái)用于2.5代生產(chǎn)線的新型顯示光刻機(jī)正式上線昆山的一家企業(yè)。
光刻機(jī)之所以被稱為戰(zhàn)略產(chǎn)品，除了技術(shù)難度高，還在于對(duì)相關(guān)核心高端制造領(lǐng)域有強(qiáng)大的產(chǎn)業(yè)輻射能力。上微就在新型顯示產(chǎn)業(yè)開(kāi)拓了一片新的疆土。
2008年底，上微敏銳地注意到，光刻機(jī)技術(shù)在OLED產(chǎn)業(yè)中將大有作為，決定啃下這塊硬骨頭。然而，開(kāi)發(fā)新型OLED TFT光刻機(jī)單打獨(dú)斗不可行。通過(guò)了解，上海大學(xué)“新型顯示技術(shù)與應(yīng)用集成教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”在新型OLED器件工藝研究方面做了很多探索，他們希望擁有先進(jìn)設(shè)備進(jìn)一步提升新工藝研發(fā)水平。
于是，雙方一拍即合，迅速展開(kāi)聯(lián)合技術(shù)攻關(guān)。2009年，200×200新型顯示光刻機(jī)的研制立為上海市科技攻關(guān)的重點(diǎn)項(xiàng)目。
2010年，SSB200/10 OLED研發(fā)光刻機(jī)生產(chǎn)出自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的1.6英寸OLED顯示屏，將國(guó)產(chǎn)光刻設(shè)備用于平板顯示領(lǐng)域，在國(guó)內(nèi)實(shí)現(xiàn)零的突破。
同時(shí)這唯一的國(guó)產(chǎn)設(shè)備，也串起了上海大學(xué)已有的工藝生產(chǎn)線，使之為更多的國(guó)內(nèi)企業(yè)提供OLED產(chǎn)線流片的工藝測(cè)試。更重要的是，在合作中，上微還收獲了友誼和信任——國(guó)內(nèi)4家新型顯示領(lǐng)域的老大，都與上微開(kāi)展了合作。
在重大專項(xiàng)的實(shí)施過(guò)程中，還成立了產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟，加強(qiáng)協(xié)同創(chuàng)新?！坝善髽I(yè)提出創(chuàng)新目標(biāo)，然后分解任務(wù)、配置資源，最后集成并修正任務(wù)。不僅體現(xiàn)了企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新的主體地位，更能提高企業(yè)創(chuàng)新的管理能力。”壽子琪說(shuō)。
上微將IC制造的光刻機(jī)技術(shù)衍生到其他領(lǐng)域，開(kāi)發(fā)了如激光封裝、激光退火等設(shè)備。公司將此類產(chǎn)品比喻為“類光刻機(jī)”，即將光刻技術(shù)用于其他新興產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的工藝、開(kāi)發(fā)相關(guān)設(shè)備，具有極大的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用價(jià)值。
研制光刻機(jī)過(guò)程中有個(gè)奇特的現(xiàn)象，那就是企業(yè)在完成國(guó)家戰(zhàn)略任務(wù)的同時(shí)，基于市場(chǎng)需求和自身發(fā)展，通過(guò)自主創(chuàng)新，及時(shí)把關(guān)鍵技術(shù)輻射到相關(guān)領(lǐng)域，將階段性成果轉(zhuǎn)化為市場(chǎng)應(yīng)用性項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)企業(yè)的自我造血。大家形象地稱作這一產(chǎn)業(yè)化的過(guò)程為“沿途下蛋”。
除了新型顯示領(lǐng)域，上微早在2004年開(kāi)始探索先進(jìn)封裝光刻機(jī)的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展之路。2012年，上微的封裝光刻機(jī)走進(jìn)了先進(jìn)封裝的重鎮(zhèn)——臺(tái)灣，更引起同行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)者的重視，逼著他們降低售價(jià)并效法改進(jìn)設(shè)備性能。目前，上微已占據(jù)國(guó)內(nèi)先進(jìn)封裝光刻機(jī)市場(chǎng)的80%，并迫使競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手降低產(chǎn)品價(jià)格1/3，動(dòng)了國(guó)際先進(jìn)封裝設(shè)備市場(chǎng)的奶酪。
賀榮明將曾經(jīng)崛起的我國(guó)女排戰(zhàn)術(shù)——“高舉高打，平拉開(kāi)”應(yīng)用于企業(yè)戰(zhàn)略：技術(shù)高端切入，逼近世界水平，追高度；市場(chǎng)中端介入，形成產(chǎn)業(yè)規(guī)模，求寬度；拓展應(yīng)用領(lǐng)域，伴隨客戶成長(zhǎng)，筑厚度。
以光刻機(jī)為抓手，部件服從整機(jī)牽引，通過(guò)產(chǎn)品工程牽起責(zé)任鏈，并圍繞產(chǎn)業(yè)鏈串聯(lián)起工藝、材料、軟件等創(chuàng)新鏈。這就是上微的成功之道。
以國(guó)家戰(zhàn)略需求為導(dǎo)向，政府大膽決策，穩(wěn)定支持，以企業(yè)為紐帶，聚合產(chǎn)學(xué)研用創(chuàng)新資源，讓市場(chǎng)成為配置科技資源的決定性力量，讓企業(yè)成為技術(shù)創(chuàng)新的“主角”。這就是重大專項(xiàng)在光刻機(jī)研制中的創(chuàng)新實(shí)踐。
“光刻機(jī)在國(guó)外有30多年的歷史，我們搶跑用了10年，2002年我國(guó)與國(guó)際光刻機(jī)先進(jìn)水平相差20年，現(xiàn)在差距已大為縮小。我們漸漸找到了感覺(jué)與方法，相信我們的加速度是越來(lái)越高的?！辟R榮明有自己的中國(guó)夢(mèng)，一是做出中國(guó)自己的光刻機(jī)，讓全世界尊重中國(guó)的科技；二是為中國(guó)打造優(yōu)秀創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)?，F(xiàn)在，夢(mèng)想正照進(jìn)現(xiàn)實(shí)。
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