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上微突围战
文章来源:    作者:王铮    2015年08月27日 17:11

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13年后,上海微电子装备有限公司在国际光刻机制造领域终于崭露头角,进入先进制造业的“国际俱乐部”。

所谓光刻机,其是制造大规模集成电路芯片的关键设备,小到手机、平板电脑,大到民航客机、导弹,都离不开芯片。对一个国家来说,光刻机属于重大战略装备。

上微公司成立的缘起,是承担国家“863计划”项目,当时目标是研发100纳米光刻机。

“中国政府看到了信息产业和芯片产业的战略重要性,未来的制造体系,无论是材料、设计还是装备,芯片都将是信息社会的组成要素。国际市场自然是可以向我们出口先进的集成电路芯片,但芯片制造的上游装备——光刻机则实行严密的封锁。因此,中国下决心自主研发光刻机。”上海微电子装备有限公司总经理贺荣明对《上海国资》表示。

不过,风险显而易见。因为当时中国从事光刻机研究的人员很少,国内相关基础几乎为零,国内集成电路生产用光刻机全部依赖进口。

上海微电子装备面对巨大的困难和挑战,经过奋斗基本达成目标。2008年,中国第一台IC前道投影扫描光刻机样机终于自主研发成功。

100纳米,约等于一根头发丝宽度的1/1000。这个肉眼根本无法辨识的距离,正是光刻机所要曝光出的电路宽度。由这些电路构成的集成电路芯片,用于各行各业。

2015年,上微公司承担的国家02科技重大专项90纳米光刻机的研制已接近尾声。接下来的5年内,上微将研发65纳米光刻机,并实现产业化。再往后是要求更高的浸没光刻机,将逐步逼近1/2000的发丝宽度。

“想象一下,一束激光经过上百块玻璃的聚焦,在硅片上刻下一道道相距仅几十纳米宽的电路——这难度相当于坐在一架超音速飞行的飞机上,拿着线头穿进另一架飞行中的飞机上的针孔。”

目前,世界上亦仅有美、德、日等少数几个国家有制造能力。

“10年前,国外公司说,就是把整套图纸给我们,我们也做不出。但10年后,通过在光刻机方面的科技突破,公司已具备复杂大系统过程控制与工程实现能力。”贺荣明对此深有感触。

10年来,从跟踪国际专利,到不断掌握具有完全自主知识产权的高端光刻设备的总体设计技术、集成技术和关键单元技术,并形成系列完整的产品,上海微电子装备公司填补了国内光刻机在该领域的空白,并且在国际同类产品中处于先进水平,大大缩短了中国光刻机设备与国外的技术差距。

上微生产的先进封装光刻机在国内市场占有率已达到80%以上,并让一家美国企业在中国的销售额急剧下降。2010年开始,其销售收入以每年50%的速度增长。2015年,其收入将达3—4亿元。

 

研发

从上微的研发历程来看,其是一家不失聪明的企业。当时国际合作已很频繁,能否通过国际合作走捷径,加快研发步伐?

但贺荣明一开始就很清楚,合作的前提是竞争。“只有在自我攻关和自我创新取得一定基础上才可能与别人谈合作,乞求式合作是不存在的。”

但真正做起来相当困难。

不同于其他装备制造,世界上没有两台一模一样的光刻机。每台光刻机,都有自己独一无二的“光刻指纹”,上微是要生产有着自己指纹的光刻机。

而一台光刻机有上万个零部件要在电脑程序的控制下进行复杂协调的联动,其运动精准程度的误差不得超过一根头发丝的千分之一。

“光刻机的水平决定着集成电路的发展水平,光刻机的主要难点聚焦在准分子光源、曝光光学系统和超精密运动高速工作台。”贺荣明介绍。

如何攻关?

上微选择的方式是以集成创新为突破口,“我们不在高科技生态链上的某一个地方做局部创新,这种局部创新的地位不会很高,受技术局限很明显,如果从产业链低端进行创新,那我们永远只能做创新的附属品,所以,我们要做的是基于生态链的系统创新。”贺荣明表示。

换句话说,由于光刻机系统太大、太复杂,上微公司决定不遵循“点上突破”的传统专利思路,而是要做好专利架构的顶层设计,从上往下攻关。“其实就像解方程降次,不断分解系统,摆脱技术控制。”贺荣明表示。

这意味着,在光刻机的技术链上,上微公司把自身定位于顶层系统设计者。零部件由合作企业提供,但系统设计和核心技术将掌握在自己手里。

对于具体的研发手段,上微公司采取的是灵活多样的“学习、理解、消化、创新”一揽子模式。比如对于物镜,其构造非常复杂,上微就从模块分析开始,完成后研究其构造零件,零件研究后,再研究硬件直至图纸。“这样,每一个环节和局部都很熟悉。这样做的重点是,上微可以从中了解哪些环节和局部是可以通过自己攻关可以获得的,而哪些环节是需要合作才能达到目的。”贺荣明表示。

为此,上微成立了集成工程部,它的职责就是把一个个小的系统集成为光刻机。

据介绍,首先,研究人员要具备总体框架,每个子系统大小尺寸必须系统设计,否则五花八门,大小不一,不合规范。


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