我國(guó)集成電路核心裝備國(guó)產(chǎn)化在京獲重大進(jìn)展。記者日前從北京經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)獲悉，中芯國(guó)際北京廠使用國(guó)產(chǎn)設(shè)備加工的12寸正式產(chǎn)品晶圓加工突破一千萬(wàn)片次，標(biāo)志著集成電路國(guó)產(chǎn)設(shè)備在市場(chǎng)化大生產(chǎn)中得到充分驗(yàn)證，國(guó)產(chǎn)設(shè)備技術(shù)和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力邁上了一個(gè)新臺(tái)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(guó)際二期生產(chǎn)線的潔凈室。
“這臺(tái)分片機(jī)，需要機(jī)械手臂精準(zhǔn)、平穩(wěn)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(tái)中速離子植入機(jī)，是硅變成電晶體的一道重要工藝?！薄斑@臺(tái)介質(zhì)蝕刻機(jī)，負(fù)責(zé)根據(jù)設(shè)計(jì)‘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(tái)臺(tái)國(guó)產(chǎn)裝備進(jìn)入了記者視線。
經(jīng)過(guò)多年的研發(fā)以及反復(fù)驗(yàn)證、調(diào)試，它們?nèi)缃衽c代表集成電路最先進(jìn)制造水平的國(guó)外“同行”們站立在一起，擔(dān)負(fù)起芯片制造的一項(xiàng)項(xiàng)關(guān)鍵工序。
在中芯國(guó)際工作多年的老人兒都清晰記得，十多年前中芯國(guó)際在京投產(chǎn)時(shí)，大到生產(chǎn)線設(shè)備，小到螺母、螺絲釘，都是進(jìn)口的。
國(guó)產(chǎn)設(shè)備進(jìn)芯片生產(chǎn)線，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)?！敝行颈狈礁笨偨?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(fù)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，有數(shù)百米長(zhǎng)。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(shù)百道工序后，才能變成芯片。而任何一道工序中但凡出現(xiàn)一點(diǎn)差錯(cuò)，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(fù)雜度，芯片生產(chǎn)需要機(jī)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)線上刻蝕機(jī)、氧化機(jī)、薄膜、光刻、離子注入等設(shè)備，一直都由歐美日少數(shù)公司掌握。而如今，從2008年至今短短幾年時(shí)間，一些國(guó)產(chǎn)材料和大型裝備正在逐漸進(jìn)入這條全國(guó)最先進(jìn)的集成電路生產(chǎn)線。
聯(lián)合攻關(guān)縮短國(guó)際差距
中國(guó)芯中國(guó)造，是多年來(lái)中國(guó)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?！北本┙?jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)管委會(huì)主任、國(guó)家科技重大專項(xiàng)02專項(xiàng)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(shù)字有增無(wú)減。智能手機(jī)、空氣凈化器、移動(dòng)WiFi、高清電視、智能攝像頭、聲控?zé)簟瓫](méi)有了芯片，所有這些讓你生活便利的智能設(shè)備全都不可能實(shí)現(xiàn)。
小到人們的智能生活，大到國(guó)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)?！皣?guó)外一家大型裝備廠商一個(gè)季度的產(chǎn)值，就比中芯國(guó)際一年產(chǎn)值還要高得多?！睆堦恳灿靡粋€(gè)數(shù)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(guó)家科技重大專項(xiàng)02專項(xiàng)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(guó)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(jié)點(diǎn)攻關(guān)，并推動(dòng)裝備國(guó)產(chǎn)化。北京市作為組織牽頭單位，對(duì)項(xiàng)目承擔(dān)單位予以資金扶持。更為重要的，02專項(xiàng)讓中芯國(guó)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(duì)于國(guó)產(chǎn)設(shè)備的“天然實(shí)驗(yàn)室”——中芯國(guó)際的生產(chǎn)線來(lái)說(shuō)，過(guò)去購(gòu)買(mǎi)進(jìn)口設(shè)備，維修和調(diào)試都由有豐富經(jīng)驗(yàn)的國(guó)外設(shè)備公司承包。為了使用國(guó)產(chǎn)設(shè)備，攻關(guān)小組得邊干邊學(xué)，不停監(jiān)測(cè)設(shè)備在生產(chǎn)過(guò)程中的各種問(wèn)題。同時(shí)，為加速裝備國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程，作為“客戶”的中芯國(guó)際開(kāi)始與多家國(guó)產(chǎn)設(shè)備商聯(lián)合研發(fā)，在設(shè)備設(shè)計(jì)、研發(fā)過(guò)程中就充分根據(jù)大生產(chǎn)環(huán)節(jié)的需求進(jìn)行，而非閉門(mén)造車、單打獨(dú)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(xiàn)在要提供大生產(chǎn)技術(shù)，必須一百次都成功。”張昕坦言國(guó)產(chǎn)化之路的艱辛。
2010年，國(guó)產(chǎn)設(shè)備開(kāi)始進(jìn)入中芯國(guó)際北京生產(chǎn)廠區(qū)。從2012年到2016年，使用國(guó)產(chǎn)設(shè)備加工的產(chǎn)品數(shù)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(zhǎng)。
開(kāi)發(fā)區(qū)集成電路產(chǎn)業(yè)的集聚，成為了高端制造裝備國(guó)產(chǎn)化的天然推動(dòng)力。就拿坐落在中芯國(guó)際北京廠街對(duì)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(shè)備、化學(xué)氣相沉積設(shè)備、物理氣相沉積設(shè)備三大類半導(dǎo)體裝備產(chǎn)品為基礎(chǔ)的20余類產(chǎn)品，成功替代了國(guó)外廠商同類產(chǎn)品。“設(shè)備一有什么問(wèn)題，設(shè)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(guó)際工程師說(shuō)。
北京經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)負(fù)責(zé)人介紹，隨著集成電路國(guó)產(chǎn)設(shè)備在市場(chǎng)化大生產(chǎn)中得到充分驗(yàn)證，我國(guó)集成電路制造產(chǎn)業(yè)與國(guó)外最先進(jìn)水平的差距縮短了至少五年。
國(guó)產(chǎn)化可助成本降兩成
突破國(guó)際壟斷、提升自主創(chuàng)新能力，帶來(lái)的是實(shí)打?qū)嵉男б妗堦客嘎?，雖然目前設(shè)備國(guó)產(chǎn)化仍處于初期，需要投入大量人力、財(cái)力、物力，但隨著國(guó)產(chǎn)設(shè)備大量投入使用，將使得我國(guó)芯片制造的設(shè)備采購(gòu)成本降低25%左右。
業(yè)內(nèi)專家透露，集成電路技術(shù)40多年來(lái)一直按照摩爾定律規(guī)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%。隨著摩爾定律近年來(lái)逐漸逼近極限，裝備國(guó)產(chǎn)化對(duì)于提升我國(guó)集成電路行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力將起到巨大作用。