創(chuàng)新驅動發(fā)展
賀榮明清楚地記得,11年前,當大部分專家、領導問他,中國自主研發(fā)光刻機有決心嗎?“有!”當時的回答并無一絲猶豫?!叭缃窕叵氪耸抡嬗行┖笈?,那時候勇氣勝過理智?!?br>
下決心創(chuàng)新,有時靠的是一種氣魄,而完成創(chuàng)新的過程則需要更多的冷靜和執(zhí)著。
光陰荏苒,刻鑄創(chuàng)新。在光刻機領域,中國幾乎從零出發(fā),經過十年砥礪,到現(xiàn)在已成為世界上少數(shù)掌握高端光刻機系統(tǒng)設計與系統(tǒng)集成測試技術的國家,并成功切入IC先進封裝、新型顯示等新技術產業(yè)領域。那么,在創(chuàng)新實踐中,政府和企業(yè)究竟應該扮演怎樣的角色?光刻機重大專項實施帶給我們什么啟示?
艱難決策:干還是不干,怎么干?
時光回溯到11年前,上海舉行的“十五”863計劃科技部重大專項討論會現(xiàn)場,來自全國各科研院所的專家正為一個項目爭論不休:技術方案有七八種之多,難度要跨好幾個臺階,投入以億元計算,風險之大難以評估……
這個讓大家勞神的項目就是光刻機。其實,在此之前,爭論的焦點是干不干?!
每顆芯片誕生之初,都要經過光刻技術的鍛造。光刻機就像個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,母版上復雜的電路設計圖形即轉化為硅片上細微繁密的溝壑紋理。誰掌握了這種利刃,就擁有了集成電路產業(yè)發(fā)展水平的技術掌控權。各發(fā)達國家政府一直對相關戰(zhàn)略產業(yè)持續(xù)投入,爭取戰(zhàn)略競爭優(yōu)勢,在此領域,荷蘭、美國、日本早已虎踞龍盤。
早在1996年,我國意識到集成電路的重要性,部署了908工程、909工程,但對于光刻機,卻一直未敢觸碰,就如一張白紙,從何落筆?隨著國內集成電路產業(yè)的發(fā)展,科技部決定將此設立為“十五”科技重大專項。
科技部副部長曹健林清楚地記得,“當時上海市加上科技部的投入,如果拿到國際上,也許僅僅夠建一個超凈間”。
除了投入捉襟見肘,關鍵是我國從未有光刻機的實踐生產經驗。如何研究制定切實可行的技術路線圖?經過專家論證,國家從多條技術方案中選擇了193納米激光投影式光刻機,10年后的結果證明,選擇這條相對成熟的技術路線是正確的。
“對未來有帶動性的戰(zhàn)略產業(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,政府需要考察的是有沒有一個好的領頭人帶領創(chuàng)新團隊真心干事業(yè),能不能圍繞核心技術形成產業(yè)技術體系。
項目落戶上海后,讓誰牽頭?這又是個尖銳的問題。國家02科技重大專項技術總師葉甜春是當時參與這場論證的專家之一,也全程參與和見證了光刻機攻關歷程。他回憶說:“科技部的思路很明確,研發(fā)和產業(yè)化結合!一定要探索企業(yè)化的運作模式?!?br>
此前,尚無先例。我國雖也有科研院所承擔過相關項目,但僅止于實驗室的理論和技術,并未面向工業(yè)化大生產需求;之前部署都是單點研發(fā),各單位自成體系,缺乏系統(tǒng)網絡的構建。因缺乏應用市場的錘煉,最終都不了了之?,F(xiàn)在再搞光刻機,一定要以企業(yè)為主體構建產業(yè)鏈和創(chuàng)新鏈。
2002年3月,上海微電子裝備有限公司(以下簡稱“上微”)成立,賀榮明任總經理。該公司作為一個綜合集成平臺承接項目,把產學研用資源匯聚起來。國家863計劃中,光刻機成為首個以企業(yè)為主導開展研究的項目。
2009年,光刻機是國家設立的16個科技重大專項之一—— “極大規(guī)模集成電路制造裝備與成套工藝專項”的核心內容。按照國家部署,上海作為光刻技術研發(fā)與設備研制的重要基地,承擔了推進實施02科技重大專項的具體工作。政府從光刻機、刻蝕機到高端設備、高端材料、先進制造工藝等關鍵領域和技術進行全面布局,并建立配套的產業(yè)化平臺。
“十年來,我面臨的最大困惑不是技術難題,解決它們只是時間問題。最難的是讓別人理解這個行業(yè)發(fā)展特征,技術風險,對此,企業(yè)和政府都有壓力。”50出頭的賀榮明頭上已布滿銀絲,“這種項目不是立竿見影,考驗的是政府的戰(zhàn)略眼光。政府不是錦上添花,而是要敢啃硬骨頭?!?br>
一方面,國家根據階段需求,以重大專項的方式支持裝備整機及分系統(tǒng)的研發(fā)項目,加強頂層設計和系統(tǒng)部署;另一方面,由企業(yè)主導提出創(chuàng)新需求,創(chuàng)新資源配置和創(chuàng)新活動圍繞企業(yè)目標開展。
集成創(chuàng)新:搶占產業(yè)生態(tài)鏈的高端
2002年春,在浦東張江春曉路一棟租來的3層小樓里,工號為001的賀榮明帶著9位來報到的“戰(zhàn)友”開始了艱難的創(chuàng)業(yè)之路。
猶如世界上沒有兩片相同的葉子,同樣,也沒有兩臺一模一樣的光刻機。每臺光刻機,都有自己獨一無二的“光刻指紋”。賀榮明和他的戰(zhàn)友就是要生產中國自己的光刻機。
光刻機就像一臺精密復雜的特殊照相機,是芯片制造中“定義圖形”中最為重要的一種機器。高端光刻機集精密光學、機械、控制、材料等先進科技和工程技術于一體,是集成電路裝備中技術難度最高、價格最昂貴的關鍵設備,被稱為人類技術發(fā)展的制高點和制造工業(yè)“皇冠上的明珠”。
“光刻機的水平決定著集成電路的發(fā)展水平,它在IC制造設備的價值鏈中占30%—40%。”上微總經理辦公室主任賀躍進介紹,光刻機的主要難點聚焦在準分子光源、光學系統(tǒng)和超精密運動高速工作臺。
一臺光刻機有上萬個零部件要在電腦程序的控制下進行復雜協(xié)調的聯(lián)動,其運動精準程度的誤差不得超過一根頭發(fā)絲的千分之一,這無異于在頭發(fā)上“繡花”!打個通俗的比喻,就如同坐在一架超音速飛行的飛機上,拿著線頭穿進另一架飛行飛機上的針孔。
企業(yè)成立之初,賀榮明到國外談合作,有人把他當成皮包公司,因為當時連廠房都沒有。有次,賀榮明去德國談技術合作。對方倒是彬彬有禮,但對合作毫無興趣。眼光里投射出來的是:“瘋了,中國人也要做光刻機?”日耳曼工程師一臉嚴肅地撂下一句話:“就是給全套圖紙,你們也做不出來!”
十年過去了。樣機試驗成功,研發(fā)項目驗收,關鍵技術輻射的商用機型下線,實現(xiàn)國內外銷售,中國人一步一個腳印又一次把天方夜譚變成了現(xiàn)實。
奧妙何在?
在上微,沒有“裝配”二字,只有“集成”。對此,賀榮明頗有心得:“集成創(chuàng)新,就是由我設計,然后利用全球技術為我所用,最后還由我調控。在技術基礎薄弱和國外封鎖的情況下,用好的管理和組織方式,照樣可以掌握復雜的技術系統(tǒng)?!盵!--empirenews.page--]
“光刻機是逼出來的?!眽圩隅髡f,“從光刻機重大專項的實施,我們的體會是,要有開放的姿態(tài),同時要有客觀認識自我的心態(tài)?!?上海當時承接此項目,既有結構轉型、創(chuàng)新驅動的內在動力,同時在實施過程中也秉承著開放創(chuàng)新和實事求是的原則。
同時,“集成”在微觀層面也極具操作難度。
上微有個集成工程部,它的職責就是把關設備,把一個個小的系統(tǒng)集成成光刻機。“我們既是前鋒又是守門員。前鋒是要把產品性能調到最佳提供給客戶,守門員就是堵住這樣那樣的問題?!鄙衔⒓晒こ滩棵搅纸浝碚f,“我們面臨最大的困難就是沒有任何集成的經驗借鑒,只能靠經驗積累和摸索。”
光刻機就好像一個人,一個個子系統(tǒng)就如同人體的各種器官。首先,要有總體框架,每個“器官”大小尺寸必須系統(tǒng)設計,否則五花八門,大小不一,不合規(guī)范。其次,即使各個單位制造的“器官”都符合指標要求,但一裝到系統(tǒng)就常常出現(xiàn)問題,這里還存在很多復雜因素。其中的集成經驗要通過大量的工程演練才能形成。就如同人經常會發(fā)燒生病,有先天體質原因,這就是光刻機的性能指標;也有后天因素,這就要靠“醫(yī)生”也就是集成部門去診斷,技術人員不僅要“驗血檢查”,還要告訴供應商真正的病根。
比如說,今天天氣和溫度變了,空氣壓力變了,設備的對焦就不準確了?!斑@需要我們仿真模擬,研究空氣對哪些部件有影響”,毛方林說,“以前我們曾遇到一個問題,百思不得其解,花費一個月才解決。任何集成都是創(chuàng)新,在這個過程中我們經常遇到死胡同,往往是絕地反擊,起死回生?!?br>
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)掌握了高端光刻機的系統(tǒng)設計與系統(tǒng)集成測試技術的高科技公司。90nm光刻機產品的研制和開發(fā)還在潛心前行。
“到現(xiàn)在,我們考慮的不是能否裝一臺光刻機,而是在于用多長時間裝出來,關注的是集成的數(shù)量和效率,關注用戶的需求、可操作性和可維護性等等?!泵搅终f,以前一臺先進封裝光刻機設備要幾年集成,后來是幾個月集成,現(xiàn)在批量設備是一個月集成。
“從制造型國家到創(chuàng)新型國家轉型,就必須實現(xiàn)能級的躍遷,搶占產業(yè)生態(tài)鏈的高端。”賀榮明說。
產業(yè)輻射:沿途下蛋與自我造血
2013年8月,在充分進行工藝測試的基礎上,上微首臺用于2.5代生產線的新型顯示光刻機正式上線昆山的一家企業(yè)。
光刻機之所以被稱為戰(zhàn)略產品,除了技術難度高,還在于對相關核心高端制造領域有強大的產業(yè)輻射能力。上微就在新型顯示產業(yè)開拓了一片新的疆土。
2008年底,上微敏銳地注意到,光刻機技術在OLED產業(yè)中將大有作為,決定啃下這塊硬骨頭。然而,開發(fā)新型OLED TFT光刻機單打獨斗不可行。通過了解,上海大學“新型顯示技術與應用集成教育部重點實驗室”在新型OLED器件工藝研究方面做了很多探索,他們希望擁有先進設備進一步提升新工藝研發(fā)水平。
于是,雙方一拍即合,迅速展開聯(lián)合技術攻關。2009年,200×200新型顯示光刻機的研制立為上海市科技攻關的重點項目。
2010年,SSB200/10 OLED研發(fā)光刻機生產出自主知識產權的1.6英寸OLED顯示屏,將國產光刻設備用于平板顯示領域,在國內實現(xiàn)零的突破。
同時這唯一的國產設備,也串起了上海大學已有的工藝生產線,使之為更多的國內企業(yè)提供OLED產線流片的工藝測試。更重要的是,在合作中,上微還收獲了友誼和信任——國內4家新型顯示領域的老大,都與上微開展了合作。
在重大專項的實施過程中,還成立了產業(yè)技術聯(lián)盟,加強協(xié)同創(chuàng)新。“由企業(yè)提出創(chuàng)新目標,然后分解任務、配置資源,最后集成并修正任務。不僅體現(xiàn)了企業(yè)技術創(chuàng)新的主體地位,更能提高企業(yè)創(chuàng)新的管理能力?!眽圩隅髡f。
上微將IC制造的光刻機技術衍生到其他領域,開發(fā)了如激光封裝、激光退火等設備。公司將此類產品比喻為“類光刻機”,即將光刻技術用于其他新興產業(yè)領域的工藝、開發(fā)相關設備,具有極大的產業(yè)應用價值。
研制光刻機過程中有個奇特的現(xiàn)象,那就是企業(yè)在完成國家戰(zhàn)略任務的同時,基于市場需求和自身發(fā)展,通過自主創(chuàng)新,及時把關鍵技術輻射到相關領域,將階段性成果轉化為市場應用性項目,實現(xiàn)企業(yè)的自我造血。大家形象地稱作這一產業(yè)化的過程為“沿途下蛋”。
除了新型顯示領域,上微早在2004年開始探索先進封裝光刻機的產業(yè)化發(fā)展之路。2012年,上微的封裝光刻機走進了先進封裝的重鎮(zhèn)——臺灣,更引起同行業(yè)競爭者的重視,逼著他們降低售價并效法改進設備性能。目前,上微已占據國內先進封裝光刻機市場的80%,并迫使競爭對手降低產品價格1/3,動了國際先進封裝設備市場的奶酪。
賀榮明將曾經崛起的我國女排戰(zhàn)術——“高舉高打,平拉開”應用于企業(yè)戰(zhàn)略:技術高端切入,逼近世界水平,追高度;市場中端介入,形成產業(yè)規(guī)模,求寬度;拓展應用領域,伴隨客戶成長,筑厚度。
以光刻機為抓手,部件服從整機牽引,通過產品工程牽起責任鏈,并圍繞產業(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。
以國家戰(zhàn)略需求為導向,政府大膽決策,穩(wěn)定支持,以企業(yè)為紐帶,聚合產學研用創(chuàng)新資源,讓市場成為配置科技資源的決定性力量,讓企業(yè)成為技術創(chuàng)新的“主角”。這就是重大專項在光刻機研制中的創(chuàng)新實踐。
“光刻機在國外有30多年的歷史,我們搶跑用了10年,2002年我國與國際光刻機先進水平相差20年,現(xiàn)在差距已大為縮小。我們漸漸找到了感覺與方法,相信我們的加速度是越來越高的?!辟R榮明有自己的中國夢,一是做出中國自己的光刻機,讓全世界尊重中國的科技;二是為中國打造優(yōu)秀創(chuàng)新團隊?,F(xiàn)在,夢想正照進現(xiàn)實。