中科信：搶占IC裝備業(yè)制高點(diǎn)

夏日的早晨，微風(fēng)拂面，鳥兒輕鳴。北京中科信電子裝備有限公司(簡稱中科信)里一派繁忙景象，來來往往的員工或趕往廠房或直奔辦公大樓，為“十一五”國家科技重大專項(xiàng)———90nm-65nm大角度離子注入機(jī)樣機(jī)系統(tǒng)集成緊張而有序地忙碌著。

沖破封鎖

“工欲善其事，必先利其器”，2000多年前孔子話語中蘊(yùn)含的深意同樣適用于當(dāng)今中國的半導(dǎo)體業(yè)：沒有先進(jìn)的電子制造設(shè)備，就不可能有自主先進(jìn)的芯片產(chǎn)品;沒有先進(jìn)的設(shè)備做支撐，中國的半導(dǎo)體業(yè)發(fā)展再快，也只是建立在沙漠上的高樓。

作為IC制造前道工藝設(shè)備，離子注入機(jī)技術(shù)復(fù)雜、涉及面廣，融光、機(jī)、電、計(jì)算機(jī)、材料、熱學(xué)、力學(xué)等各種專業(yè)技術(shù)為一體。國際上，離子注入技術(shù)主要集中在美國，著名的離子注入裝備生產(chǎn)商有美國Axcelis公司、Varian公司等。他們擁有最先進(jìn)的離子注入機(jī)技術(shù)，研制的各種類型的離子注入機(jī)占據(jù)了大部分國際市場。

以美國為首的西方發(fā)達(dá)國家始終把IC設(shè)備列為對我國實(shí)行嚴(yán)格限制的技術(shù)領(lǐng)域之一，實(shí)行嚴(yán)密封鎖且禁止向我國出口先進(jìn)的離子注入設(shè)備，不讓先進(jìn)的設(shè)備和技術(shù)為中國人所掌握，以永遠(yuǎn)維持自己的經(jīng)濟(jì)和軍事霸權(quán)地位。

中科信作為國內(nèi)唯一從事離子注入機(jī)與快速退火成套裝備的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化的高科技企業(yè)，責(zé)任重大。企業(yè)必須從戰(zhàn)略發(fā)展的高度出發(fā)，立足于自主創(chuàng)新，整體提升以離子注入機(jī)為代表的電子專用裝備制造業(yè)核心競爭力，建立起擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的研發(fā)技術(shù)平臺，充分掌握有關(guān)離子摻雜處理工藝和整機(jī)裝備系統(tǒng)集成的先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)離子注入機(jī)設(shè)備的跨越式發(fā)展。

“十五”期間，中科信承擔(dān)了國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)集成電路制造裝備重大專項(xiàng)———“100nm大角度離子注入機(jī)”項(xiàng)目，在不到3年的時(shí)間里，他們成功建立了國內(nèi)一流的離子注入機(jī)技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化平臺和技術(shù)服務(wù)體系，完全突破大角度離子注入機(jī)的5大系統(tǒng)、6大關(guān)鍵技術(shù)，有效建立了以專利為核心的知識產(chǎn)權(quán)體系，研制出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的、能夠滿足100nm集成電路工藝要求的8英寸大角度離子注入機(jī)商品機(jī)，并實(shí)現(xiàn)出口。

初步具備了8英寸國產(chǎn)大角度離子注入機(jī)批量供貨的能力，實(shí)現(xiàn)了我國集成電路專用裝備制造水平由原來的6英寸500nm到8英寸100nm的技術(shù)水平的五級連跳，為我國離子注入機(jī)裝備進(jìn)一步發(fā)展和實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

項(xiàng)目在圓滿實(shí)施后，先后榮獲“第一屆中國半導(dǎo)體創(chuàng)新產(chǎn)品”、“信息產(chǎn)業(yè)部2006年度信息產(chǎn)業(yè)重大技術(shù)發(fā)明”、“2007年度北京市科技進(jìn)步一等獎”、“2007年度中國電子科技集團(tuán)科技進(jìn)步特等獎”、“2007年度中國電子學(xué)會科技一等獎”等多項(xiàng)殊榮，并成功入選“北京市首批自主創(chuàng)新產(chǎn)品”、“國家首批自主創(chuàng)新產(chǎn)品”目錄。

再攀高峰

科技之路，永無止境。

我國電子信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展規(guī)律是一代裝備、一代工藝、一代器件，裝備水平?jīng)Q定了產(chǎn)品技術(shù)水準(zhǔn)。中科信人深知肩負(fù)的重?fù)?dān)和責(zé)任，90nm、65nm乃至45nm的科技難題如一座座的技術(shù)高峰，矗立在中科信人面前。他們從國家戰(zhàn)略需要出發(fā)，再次請纓承擔(dān)“十一五”國家科技重大專項(xiàng)任務(wù)。

通過國家專項(xiàng)組的權(quán)威專家的多次論證和評審，這支團(tuán)隊(duì)整合了全球離子注入技術(shù)的優(yōu)勢資源，出色完成了項(xiàng)目實(shí)施方案的立項(xiàng)論證。在國家有關(guān)部委的大力支持下，率先開展了12英寸90nm-65nm大角度離子注入機(jī)的研發(fā)工作。2007年，經(jīng)過項(xiàng)目技術(shù)組專家的多次方案討論，他們最終確定了90nm-65nm大角度離子注入機(jī)整機(jī)攻關(guān)的總體技術(shù)路線和實(shí)施方案，確定了α機(jī)、β機(jī)以及商品機(jī)等3代機(jī)型研發(fā)的技術(shù)路線，確定了整機(jī)功能劃分和模塊構(gòu)成，完成了5大系統(tǒng)、82個子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。

為解決真空腔體在設(shè)計(jì)加工中零部件繁雜、精度要求高、性能要求無法達(dá)到又難以檢測出問題所在這一難題，攻關(guān)團(tuán)隊(duì)找到了一家全球真空閥門的領(lǐng)先制造者，一起聯(lián)手根據(jù)具體的性能參數(shù)和技術(shù)指標(biāo)要求，逐步分解細(xì)化，將構(gòu)想變?yōu)椴輬D，將草圖轉(zhuǎn)為3D圖，將3D圖變成工程圖，最終完成了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)定型。模擬分析計(jì)算表明，新的設(shè)計(jì)化繁為簡、化零為整，加強(qiáng)了零部件的整體性，減少了加工、裝配與使用中“意外”發(fā)生的可能性，縮短了加工制作周期，節(jié)省了制造成本。更重要的是，它完全滿足了離子注入機(jī)的高性能要求。

為滿足300mm晶片尺寸在無損傳送的同時(shí)實(shí)現(xiàn)傳輸效率的提升，技術(shù)團(tuán)隊(duì)打破常規(guī)思維的束縛，摒棄原有單個機(jī)械手獨(dú)立作業(yè)的模式，借鑒大生產(chǎn)線流水與專業(yè)化分工并協(xié)同作業(yè)的思路，采用全新的雙機(jī)械手協(xié)同、多工位流水式循環(huán)作業(yè)模式，簡化并固定單個機(jī)械手動作，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手間的明確分工與有序作業(yè)。同時(shí)，為縮減靶室及片庫腔體的結(jié)構(gòu)空間，攻關(guān)小組設(shè)計(jì)了全新的單定位系統(tǒng)，并將其從主控制器中分離，從而提高晶片傳送系統(tǒng)傳輸效率近一倍。

為提高90nm-65nm大角度離子注入機(jī)項(xiàng)目的可靠性，項(xiàng)目研發(fā)的軟件設(shè)計(jì)師們結(jié)合用戶反饋意見與多年的售后記錄，選擇了有限層次狀態(tài)機(jī)的設(shè)計(jì)模式，面向過程、面向?qū)ο?、面向組件進(jìn)行分層模型設(shè)計(jì)，將整個軟件系統(tǒng)劃分為若干個相互獨(dú)立的層次進(jìn)行描述，層與層之間通過事先約定的接口相互通信。聯(lián)合程序設(shè)計(jì)師、用戶、系統(tǒng)工程師三方力量，在各層次的子狀態(tài)機(jī)中窮舉了設(shè)備運(yùn)行中可能發(fā)生的各種狀態(tài)。根據(jù)設(shè)備運(yùn)行方式，實(shí)現(xiàn)問題、診斷與解決方案的有效集合與鏈接，保證在發(fā)生故障時(shí)用戶可以快速定位、自行診斷并盡快恢復(fù)，提高了系統(tǒng)的適用性和維護(hù)性。可使用戶與非程序工程師們跨越專業(yè)界限，直接參與程序的設(shè)計(jì)與優(yōu)化，在大大減輕售后服務(wù)人員工作負(fù)擔(dān)的同時(shí)，又提高了設(shè)備的運(yùn)行與維護(hù)效率，保證了設(shè)備的高可靠性。

2008 年技術(shù)團(tuán)隊(duì)完成了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和各分系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)，同時(shí)針對高精度、寬量程束流和劑量均勻性測量技術(shù)、周期實(shí)時(shí)可調(diào)波形發(fā)生技術(shù)、精密運(yùn)動控制技術(shù)等進(jìn)行了技術(shù)創(chuàng)新。在先后攻克了90nm-65nm大角度離子注入機(jī)離子光學(xué)設(shè)計(jì)技術(shù)、重離子長壽命離子源技術(shù)等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)后，目前技術(shù)團(tuán)隊(duì)又順利完成了零部件裝配、分系統(tǒng)集成、整機(jī)系統(tǒng)集成工作，進(jìn)入到整機(jī)聯(lián)調(diào)、性能測試階段。聯(lián)調(diào)完成后，項(xiàng)目組將迅速開展適應(yīng)[!--empirenews.page--]90nm-65nm大角度中束流離子注入技術(shù)、工藝一致性、穩(wěn)定性的測試與驗(yàn)證，為年底設(shè)備成功上線奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

任重道遠(yuǎn)

中科信率先啟動的90nm-65nm大角度離子注入機(jī)項(xiàng)目無疑為“十一五”規(guī)劃開了好頭。雖然中科信已開展了12英寸90nm大角度離子注入機(jī)的研制工作，整機(jī)研發(fā)初具規(guī)模，但根據(jù)90nm-65nm離子注入的工藝需求，還沒有形成產(chǎn)品系列化。

面對國外技術(shù)的飛速發(fā)展和新工藝標(biāo)準(zhǔn)的不斷推出，國產(chǎn)裝備始終難以進(jìn)行工藝整合，面臨著受國外核心技術(shù)限制的困境。為了保障“十一五”規(guī)劃的順利實(shí)施，使國產(chǎn)設(shè)備真正形成強(qiáng)大的市場競爭力，中科信人未雨綢繆，提前進(jìn)行了謀劃，開始布局滿足65nm-45nm技術(shù)需求的低能量大束流離子注入機(jī)項(xiàng)目的研發(fā)。他們著眼全系列離子注入機(jī)的裝備配套，重點(diǎn)開展65nm-45nm低能量大束流離子注入機(jī)裝備的研發(fā)，攻克65nm-45nm超淺結(jié)制程技術(shù)，與大角度離子注入機(jī)形成工藝配套，實(shí)現(xiàn)離子注入成套工藝的集成，為我國具有自主知識產(chǎn)權(quán)的全系列離子注入機(jī)的產(chǎn)業(yè)化打下堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

他們多方建議國家盡快啟動《65nm大束流離子注入機(jī)研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化》與《65nm閃光快速退火爐研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化》項(xiàng)目，完善離子注入與快速退火產(chǎn)品的系列化，使這兩種不同類型的離子注入機(jī)形成工藝互補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)我國自主創(chuàng)新的離子注入機(jī)產(chǎn)品的系列化和離子注入工藝的成套化，以滿足12英寸65nm集成電路生產(chǎn)線集成交鑰匙工程的要求。

對于未來，中科信充滿信心：2012年，建立起適應(yīng)90nm-65nm大角度離子注入機(jī)技術(shù)及摻雜工藝的國際化離子注入機(jī)工藝研發(fā)平臺，完成90nm- 65nm大角度離子注入機(jī)整機(jī)研制，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線工藝驗(yàn)證與考核，形成自主知識產(chǎn)權(quán)體系，滿足90nm-65nm大角度離子注入機(jī)整機(jī)制造工藝的需求。研究國產(chǎn)化方案和零部件供應(yīng)鏈配套等，建設(shè) 90nm-65nm大角度離子注入機(jī)整機(jī)制造的產(chǎn)業(yè)化平臺，實(shí)現(xiàn)離子注入機(jī)裝備的產(chǎn)業(yè)化。到2013年，形成20 臺大角度離子注入機(jī)的生產(chǎn)能力，造就一支掌握高端離子注入機(jī)關(guān)鍵技術(shù)的專業(yè)人才隊(duì)伍，大幅提升我國裝備制造業(yè)的自主創(chuàng)新能力，使我國集成電路制造裝備業(yè)實(shí)現(xiàn)重大的技術(shù)跨越，在核心技術(shù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)重大突破，整體技術(shù)領(lǐng)先國際先進(jìn)水平。