国产5nm刻蚀机通过验证 将用于台积电5nm芯片制造

近日，台积电对外宣布，将在2019年第二季度进行5nm制程风险试产，预计2020年量产。与此同时，中微半导体也向“上观新闻”透露了一个重磅消息，其自主研发的5nm等离子体刻蚀机经台积电验证，性能优良，将用于全球首条5nm制程生产线。

值得一提的是，中微半导体也是唯一进入台积电7nm制程蚀刻设备的大陆本土设备商。据悉，中微半导体与台积电在28nm制程时便已开始合作，并一直延续到10nm和7nm制程。

而中微半导体如此亮眼成绩的背后，离不开尹志尧和他团队的多年努力。

他放弃国外百万年薪工作，只为一颗“中国芯”

研究显示，2015-2020年中国半导体芯片产业投资额将达到650亿美元，其中芯片制造设备投资额就将达到500亿美元。但是中国芯片制造设备的95%都是依赖于进口，也就是说需要花480亿到国外购买设备。这也使得中国芯片制造设备的国产化成为了一件非常迫切的事情。

在美国硅谷从事半导体行业20多年的尹志尧，其在世界最大的半导体设备企业——美国应用材料公司担任总公司副总裁，曾被誉为“硅谷最有成就的华人之一”，参与了美国几代等离子体刻蚀机的研发，拥有60多项技术专利。

2004年，当时已经60岁的尹志尧放弃了美国的百万年薪，带领三十多人的团队，冲破美国政府的层层审查（所有人都承诺不把美国的技术带回中国，包括所有工艺配方、设计图纸，一切从零开始），回国创办了中微半导体，他要在芯片制造设备领域与国际巨头直接竞争，取得一席之地。

成功打破国外垄断

等离子体刻蚀机是芯片制造环节的一种关键设备，其是在芯片上进行微观雕刻，刻出又细又深的接触孔或者线条，每个线条和深孔的加工精度是头发丝直径的几千分之一到上万分之一。这对刻蚀机的控制精度要求非常高。

据介绍，一个16nm的微观逻辑器件有60多层微观结构，要经过1000多个工艺步骤，要攻克上万个技术细节才能加工出来。只看等离子体刻蚀这个关键步骤，它的加工尺度为普通人头发丝的五千分之一，加工的精度和重复性要达到五万分之一。足见难度之高。

长期以来，蚀刻机的核心技术一直被国外厂商所垄断。2004年尹志尧回国创办中微半导体之初就将目光锁定在了刻蚀机领域。

中微半导体在刚刚涉足IC芯片介质刻蚀设备时，就推出了65nm等离子介质刻蚀机产品，随着技术的进步一直做到45nm、32nm、28nm、16nm、10nm，现在7nm的刻蚀机产品已经在客户的生产线上运行了，5nm刻蚀机也即将被台积电采用。

“在米粒上刻字的微雕技艺上，一般能刻200个字已经是极限，而我们的等离子刻蚀机在芯片上的加工工艺，相当于可以在米粒上刻10亿个字的水平。”中微半导体CEO尹志尧曾这样形容到。

经过多年的努力，中微半导体用实力打破了这一领域技术封锁，成功让中国正式跻身刻蚀机国际第一梯队。

中微半导体首席专家、副总裁倪图强博士表示，刻蚀机曾是一些发达国家的出口管制产品，但近年来，这种高端装备在出口管制名单上消失了。这说明如果我们突破了“卡脖子”技术，出口限制就会不复存在。如今，中微与泛林、应用材料、东京电子、日立4家美日企业一起，组成了国际第一梯队，为7nm芯片生产线供应刻蚀机。

（芯智讯注：美国商务部在2015年宣布，由于在中国已有一个非美国的设备公司做出了和美国设备公司有相同质量和相当数量的等离子体刻蚀机，所以取消了对中国的刻蚀机的出口管制。）

他还表示，明年台积电将率先进入5nm制程，已通过验证的国产5nm刻蚀机，预计会获得比7nm生产线更大的市场份额。

值得一提的是，2016年，中微半导体获得国家集成电路产业基金(大基金)4.8 亿元的投资，成功成为中国芯片制造领域的国家队。而这也凸显了国家对于中微半导体在中国半导体设备领域的贡献和地位的认可。

面对国外竞争对手挑衅，屡战屡胜

或许正是由于中微半导体在半导体设备领域的突飞猛进，也引来了国外竞争对手挑起的知识产权诉讼。

首先发难的是尹志尧的老东家——美国应用材料公司，2007年之时，美国应用材料公司就起诉中微半导体侵权，但却始终举证无力（尹志尧及其团队成员在离开美国时并未带走任何工艺配方、设计图纸，后续的产品设计也避开了对方的专利），中微半导体则抓住机会适时反诉对方不正当竞争，应用材料公司显然对这一情况准备不足，最终不得不撤诉求和。

2009年，另一巨头美国科林研发又在台湾起诉中微侵犯其发明专利，中微半导体则积极应对，提供其专利无效的证据，在法院的两次审判中科林的相关专利均被判决无效，第三次台湾“智慧财产局”甚至审定撤销了科林的其中一项专利权，紧接着科林又对“智慧财产局”的审定提出行政诉讼，再次遭到驳回。

2016年，中微半导体在接受媒体采访时，也详细介绍了其应对美国行业巨头5年侵犯商业秘密和专利权缠诉，终获“一撤诉四连胜”的成功经历。

当时，中微半导体公司资深知识产权总监姜银鑫就表示，“中微在知识产权方面相当谨慎，于公司建立初期便成立了专门的知识产权团队，未雨绸缪，针对潜在的知识产权纠纷可能性做了大量的分析排查。在部分海归研发团队核心成员回国加入之前，中微便已经让他们签订了不从原单位带来技术机密的承诺书”。

2017年11月初，美国MOCVD（金属有机化合物气相沉积设备）设备厂Veeco宣布，美国纽约东区地方法院同意了其针对SGL Carbon，LLC（SGL）的一项初步禁令请求，禁止SGL出售采用Veeco专利技术的MOCVD使用的晶圆承载器（即石墨盘），包括专为中国MOCVD设备商中微半导体设计的石墨盘。Veeco此举针对的正是中微半导体。

对此，中微半导体一方面积极发展第二和第三渠道的供应商；另一方面则在中国对Veeco提起专利侵权诉讼。

中微半导体披露，其于2017年7月向福建高院正式起诉 Veeco上海，指控其TurboDisk EPIK 700型号的MOCVD设备侵犯了中微的基片托盘同步锁定的中国专利，要求其停止侵权并主张上亿元侵权损害赔偿。在中微半导体起诉后，Veeco上海对该中微半导体专利向国家知识产权局专利复审委（简称“专利复审委”）提起无效宣告请求。

同年11月24日，专利复审委于作出审查决定，否决了Veeco上海关于中微半导体专利无效的申请，确认中微半导体起诉Veeco上海专利侵权的涉案专利为有效专利。

2017年12月8日，福建省高级人民法院同意了中微半导体针对Veeco上海的禁令申请，该禁令禁止Veeco上海进口、制造、向任何第三方销售或许诺销售侵犯中微第CN 202492576号专利的任何化学气相沉积装置和用于该等装置的基片托盘。该禁令立即生效执行，不可上诉。

中微半导体对于Veeco上海的胜诉，成功打击了Veeco妄图通过专利战打击中微半导体的企图。

“中微在过去11年轮番受到美国设备大公司的法律诉讼，但我们由于有坚固的知识产权防线，完全遵守美国和各国知识产权法律，一直处于不败之地。”今年7月，尹志尧在接受“观察者网”采访时这样说到。

坚持自主创新，专利超800件

而在面对国外竞争对手的挑衅，屡屡获胜的背后，则是中微半导体长期以来坚持自主研发所获得的过硬的自主技术专利。

据了解，目前中微的反应台交付量已突破582台；单反应台等离子体刻蚀设备已交付韩国领先的存储器制造商；双反应台介质刻蚀除胶一体机研制成功，这是业界首次将双反应台介质等离子体刻蚀和光刻胶除胶反应腔整合在同一个平台上。

同时，中微一些基础的研发也不断地跟进尖端技术，以保证产品的研发能够紧紧跟上甚至领先于国际上的技术发展水平。

中微半导体首席专家、副总裁也表示，刻蚀尺寸的大小还与芯片温度有一一对应关系，中微自主研发的部件使刻蚀过程的温控精度保持在0.75摄氏度内，达到国际领先水平。

气体喷淋盘是刻蚀机的核心部件之一，中微半导体联合国内其他科技公司开发出了一套创新工艺，用这套工艺制造的金属陶瓷，其晶粒十分精细、致密。与进口喷淋盘相比，国产陶瓷镀膜的喷淋盘使用寿命延长一倍，造价却不到五分之一。

正是由于在刻蚀机及相关领域的不断突破和创新，也使得中微半导体在刻蚀机市场份额快速增长。

资料显示，截至2017年8月，中微已有500多个介质刻蚀反应台，并在海内外 27 条生产线上生产了约 4000 多万片晶圆；同时，中微还开发了 12 英寸的电感型等离子体 ICP 刻蚀机;此外，中微还开发了 8 英寸和 12 英寸 TSV 硅通孔刻蚀设备，不仅占有约50%的国内市场，而且已进入台湾、新加坡、日本和欧洲市场，尤其在 MEMS 领域拥有意法半导体(ST)、博世半导体(BOSCH) 等国际大客户。

而在专利方面，中微半导体共申请了超过800件相关专利，其中绝大部分是发明专利，并且有一半以上已获授权。

目前尹志尧的团队精英中，上百人都曾是美国和世界一流的芯片和设备企业的技术骨干，大都有着20到30多年半导体设备研发制造的经验。而且这些工程师们必须有着物理、化学、机械、工程技术等50多种专业知识背景。

今年4月，中微半导体 CEO 尹志尧在公开合表示，目前中微半导体在全球各地已经建置共计 582 台刻蚀反应台，并预期今年将增长至 770 台。目前中微半导体产品已经进入第三代 10nm、7nm 工艺，并进入晶圆厂验证生产阶段，即将进入下一世代 5nm、甚至 3.5 nm 工艺。

尹志尧表示，未来十年将持续开发新产品，扩大市场占有率，中微的目标是：2020 年 20 亿元、2050 年 50 亿元，并进入国际五强半导体设备公司。

5nm刻蚀机意味着什么？

不过，需要注意的是中微半导体5nm刻蚀机的研发成功和获得台积电采用，并不代表着中国大陆就可以自己生产5nm工艺芯片了。因为芯片的生产工艺非常的复杂，刻蚀只是众多关键环节当中的一环。

但是，很多自媒体为了吸引眼球，却往往故意夸大事实，以点概面，以5nm刻蚀机这一个环节上的突破，就大肆宣扬“中国已打破国外垄断，掌握5nm技术”、“中国已可以制造5nm芯片”。

在去年尹志尧在接受央视媒体采访曾表示，“国际上最先进的芯片生产公司像英特尔、台积电、三星，它们的14nm已经成熟生产了，10nm和7nm很快进入生产，所以我们必须超前，5nm今年年底基本上就要定了，现在进展特别快，几乎一年两年就一代，所以我们就赶得非常紧。”

显然，尹志尧在视频中所指的5nm是指的5nm的刻蚀机。但是，随后这段采访就被一大波媒体断章取义，不顾事实的大肆吹嘘。搞得尹志尧不得不在朋友圈发文辟谣：“中微不是制造芯片的，只是为芯片厂提供设备”。“如此堕落的文风误国误民，给真正埋头苦干的科学家和工程师添堵添乱添麻烦。”

尹志尧今年在接受采访时再次强调：“宣传要实事求是，不要夸大，更不要为吸引眼球，无中生有，无限上纲。说我们的刻蚀机可以加工5纳米器件，也只是100多个刻蚀步骤中的几步。”

确实，正如我们前面所说，刻蚀只是芯片制造众多关键环节当中的一环，在先进制程的刻蚀设备领域取得突破虽然可喜，但是在其他如光刻机等领域，中国仍处于严重落后。目前国内进展最快的上海微电子也只是实现了 90nm 光刻机的国产化。

当然，我们也不能妄自菲薄，除了中微半导体之外，不少国产半导体设备厂商也在一些相关领域的先进制程设备上取得了突破。比如，在14nm 领域，硅/金属刻蚀机（北方华创）、薄膜沉积设备（北方华创）、单片退火设备（北方华创）和清洗设备（上海盛美）已经开发成功，正在客户端进行验证。

相信随着国产半导体设计及设备厂商的努力，以及中国半导体市场的需求快速增长的拉动，中国芯将会越来越强大。

来源：观察者网、上观新闻、与非网、中微半导体官网、芯智讯、央视《中国财经报道》、人民网等