中國突破晶片技術壟斷第一人:60歲回國創業寫下晶片界傳奇

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半導體晶片「自主研發」已然成為中國科技產業發展的關鍵共識,但有一家半導體設備企業早從 14 年前就開始為中國科技產業研發實力積累埋頭苦幹,更在三年前因成功開發「等離子刻蝕機」而聲名大噪,讓美國商業部將該技術從「國家安全出口管制」名單中剔除,這是中國半導體技術研發史上的一大勝利,這份成就,來自於中微半導體。

中微半導體是國家集成電路產業基金(大基金)成立後投資的第一家公司。

在 2017 年 1 月美國總統科技專家委員會(PCAST)發布的國情咨文「確保美國在半導體產業的長期領導地位」報告中,分析中國集成電路的晶片設計、製造、設備、材料和封裝產業,在 32 頁的報告里唯一提到的中國公司名字就是中微(AMEC)。

「國產設備界教父」尹志堯,創業史與「中國半導體之父」張汝京十分相似

身為中微半導體創辦人之一,目前擔任中微董事長的尹志堯博士在國產半導體設備界創業的過程,與中芯國際創辦人張汝京有著非常相似的背景。

張汝京從美國德州儀器到台灣創立世大集成電路(WSMC),又到上海創立中芯國際。

而尹志堯則是在 60 歲從美企應用材料退休後,到上海創立中微,更在過去 11 年裡三次從國際大廠的輪番法律訴訟戰中,成功全身而退,創下中國半導體發展史上傳奇的一頁。

DT 君日前獨家採訪尹志堯,即使對中國半導體設備技術的貢獻成就卓越,他仍是一身謙遜儒雅的文人風範。

圖丨尹志堯

在採訪一開始,他「囑咐」DT 君的第一句話不是別的,是希望這個採訪不要著墨太多個人事跡,因為中微不是他一個人創立的,當初從美國回到中國的創業團隊有 15 個人,至今都是公司重要骨幹,包括全球業務副總朱新萍、資深副總杜志游、副總倪圖強等,中微今日的成就,是所有人的共同努力。

尹志堯又強調,中微是從事產業技術發展和商業競爭的事,不希望提高到政治和戰略的高度,做過分的渲染。

然而,如果讀者知曉尹志堯的一生事跡,可以了解他的職涯、創業過程,為什麼會是中國半導體產業發展過程中,無法忽略不提的的重要標竿之一。

半導體發展像舉鼎,資金、人才、政策缺一不可

這幾年晶片產業正在風口上,很多人說中國半導體發展已有很長時間,但今年是「起風」的一年。

尹志堯語重心長指出,中國半導體產業還非常弱小,最大矛盾是不對稱競爭,中國企業的規模是外商大廠的十分之一到二十分之一,研發投入也只是外企的十分之一到二十分之一,在這種不對稱的競爭勢態下,如何能發展壯大?

尹志堯形容,發展半導體晶片產業就象是支起一個鼎,鼎有三個腿:資金、人才和政策。

只要三個腿堅強有力,而且均衡支撐,產業的鼎就會順利頂起。

近年來晶片投資蜂擁而至,看起來形勢很好,但有三個嚴重的不平衡:資金一頭大、人才嚴重不足、促進產業發展的政策需要進一步改進升級。

這一波資金聚集在晶片製造,占總投入資金 90% 以上,然設備和材料領域占晶片製造廠成本 80%,分得的投資占比卻不到 5%,是嚴重不均衡。

根據 SEMI 統計,2017 年中國占全球半導體銷售量 15%,排名全球第三,預計在 2019 年可攀升至全球第二,然而中國本土 IC 設備自製率卻低於 5%,仍是在巨頭間掙扎。

另一個問題是,幾乎全部的資金投入都是股本金,但缺乏長期低息貸款和研發項目資助,單純的股本金投入晶片生產線,是不能達到預期回報的。

在政策上,投融資政策、所得稅、進出口、勞動法、產業鏈本土化、員工期權激勵和 IPO 上市政策等都需要做適當的調整,很多相關政策都是從改革開放前期,為促進引進技術、來料加工而擬定的,現在應該要全面重新檢視。

尹志堯強調,如果能迅速解決這三個不平衡,國內的半導體晶片產業就會高速、健康、均衡的發展。

半導體關鍵設備不只「光刻機」,7 納米以下「等離子刻蝕機」需求量飛速成長

中微半導體是生產晶片過程中最關鍵的設備:等離子刻蝕機和化學薄膜設備的供應商。

觀察半導體產業的演進,從上世紀 50 年代的 128K 的電子管計算機,到 80 年代 128K 的存儲器件,再到 2015 年 128G Flash,人類微觀加工的能力在面積上縮小 1 萬億倍,這個意思是,如果把今天的手機退回到 50 年前,相當於 200 萬棟五層樓里充滿了電子管。

微觀加工能力實現的關鍵,來自於晶片製造過程中近十個關鍵程序,分別為擴散(Thermal process)、光刻(Litho)、等離子刻蝕(Etch)、化學氣相薄膜(CVD)、物理濺射膜(PVD)、離子注入(Ion Implant)、化學機械拋光(CMP)、清洗等。

分屬於這些程序的設備為擴散爐、光刻機、等離子刻蝕機、化學氣相沉積設備、物理濺射設備,離子注入機、化學拋光機和清洗機等。

一般人提到半導體設備,首先想到的是光刻機,仿佛有了光刻機,所有晶片製造問題都迎刃而解。

然殊不知,晶片製造程序千百道又極度複雜,只有光刻機是無法完成生產一片晶圓的。

在晶片製造中,有三道最關鍵的程序分別為光刻、等離子刻蝕、化學氣相沉積,在晶圓製造的過程中不斷循環重複,衍伸出來的設備產值也最高。

若論難度,光刻技術是設備技術障礙最高的,而等離子刻蝕的難度是來自於上千種工藝過程開發的難度。

半導體製程技術到了 14 納米、 10 納米的結構,需要走入二重模板(Double Patterning)曝光技術,因此對於刻蝕和薄膜的整合設計需求大量提升,才能符合更小線寬的要求,這樣的趨勢更讓刻蝕機和化學薄膜的組合拳成為晶片製造過程中,更重要的關鍵步驟。

再者,2D NAND 轉進 3D NAND 技術的產業演變,也讓光刻技術的需求減少,反而是刻蝕和化學薄膜的需求量大增,使得這兩項設備組合拳成為市場增長最快的產品,年增長超過 16%,其中,等離子刻蝕已占整個設備投資比重高達 22%,正式超過光刻機。

中國一座座平地而起的晶圓廠,讓尹志堯不甘終生幫外企作嫁

談起當年投身創立中微為中國半導體產業打造自主技術設備的歷程,尹志堯認為進入一個產業,選對市場細分選項很重要,刻蝕機是處於高速成長的市場軌道上,年需求量已超過 70 億美元,而到 2025 年預計達到 150 億美元。

把該市場做好,中微的成長性自然不斷向上。

目前中微已經突破由美商應用材料、泛林研發(Lam Research)、日本 TEL 外商壟斷的刻蝕機市場藩籬,擠入全球前五大供應商,打入眾多國際大客戶包括台積電、英特爾、聯電、 GlobalFoundries 、中芯國際、華力、長江存儲,博世和意法半導體等 40 條生產線。

尹志堯致力於物理化學反應器領域已有 50 年,在 1980 年到美國前,就在石油化工和中國科學院從事催化劑和反應器的研究和工業生產。

在美國獲得博士學位後,先後任職於英特爾、泛林研發、應用材料等國際半導體大廠。

14 年前,已從應材退休的尹志堯看著中國一座座平地而起的晶圓廠,內心不甘於一生所學都是「為人作嫁」,有感於亞洲半導體發展很快,中國變化更大,他們十幾個人毅然決心回國,為正興起的中國集成電路產業做出貢獻。

小蝦米對大鯨魚,三次國際大廠專利大刀砍來都奇蹟脫身

中微在中國半導體產業的傳奇,不單是打破關鍵技術的壟斷,其創業 14 年來,憑「小蝦米」之姿,面對三次「大鯨魚」的專利侵權訴訟大刀砍來,都奇蹟似地從被動到主動,一直處於不敗之地,也是一頁傳奇。

時間重回 2007 年,就在那年中微剛研發出來的刻蝕機,即將進入國際最先進的晶圓代工生產線時,他的老東家應材認為有竊密之嫌,因此在美國聯邦法院提出訴訟。

為了證明自己的清白,中微聘請了美國一流的智慧財產權訴訟律師,花了兩年半的時間,徹查了中微 600 多萬件文件和 30 多人的電腦和文件,都沒有找到關於應材的圖紙,技術數據和商業機密,這個訴訟最終得到和解。

談到這段歷史,以及後來在網上的報導,尹志堯特別跟 DT 君強調,網上關於當年他和同事從美國回中國創業,被美國當局清查了電腦,沒收了所有的 600 萬件文件,是被渲染的不實報導,是把商業競爭不必要的提高到其他層面所產生的副作用。

在中微和應材的官司還沒和解之前,另一個美國競爭對手:泛林研發又向中微發難。

泛林研發在 2009 年在台灣狀告中微的專利侵權。

尹志堯表示,公司創立時就研究過對方的專利,確認其專利無效的,即使對手的專利是有效,中微的設計是不一樣的,也未侵犯其專利。

該官司只經過 8 個多月,中微就取得了一審的勝利,對方上訴四次都被法院駁回。

而在此過程中,中微更掌握確鑿的證據指出對方竊取中微高度機密的技術文件,並在上海法院提出告訴,最後取得訴訟的勝利。

第三起專利訴訟來得兇猛,一度讓中微的產品遭禁運

看到這裡,可以知道中微的創業過程,是一路被告到大的小孩。

而接棒砍下第三刀侵權官司的,是 2017 年 LED 設備廠商 Veeco 在美國紐約地方法院告 MOCVD 石墨托盤供應廠商給中微提供的石墨托盤侵犯 Veeco 專利,而中微也立即採取反制行動,向中國專利局與其他國家專利主管機構訴請 Veeco 的專利無效進行反擊。

但就在美國法院仍在審理 Veeco 專利是否有效、中微設計是否侵權時,美國方面就先宣布對石墨托盤出貨禁令,讓中微無法獲得供貨,由於石墨盤是一個消耗件,此一變化讓使用中微 MOCVD 設備的 LED 客戶幾乎停產。

之後中微訴請 Veeco 的專利無效得到批准,且在福建法院狀告 Veeco 托盤鎖定的設計侵權,最後福建高等法院也對 Veeco 進口中國的 MOCVD 設備實施出貨禁令,一連串的動作讓 Veeco 不得不妥協,進而與中微進行和解談判,除了撤銷相關訴訟外,更進一步同意與中微共享石墨托盤專利。

僅 18 個月就取下國內 MOCVD 設備 70% 市占,國產設備的另一奇蹟

講到 MOCVD 設備的開發、量產到國內市占率橫掃千軍,是中微的另一個驕傲。

2009 年時,藍光 LED 熱潮襲卷全球市場,政府大量補貼 LED 公司,鼓勵建立 LED 生產線,當時的 MOCVD 設備市場全掌握在美國 Veeco 和德國 Aixtron 兩大外企之手。

在 2009 年到 2010 年之間,中國有高達 54 家的公司和研究所計劃開發 MOCVD 設備,想要搶搭這一波熱潮順風車,其中至少 25 家已開始開發,但 7 年後,真正量產的只有中微一家。

從 2016 年起,中微用僅僅 18 個月的時間就在中國的 MOCVD 設備市場拿下 70% 以上市場,取代了原本由美、德設備長期掌控的產業,打下不可思議的勝仗!

奇蹟是如何被創造的?尹志堯表示,我們用半導體最高水平的技術去做 MOCVD 機台,且這項產品和中微做過的 CVD 技術很類似,其他公司可以做出「樣機」,但樣機只是完成設備開發的 20 %。

三次深陷國際大廠侵權訴訟的中微,次次全身而退,步步越戰越強,尹志堯強調重視知識財產權的重要性。

要做全球生意必須尊重各國法律,尊重智慧財產權

他早年任職於美商大企業,對待每一次的職業轉換都非常嚴肅認真,絕對不攜帶任何資料到新公司,絕不侵犯任何專利,也這樣要求所有加入中微的員工。

他強調,集成電路是國際化產業,要進入這個產業必須要遵守中國,也要遵守美國的法律,才能做全球生意,如果違法而被制裁了,也不能將此無限上綱到政治層面。

尹志堯認為,中國人對集成電路是有一定天賦,只要努力一定做得成,但過程必須要非常尊重智慧財產權,產業發展幾十年下來,很多前人的技術研發成果已在前方,後面加入的人不可能不借鑑前人,但必須尊重別人的智財權,繞道而行,或是付專利費。

從 2012 年開始,中微過去 6 年的每年營收成長率都保持 35% 上下,這兩年的年營收增長更是超過 50%。

對於中微未來的期許,尹志堯表示,希望在 2028 年達到營收 100 億元,在規模上進入國際工藝設備公司的前五強企業。

尹志堯強調,集成電路是全球化產業,不可能把它變成任何單一國家獨占的產業,且不可否認地,近幾十年來晶片的技術開發和大生產,以及半導體設備產業都往亞洲延伸,中國的集成電路產業興起,是繼日本、韓國和台灣發展後必定要發生的,任何人也阻止不了這趨勢。

如尹志堯所言,中國集成電路產業的起飛,是歷史的必然,是任何力量也擋不住的趨勢,但是,這是一個國際化產業,必須堅持開放的做法,千萬不要像某些人那樣關起門來搞,同時必須高度重視智慧財產權,才能保障產業的健康發展,唯有如此,中國的集成電路產業才能真正接軌國際,趕上世界先進水平。


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