中國芯片刻蝕機第一人：77歲尹志堯12句話(huà)說(shuō)透芯片制造

芯東西4月26日報道，上周二，新一期楊瀾訪(fǎng)談錄節目《逐風(fēng)者》專(zhuān)訪(fǎng)我國半導體設備產(chǎn)業(yè)的重要領(lǐng)軍人物之一——尹志堯。尹志堯現年77歲，在技術(shù)及產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)中獲得過(guò)400多項各國專(zhuān)利，被評價(jià)為“硅谷最有成就的華人之一”。至今，全世界超過(guò)一半的刻蝕設備都有他參與領(lǐng)導和開(kāi)發(fā)的身影。

從硅谷歸國的他，人生經(jīng)歷頗有一些傳奇色彩。

尹志堯1944年出生于北京，18歲考入中科大化學(xué)物理系，24歲被分配至蘭州煉油廠(chǎng)，36歲獲北大化學(xué)系碩士學(xué)位，后赴美國加州洛杉磯分校攻讀物理化學(xué)博士。

2004年，他選擇放棄美國百萬(wàn)年薪，帶領(lǐng)著(zhù)15人小團隊，空手回祖國創(chuàng )辦中微公司，專(zhuān)注于研發(fā)芯片制造不可或缺的刻蝕設備。

作為幾代等離子體刻蝕技術(shù)及設備的主要發(fā)明人和工業(yè)化應用的推動(dòng)者之一，尹志堯曾幫助泛林半導體、應用材料成為等離子體刻蝕設備的領(lǐng)先公司。但當中微做出自己的首個(gè)刻蝕機產(chǎn)品時(shí)，卻被尹志堯的美國老東家告上法庭。

因為懷疑中微拿了其商業(yè)機密，美國應用材料、科林半導體接連起訴中微專(zhuān)利侵權，面對國際設備巨頭屢屢發(fā)難，中微卻從容應對，不僅在每一場(chǎng)專(zhuān)利官司中從未敗陣，而且進(jìn)入了美國出口控制設備的白名單。

經(jīng)過(guò)十幾年發(fā)展，如今，中微公司已是全球半導體刻蝕設備5大供應商之一，截至2020年年底已申請1755項專(zhuān)利。其12英寸高端刻蝕設備已用于迄今最先進(jìn)的5nm生產(chǎn)線(xiàn)上；其3nm刻蝕機Alpha原型機的設計、制造、測試及初步的工藝開(kāi)發(fā)和評估也已完成。

在最新的訪(fǎng)談中，尹志堯不僅生動(dòng)地介紹了光刻機、刻蝕機等設備如何像蓋高樓、剪窗花一樣應用于芯片制造，而且分享了他對芯片制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展的深入見(jiàn)解。

他提到投資一條5nm動(dòng)輒花費100億美元，其中約70%~80%用于采購各種設備，而研發(fā)高端芯片制造設備需要投入大量時(shí)間和資金。例如全球光刻機老大過(guò)去20年花費約1500億人民幣，中微自身過(guò)去16年也花費了約20億人民幣。

此外，據其觀(guān)察，在芯片制造領(lǐng)域，大陸與國際先進(jìn)水平間的差距在三代左右，約為5~10年。由于華人對美國集成電路發(fā)展做出巨大貢獻，他相信中國集成電路將來(lái)必然能達到世界最先進(jìn)水平，但從近期來(lái)講，必須認真對待人才培養、不對稱(chēng)競爭、資本過(guò)熱等問(wèn)題。

同時(shí)，尹志堯認為，包括美國在內，沒(méi)有任何一個(gè)國家僅憑一國之力就能做出芯片，他相信科技創(chuàng )新的生產(chǎn)力會(huì )逐漸促進(jìn)各國之間的合作。而想發(fā)展國際市場(chǎng)的公司，都應確保不涉及專(zhuān)利侵權、尊重各國出口規則，避免給國家添麻煩。

我們對此次訪(fǎng)談的干貨做了精編，內容如下：

一、近60年，人類(lèi)微觀(guān)加工能力已提升1萬(wàn)億倍

從手機、電腦、家用電器到出門(mén)開(kāi)車(chē)，人們的生活越來(lái)越離不開(kāi)芯片。如果在家里排查一番，多則能找出大概數百個(gè)芯片。

據尹志堯分享，近60年來(lái)，隨著(zhù)數碼時(shí)代、智能時(shí)代的發(fā)展，人類(lèi)將微觀(guān)器件面積縮小到原來(lái)的1萬(wàn)億分之一，即微觀(guān)加工能力已提升1萬(wàn)億倍。

“相當于200萬(wàn)棟五層的大樓，里面全是電子管，現在縮到一個(gè)指甲蓋上去了，這是一個(gè)非常奇妙的革命?！币緢蛘f(shuō)。

而通過(guò)光刻機、薄膜機、等離子體刻蝕機的芯片制造設備的組合拳，尹志堯說(shuō)：“（在一個(gè)米粒上）用手工刻，我見(jiàn)過(guò)最多的是不到300個(gè)字，我們現在可以在米粒上刻1億個(gè)字。”

二、芯片制造如同剪窗花，10000/1頭發(fā)絲上能蓋出五六十層的晶體管微觀(guān)大樓

芯片制造流程包括切割晶圓、涂膜、光刻、刻蝕、摻雜、測試等等。其中，光刻技術(shù)、刻蝕技術(shù)、薄膜沉積為主要生產(chǎn)技術(shù)。

光刻技術(shù)是一種將圖紙上的芯片電路設計通過(guò)類(lèi)似照片沖印的技術(shù)印制到硅片上的技術(shù)，而刻蝕技術(shù)主要用于在芯片上進(jìn)行微觀(guān)雕刻。

每個(gè)線(xiàn)條和深孔的加工精度，如同在人的頭發(fā)絲直徑的幾千萬(wàn)分之一甚至上萬(wàn)分之一的面積上，進(jìn)行有50~60層大樓的“微觀(guān)世界”的建設。

尹志堯將建設其中的每一層，比作剪窗花。剪窗花需要一張紅紙，然后用筆來(lái)描圖，再用剪刀將不需要的部分剪掉，就做出來(lái)這一層的結構了。

光刻機、薄膜機、等離子體刻蝕機正是做類(lèi)似的事情。薄膜機鋪一層材料，就如剪窗花要有一張紅紙，然后光刻機在上面畫(huà)各種花紋，等離子體刻蝕機將不要的東西刻掉。三步缺一不可。

其中最重要的是光刻機，如果光刻機畫(huà)不出花紋來(lái)，等離子體刻蝕機就不知道怎么去刻。

這樣一層一層往上蓋，如果做5nm，每一層大概有十幾個(gè)步驟，如果要蓋五六十層，需經(jīng)約1000個(gè)工藝步驟加工。就這樣，像蓋樓一樣，一層一層將芯片這個(gè)復雜而精細的微觀(guān)結構做了出來(lái)。

三、等離子體刻蝕機16年花費了20億人民幣

一個(gè)芯片的制造涉及到50多個(gè)學(xué)科知識和技術(shù)、幾百到上千個(gè)步驟。建設一條先進(jìn)的芯片生產(chǎn)線(xiàn)，需要10大類(lèi)、300多種細分設備，共需要3000多臺各種設備。

這帶來(lái)巨大的投資開(kāi)銷(xiāo)。尹志堯說(shuō)，要投資一條5nm生產(chǎn)線(xiàn)，大概需投資100億美金，1個(gè)月可以生產(chǎn)5萬(wàn)~6萬(wàn)片。這100億美金中，70%~80%用于采購各種設備。

工欲善其事，必先利其器。尹志堯舉了兩個(gè)例子，一是全球光刻機霸主荷蘭ASML公司，二是中微公司自身。

20年前，ASML已經(jīng)是世界最先進(jìn)的光刻機公司之一，過(guò)去20年它花了約200億歐元，相當于1500億人民幣。一個(gè)已經(jīng)成熟的公司尚且需要花費如此大的開(kāi)銷(xiāo)，才開(kāi)發(fā)出新一代EUV（極紫外線(xiàn)）光刻機。

做等離子體刻蝕機的中微公司，在過(guò)去16年大約花費了20億人民幣，相比光刻機要少，但也已經(jīng)是相當多的錢(qián)。

尹志堯提到高端設備往往有3個(gè)共性特點(diǎn)：一是開(kāi)發(fā)時(shí)間長(cháng)，少則3年、5年，一般需要7~10年才能做出來(lái)的，長(cháng)則可能10年、20年；二是投資需要幾十億元地投；三是在這個(gè)領(lǐng)域里，每一個(gè)具體設備，國際上僅有兩三家能夠做，即高度壟斷，所以它的競爭格局和一般的產(chǎn)業(yè)不一樣的。

四、國內芯片制造與國際先進(jìn)水平差距：大約三代、5~10年

國內芯片制造為何會(huì )與國際先進(jìn)水平存在差距？

尹志堯認為，這并不是因為中國人科學(xué)技術(shù)能力差，而是因為我國在過(guò)去40年改革開(kāi)放，主要補了第一代工業(yè)革命的課，如今，在高鐵、蓋跨海長(cháng)橋等基建方面，我們都是世界最好的。

但在這40年期間，國外的重點(diǎn)在于智能和數碼時(shí)代的革命，所以我們現在要繼續直追。而如果沒(méi)有基礎工業(yè)的根基，是沒(méi)有辦法做芯片的，這是一個(gè)客觀(guān)原因。

我國芯片發(fā)展速度已經(jīng)很快，中低端芯片都做得相當不錯，但在高端芯片方面仍受制于國外設備及技術(shù)，這還需要一段時(shí)間才能趕上。

據尹志堯分享，現在國內14nm已經(jīng)在生產(chǎn)線(xiàn)上大量生產(chǎn)，7nm開(kāi)始要進(jìn)入生產(chǎn)；而國外5nm已經(jīng)量產(chǎn)，3nm大概會(huì )在明年進(jìn)入試生產(chǎn)。因此，我們和國際先進(jìn)水平的差距大概在三代左右，約為5~10年。

而國外正以最快的速度發(fā)展，因此我們必須要加緊趕上去。

五、拒絕誤傳！中微不做芯片，5nm技術(shù)僅用于刻蝕機

2018年4月，隨著(zhù)中微已掌握5nm刻蝕技術(shù)的消息發(fā)布，一些媒體跟風(fēng)散播“我國已掌握了5nm芯片工藝，國產(chǎn)芯片的春天到了”之類(lèi)的消息。

此類(lèi)報道，令尹志堯感到十分驚異。他辟謠說(shuō)，中微在2018年的確掌握了5nm技術(shù)，但這僅限于刻蝕機，中微公司并不是做芯片的，只是給做芯片的公司提供設備。

對此，他有兩個(gè)想法。一是真正在業(yè)界工作的人士，都在努力做一件實(shí)事，不斷推進(jìn)技術(shù)，然后產(chǎn)生的產(chǎn)品能夠回饋給社會(huì )，給老百姓用。這本來(lái)是一個(gè)好事兒，可以去宣傳，但是不要夸大宣傳，而應該實(shí)事求是地宣傳。

另外，他特別希望強調的是，集成電路是成千上萬(wàn)的集成努力，不要太過(guò)分地突出一個(gè)人的作用，任何一個(gè)人是做不成任何事情的，只有很多企業(yè)的聯(lián)合作戰，才能將這個(gè)產(chǎn)業(yè)推向前進(jìn)。

2017年，許多國家的半導體制造還處在10nm和7nm階段，而四年后的今天，5nm的芯片已投入生產(chǎn)，與此同時(shí)，半導體行業(yè)的從業(yè)者們，還在不斷向物理極限發(fā)起挑戰，2nm、1nm……最后的極限還尚未可知。

尹志堯認為，很難說(shuō)什么是最后極限，“最后的極限就是原子水平和分子水平的加工。其實(shí)我們刻蝕機已經(jīng)刻到一兩個(gè)原子這樣的準確度?！?/p>

六、沒(méi)有國家能憑一國之力做出芯片，科技創(chuàng )新定會(huì )促進(jìn)各國合作發(fā)展

尹志堯還特別強調說(shuō)，集成電路產(chǎn)業(yè)需要全世界各國和很多公司上下協(xié)同努力才能做出來(lái)?！?span style="">沒(méi)有任何一個(gè)國家，包括美國在內，可以靠自己一國之力，把集成電路從頭做到尾?！?/p>

美國雖然是半導體集成電路的發(fā)源地，但是經(jīng)過(guò)這四五十年的發(fā)展，美國本土能做的芯片或設備也是有限的。

比如美國現在要在自己本國建一條生產(chǎn)線(xiàn)，尹志堯估計，它有將近一半的設備和材料要從日本、歐洲和亞洲進(jìn)口。整個(gè)集成電路的技術(shù)是一個(gè)很長(cháng)的生產(chǎn)鏈，沒(méi)有任何一個(gè)國家可以關(guān)起門(mén)來(lái)，獨立把它做起來(lái)。

而且科技創(chuàng )新的生產(chǎn)力，會(huì )逐漸地促進(jìn)各個(gè)國家之間的合作。

當然，最后每一個(gè)國家都要有自己獨立自主發(fā)展的戰略。特別是大國，不可能什么都依賴(lài)別人。有從芯片設計到制造、設備、材料等非常完整的產(chǎn)業(yè)鏈，是有后發(fā)優(yōu)勢的。

“我們必須在這個(gè)基礎上，進(jìn)一步地使我們各個(gè)產(chǎn)業(yè)上的關(guān)鍵環(huán)節能夠有超常的發(fā)展，而且我們有些核心技術(shù)要超過(guò)國際上的先進(jìn)水平，這一點(diǎn)我有非常強的信心?！币緢蛘f(shuō)。

七、華人對美國集成電路發(fā)展做出巨大貢獻

尹志堯回憶道，在美國的集成電路歷史上，華人起到了非常關(guān)鍵的作用。

1984年，尹志堯到英特爾中心研究開(kāi)發(fā)部時(shí)，第一天就令他感到傻眼。

中心研究開(kāi)發(fā)部有兩個(gè)大的部門(mén)，一個(gè)是單元操作部門(mén)，就是光刻機、等離子體刻蝕機、薄膜機能做到什么樣的程度；另一個(gè)是工藝集成部門(mén)。

他當時(shí)以為這里都是美國人在做，但其實(shí)，單元操作部門(mén)研究題目組的組長(cháng)、經(jīng)理絕大部分都是華人，工藝集成部門(mén)中幾位最主要的、能干的工程師人員，多數也是華人。

“所以其實(shí)華人對美國集成電路歷史的發(fā)展，做出了非常大的貢獻?！币緢蛘f(shuō)。例如，當前5nm芯片采用的晶體管結構FinFET，是由華人教授胡正明在20多年前提出來(lái)的。

在尹志堯看來(lái)，之所以華人在美國集成電路的發(fā)展歷程中起了非常大的作用，是因為中國人比較重視數理化工程，而且有耐心，而做集成電路一定要有耐心。

因此，他對中國將來(lái)在集成電路能夠達到世界最先進(jìn)水平?jīng)]有任何疑問(wèn)，但是近期來(lái)講，我們必須要認真對待目前的問(wèn)題。

八、中國人才培養需要重視產(chǎn)研結合，但目前仍未認真落實(shí)

談及集成電路教育，尹志堯希望加強產(chǎn)研交流。

集成電路是多種知識的集成，光是做半導體設備，就需要50個(gè)學(xué)科并用。做集成電路，涉及機械設計，強電、弱電、軟件設計、工藝過(guò)程、材料科學(xué)等，有太多的知識領(lǐng)域要學(xué)習。

因此他建議業(yè)界技術(shù)專(zhuān)家和高校教授之間有更多的交流，因為學(xué)校教育通常相對滯后于產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，希望也能請一些業(yè)界的人到學(xué)校做客座教授，或者做一些科學(xué)講演，讓學(xué)生也可以到公司來(lái)做實(shí)習。

這個(gè)互動(dòng)非常重要，不僅能讓學(xué)生很快就進(jìn)入這個(gè)前沿領(lǐng)域，而且可以引起他們的興趣，產(chǎn)業(yè)、教育和科研之間，一定要想辦法真正找到一個(gè)結合點(diǎn)。

九、我國芯片制造面臨的主要問(wèn)題：不對稱(chēng)競爭

尹志堯認為，當前我們芯片制造面臨的主要矛盾，在于不對稱(chēng)競爭。

首先是公司規模的不對稱(chēng)。比如國外占壟斷地位的公司，它的收入是我國相似公司的20倍，它的研發(fā)投入也是差不多20倍。這就有問(wèn)題了，如果差了3代、5代，結果人家的研發(fā)經(jīng)費是我的20倍，那一個(gè)公司怎樣單打獨斗能夠盡快趕上去？這是一個(gè)非常難的事情。

另外是市場(chǎng)準入的不對稱(chēng)。例如，國內生產(chǎn)線(xiàn)買(mǎi)我們的設備，是近水樓臺，差不多設備能用就用了；但要打到國外去，一定要有什么東西比美國日本的設備更好，不但要好，性?xún)r(jià)比還要高，甚至要便宜很多，這樣人家才愿意試用你的設備，門(mén)檻是慢慢越來(lái)越高的。

這里關(guān)鍵最大的問(wèn)題，還是研發(fā)經(jīng)費的困擾。尹志堯說(shuō)，特別是公司上市以后，擔心盈利的問(wèn)題，但要盈利，唯一的辦法就是砍研發(fā)。

“我們的研發(fā)就是把所有的銷(xiāo)售都拿去，100%投入研發(fā)，所以這個(gè)問(wèn)題怎么解決？怎么能夠在這種情況下，不強調公司的盈利，而是強調公司研發(fā)的投入、它的增長(cháng)速度和競爭力？這是我們政策深化改革要研究的課題?！彼f(shuō)道。

我們在高端芯片設計上并不是那么卡脖子，現在關(guān)鍵問(wèn)題在于制造精度。比如如果拿不到世界最先進(jìn)的光刻機，那么芯片生產(chǎn)就會(huì )受限制。

在他看來(lái)，我國芯片設計領(lǐng)域尤其呈現“春秋戰國”之態(tài)勢。工信部統計中國有超過(guò)1700家芯片設計公司，甚至有人說(shuō)可能要到五六千家，而一家芯片設計公司只要三五十人，有計算機、設計軟件，就可以做簡(jiǎn)單芯片了。

在尹志堯看來(lái)，這是一個(gè)既好又不好的現象。好的地方在于很熱，大家都希望把它做好；不好的地方就是太多的重復性勞動(dòng)，而且互相內部的競爭也多，因此他認為要做一些宏觀(guān)調控。

十、芯片類(lèi)企業(yè)在資本市場(chǎng)熱度過(guò)高，需宏觀(guān)調控防止“爛尾”

同時(shí)，尹志堯也談到資本過(guò)熱現象。

資本市場(chǎng)及大眾正越來(lái)越認識到集成電路產(chǎn)業(yè)的重要，這一領(lǐng)域投資變多，在他看來(lái)，這是很好而且非常必要的事情，但也確實(shí)需要一定的宏觀(guān)調控，否則有些過(guò)熱。

“因為中國國家大，只要一動(dòng)員起來(lái)就是熱情很高，就會(huì )出現一些問(wèn)題，現在有一些投資，我們管它講得不好聽(tīng)，叫爛尾工程，還沒(méi)有剛剛啟動(dòng)到什么程度，就搞不下去或者資金不到位了，或者領(lǐng)導集團沒(méi)有形成了等等之類(lèi)的，效果不是很好?！币緢蛘f(shuō)，“所以我覺(jué)得這個(gè)方面，需要更多的引導，或者更多頂層設計，但也要放手讓各省市和這個(gè)產(chǎn)業(yè)能做好它自己的事?！?/p>

另一點(diǎn)，尹志堯認為一個(gè)企業(yè)的發(fā)展過(guò)程中，最主要的是有一個(gè)核心團隊。比如中微公司的核心團隊，很多人都合作了二三十年，所以彼此很了解很團結，這是非常重要的。

“如果一個(gè)企業(yè)不是以核心的領(lǐng)導該團隊來(lái)驅動(dòng)，而是被資本驅動(dòng)的時(shí)候，就出問(wèn)題了。因為資本它是有錢(qián)，但是外行。如果它來(lái)要想控制這個(gè)故事的話(huà)，這個(gè)故事就會(huì )出問(wèn)題?！?/p>

尹志堯的諫言就是要重視一個(gè)企業(yè)的發(fā)展，一定要培育和支持它領(lǐng)導集團的形成。

十一、全員持股是為了公司更長(cháng)遠的發(fā)展

中微公司是全員持股的一個(gè)公司，這在其科創(chuàng )板上市時(shí)還引發(fā)過(guò)一些爭議。

對于這一點(diǎn)，尹志堯提到他到硅谷時(shí)，非常有幸地首先加入了英特爾，后來(lái)到了泛林公司，再后來(lái)到了應用材料公司，在這3個(gè)公司干了20年。

“為什么這三個(gè)公司能成為世界目前是最好的公司？大家可能不知道里面有一個(gè)關(guān)鍵的東西，第一天就是全員持股?！?/p>

尹志堯認為全員持股的奇妙之處，在于將這個(gè)員工管理層長(cháng)遠的利益和公司的發(fā)展綁定。

如果員工只有工資和獎金，那么如果另外一個(gè)公司來(lái)挖，給他20%~30%的高薪金，他就走了，他對公司沒(méi)有任何的利益相關(guān)，而且甚至會(huì )變成原來(lái)公司的競爭者。

但是如果有了這個(gè)股份，他把自己的利益和公司的長(cháng)遠發(fā)展就綁定了，而且按照一般的經(jīng)驗，大概是其股權的最后收入，是其工資的3倍到5倍。

“我們公司剛開(kāi)始的時(shí)候，我就立志一定要做一個(gè)全員持股的公司，其實(shí)也是為了公司的長(cháng)遠發(fā)展，就是每一個(gè)級別差20%的股票，而且每一級別的工資差10%，是一個(gè)非常扁平的，我叫中微的特色的社會(huì )主義集體所有制?！币緢蛘f(shuō)。

十二、美方懷疑中微違反美國專(zhuān)利保護，充分溝通后不但放行，還取消了出口控制

剛回國時(shí)，尹志堯帶領(lǐng)的15人小團隊非常謹慎，深知絕不帶任何文件回來(lái)，不涉及任何商業(yè)機密，以避免引起法律糾紛。

因為走得干干凈凈，當時(shí)尹志堯他們并沒(méi)有引起美國政府的注意，直到三年后，做出刻蝕設備了，美國老東家懷疑中微拿到了他們的一些商業(yè)機密，將中微告上法庭。

自知清白的中微底氣十足，聘請了美國一流的律師，徹查當時(shí)已有的600萬(wàn)件文件，確認完全沒(méi)有對方的文件或技術(shù)機密，最終案件達成和解。

但這些訴訟案引起了美國商務(wù)部的重視，于是尹志堯團隊主動(dòng)到美國商業(yè)部、國務(wù)院等各部門(mén)做溝通，既提到集成電路生產(chǎn)及設備產(chǎn)業(yè)往亞洲遷移是不可避免的客觀(guān)規律，也承諾從美國回來(lái)的人絕對不帶任何的商業(yè)機密材料和細節、中微發(fā)明創(chuàng )造的所有產(chǎn)品不能違反任何專(zhuān)利，并承諾保持經(jīng)常溝通、遵守美國所限制的法律。

“所以經(jīng)過(guò)這樣的充分溝通以后，他們認為我們是比較職業(yè)化的而且守法的公司，所以就給我們放行了?！币緢蛘f(shuō)，后來(lái)不但放行了，還讓中微進(jìn)入終端客戶(hù)認證名單，也就是美國出口控制設備的一個(gè)白名單，只要申請一次，就能自由采購。

再后來(lái)，因為中微已經(jīng)做出了有競爭能力并且有相當數量的等離子體刻蝕機，所以美國干脆將此前幾十年對中國刻蝕機的出口控制取消了。

尹志堯認為，無(wú)論是怎樣的公司，只要到達國際市場(chǎng)，一定要按照國際規則做事，一方面不能涉及專(zhuān)利侵權，有自己的專(zhuān)利保護，另一方面要尊重各國對出口的限制和管制，只要在這兩點(diǎn)上不出問(wèn)題，公司就能安全健康的發(fā)展。各個(gè)公司不要因為這些點(diǎn)做得不好，而給國家帶來(lái)困擾。

同時(shí)，在他看來(lái)，相比打專(zhuān)利戰，用自身實(shí)力、更好的設計、更好的設備性能才是更好的競爭方式。