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中国芯片刻蚀机17年突围战

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市界 2021-07-28 07:07
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2004年,已经60岁的尹志尧,带领一群志同道合的人,两手空空踏上了飞往中国的班机。

从此,“硅谷最有成就华人”的荣耀已成过往。等待他的,是想办法突破中国等离子刻蚀机的空白。刻蚀机是雕刻出每一枚芯片电路的纳米级“手术刀”,这个挑战艰巨且紧迫。

2004年5月31日,中微半导体设备公司(下称中微公司)在上海市牛顿路的一间办公室中注册成立。

17年过去了,尹志尧已经77岁,仍然奋斗在一线,而中微公司则已经成为技术一流的刻蚀机企业,台积电制造最先进的5纳米芯片,也会用到中微的刻蚀机。

最近4个月时间里,中微公司的股价涨了130%,市值超过1200亿元,成为资本市场的宠儿,甚至有越来越热之势。

在资金短缺、巨头专利打压的困境中,一位60岁老人到底是如何率队完成这场国产刻蚀机突围奇迹的?刻蚀机的成功突围,又能给芯片产业链的其他环节带来什么启发?

01、尹志尧负重回国

当年,如果走进中微公司上海市牛顿路的办公室,可以看到十余人在这间办公室忙碌穿梭,气氛与其他创业团队别无二致。

但这是一个极其特殊的创业团队,团队平均年龄已过半百,基本是等待退休的年纪。

如果有对硅谷熟知的人进到这个办公室,一定会大吃一惊。团队带头的尹志尧时年60岁,曾是硅谷高科技企业应用材料的副总裁;57岁的麦仕义,曾是应用材料公司资深总监;46岁的李天笑,曾是应用材料公司亚太项目经理……

(中微公司创始人、董事长、CEO尹志尧)

是什么样事情,能够让这群高龄精英汇聚,重新创业?答案是造出国产等离子刻蚀机的梦想。

如果把制造芯片类比为在晶圆上画刻版画,刻蚀就是依照图样雕刻出所需的电路图案。芯片越先进,所需的制程越小,微观图案的“分辨率”就越高,对刻蚀机精度的要求也就越高。

据产业人士向市界估算,一个月产不到5万片的8英寸CMOS工艺晶圆厂,需配置不同类型的刻蚀机合计四五十台。其中的等离子刻蚀机,单台价格在400万~500万美元以上。

如此庞大的市场,中国企业却长时间缺席。美国的应用材料公司和泛林公司、日本的东京电子公司这三巨头蚕食了90%以上的市场份额。

2004年,时任上海市经委副主任、曾推动中芯国际落地上海的江上舟,正为国产等离子刻蚀机的市场空白发愁。

那一年的上海世界半导体设备展上,尹志尧以应用材料公司副总裁、刻蚀产品事业部总经理的身份参展,与江上舟不期而遇。

尹志尧先后在泛林半导体和应用材料任职、主导几代刻蚀技术演进、手握89项美国专利和200多项海内外专利,正是江上舟寻觅许久的良才。

彼时江上舟已罹患肺癌,仍系心国内刻蚀机的自主研发,多番动员尹志尧回国创业。对尹志尧高龄回国的踌躇,江上舟豪言:“我是个癌症病人,只剩下半条命,哪怕豁出这半条命,也想为国家造出光刻机、等离子刻蚀机,我们一起干吧!”

这一席话,坚定了尹志尧的创业决心。随后经尹志尧游说,麦仕义等十余位硅谷人才一同归国,决意“瞄准”中国芯片刻蚀设备领域的空白。

(前中芯国际董事长江上舟)

随着刻蚀机领域三足鼎立的市场格局日益固化,下游的芯片制造厂商一旦选定长期合作伙伴,日后不会轻易更改。这留给中微追赶的时间十分紧迫。

要从夹缝中突围,中微唯一的活路是研发出精度更高、成本更低的机器。

2004年,中芯国际投入建设12英寸晶圆产线。中国的刻蚀机也做出了零的突破,北方华创向中芯国际天津厂出货了首台刻蚀机,但在技术水平上与国外有代际的巨大差距。中芯国际刚开始推进0.35~0.13微米的全面技术认证和量产,而国际先进水平是90纳米。

中微的日子也不好过。芯片产业是典型的技术密集和人才密集型行业,当时国内相关人才极其稀缺。中微虽然初创团队星光熠熠,但要做出国产的等离子刻蚀机,人才储备差得太远。

如此窘迫的境况下,尹志尧、麦仕义等人不得不把一分钟掰成两半用。同时,中微通过吸收归国留学生的方式,逐步扩大研发规模。

功夫不负有心人,到2007年,中微一举推出可用于65~16纳米制芯片制造的等离子体刻蚀机。

根据当时的相关报道,中微产品亮相之初就证明了自身的竞争力。几十次测试结果显示,中微刻蚀机加工每片芯片成本平均降低30~36%,借此逐步切进了台积电和中芯国际的采购体系。

02、巨头挥舞专利巨棒

凭借良好的性价比,中微公司的刻蚀机快速打开市场,订单随之而来。与此同时,这个年仅“三岁”的团队,迎来了另一场风暴。

2007年10月,中微公司被应用材料公司告上了美国法庭。应用材料主张,中微公司的首款设备中应用了自己的商业机密,理由包括尹志尧等多名中微员工是自己的前雇员等。

(中微公司等离子体刻蚀设备)

利用专利侵权问题发难,在全球芯片市场竞争中并不少见。专利侵权问题索赔金额大,耗时长,对实际经营和企业名誉都会产生严重影响,结果可能会左右一个企业的生死存亡。

比如中芯国际2003~2009年间与台积电的专利战打得难舍难分,最终以中芯国际落败、赔款2亿美元现金收场。经此一役,中芯国际创始人张汝京为担责而辞职,公司管理一度陷入混乱,直到2009年江上舟出任董事长才有好转。

幸运的是,同样的故事并未在中微公司上演。作为经验丰富的半导体老将,早在创业之前,尹志尧已经为可能的专利争端未雨绸缪。

在和有志回国创业的工程师接触初期,尹志尧就要求他们不带任何文件回国、不涉及任何商业机密,以避免法律纠纷。

因此,中微面对与应用材料的专利纠纷时底气十足,将已有的600万份文件交由有关部门彻查,被证明清白。

2009年,美国泛林半导体又在中国台湾状告中微专利侵权。8个月后,台湾法院驳回泛林半导体诉讼请求。

不仅如此,中微公司还反手给了泛林一记漂亮的法律反击。

在台湾与泛林展开专利拉锯战时,中微发现泛林半导体涉嫌窃取自己的技术文件。

中微随即在上海对泛林提起告诉。法院一审认定泛林存在侵权,要求其销毁持有的相关设备照片,不得披露、使用相关商业秘密,判令泛林赔偿诉讼相关支出90万元。

截至中微公司2019年7月披露招股书,此案件在二审处理中。中微二审要求泛林半导体及其关联方赔偿因侵权导致的全部损失,即停止侵权、销毁培训资料、赔偿研发费用等。市界就此致电中微公司证券部,暂未得到更多信息。

2019年7月,中微公司成为科创板首批挂牌上市企业。其招股书中写道:公司在与国际半导体设备领先公司数轮的商业秘密和专利诉讼中均达成和解或胜诉,以事实结果证明了公司扎实的自主知识产权基础和应对国际复杂知识产权挑战的能力。

从数量来看,截至2019年2月末,中微公司申请了1201项专利,其中发明专利1028项,海外发明专利465项;已获授权专利951项,其中发明利800项。

与数百发明专利相对应,中微保持着稳健的产品研发速度,平均不到两年推出一款产品。根据招股书中透露的信息,中微公司刻蚀机的平均交付时间为约3.7个月,平均验收通过、确认收入时间是约2个月。

现在的中微公司,代表着国内刻蚀机技术的“天花板”,还在全球分工的芯片产业链中站稳了脚跟。

业界一般把28纳米“分辨率”视为芯片先进程度的分界线,28纳米及以上被称为“成熟制程”,28纳米以下被称为“先进制程”。

高端的等离子体刻蚀机可以用于先进制程的芯片生产。2015年之前,美国一直向中国厂商禁运这类设备,直到中微突破这项技术,禁令随之废除。

目前,全球仅有台积电和三星两家公司能量产5纳米芯片。台积电就用了中微的等离子体刻蚀机生产先进制程的芯片。

国内另一半导体设备巨头北方华创的刻蚀机,突破了制造14纳米制程芯片的技术壁垒,相关设备于2016年开始出货。

两家公司相对比,中微更专注在芯片刻蚀设备研发上,并在2012年切进LED赛道,研制出首台用于LED芯片制造的MOCVD设备。今年6月份,中微公司还发布了用于高性能Mini-LED量产的MOCVD设备,目前Mini-LED已然成为了市场的热点。

北方华创的优势在于产品线更齐全,拥有半导体装备、真空装备、新能源锂电装备、精密元器件四大事业群。

据市场研究机构VLSI统计的客户满意度,2019年中微在全球晶圆制造设备市场排名第三,也是前五名中唯一的中国企业。

03、芯片设备企业的融资困境

中微虽在技术上爬上金字塔尖,但在市场上,仍然面临巨头们的强大压力。

据德邦证券研报,2020年到2021年第一季度期间,泛林半导体刻蚀设备在国内十家晶圆制造企业中市占率为48.8%,排名第一。中微公司排名第二,市占率为18.5%,约为泛林半导体的1/3~1/2。

差距背后,绕不开一个关键问题:资金。

创业之初,中微公司的启动资金合计不到6000万元人民币。

对比之下,在国外任职时,尹志尧每年可支配的研发经费有2亿美元,约合12.97亿人民币。

6000万元很快烧光后,尽管有外资积极表现出投资意愿,但为了尽可能保证公司的内资架构,尹志尧坚持多方奔波、联络国内投资。

2004年前后,国内资本对芯片市场缺乏了解,投资意愿并不强烈。综合型新经济投行青桐资本的执行总经理陈蓉鸿对市界表示,芯片投资对投资人甄别项目的能力要求较高,“芯片领域的项目需要投资人对技术、对产业有更加深刻的理解,需要整个投资团队的背景更加专业”。

最终,还是江上舟挺身而出,为尹志尧和国家开发银行行长陈元牵线,让中微拿到5000万美元(约合3.24亿元人民币)的贷款,解除燃眉之急。

芯片领域投资相比新消费、互联网领域,需要投资人有更大的耐心。一个芯片企业从创立到上市至少需要六年以上,有的甚至做了十几年,极少数赶上风口的才能五年上市。陈蓉鸿对市界说:“这个周期与消费互联网项目大不相同,不是简单地靠资本就能造就传奇的。”

另外,中微公司所处于的芯片设备环节处于产业链上游,相比中游的芯片设计企业,更加需要长时间的投入和培育,在投资市场上也面临更多质疑的目光。

“在近年来帮助芯片项目获得融资的过程中,我们发现在产业环节上,大部分投资机构更喜欢投资芯片设计类企业,因为模式轻、投资小、回报快。”陈蓉鸿说。

所幸,今天在国产替代的背景下,芯片高投入的商业逻辑已经更加容易被资方所理解和接受。

04、中国需要更多尹志尧和江上舟

今年7月初,中微公司公告定增结果,大基金二期、中金公司、国泰君安、高毅资产等机构在列。其中大基金二期居首,以25亿元获配2444.03万股,新晋为中微第五大股东。

中微公司2021年2月1日公告的回复函写道,以近期公开招标的三家Fab厂(即芯片制造厂)采购的半导体设备订单情况为例,刻蚀设备及CMP抛光研磨设备的国产化率约为19.6%和15.6%,CVD设备及量测设备国产化率约1.5%和2.0%。

要提升市场份额,中微依然任重道远。国内半导体设备行业,普遍在研发端和销售端面临困境。

(中微公司MOCVD设备)

在技术研发端,国际大厂形成了较高的专利壁垒,国内厂商即使做出产品,也经常在技术自主上面临质疑,甚至需要与资金雄厚的外商对簿公堂。而在市场销售端,国际大厂在市场份额上占据了先发优势,而芯片设备的验证周期较长、动辄几月甚至几年,下游客户轻易不愿更换设备供应商。

除去人才、资金、技术、市场方面的难题,芯片等关键技术行业,不可避免地会面临地缘政治风险。尹志尧曾在采访中多次表达,企业之间的商业、技术竞争,不应该被上升到政治的高度去进行评判。

今年,尹志尧已经年届七十七,仍担任中微的核心研发人员。

尹志尧刚回国时,有一次乘坐出租车,司机对他说:“你看起来只有38岁。”尹志尧闻言爽朗笑到:“太好了,以后我就是38岁的人。”日后,尹志尧便真的以38岁一样的精力带领中微公司突围。

回溯中国刻蚀机的突围经验,相比于资金和市场,充足的人才仍是打开那把锁的真正黄金钥匙。

中国也需要更多像尹志尧、江上舟这样的芯片人才保持豪情和冲劲,他们亦是真正值得尊敬和学习的偶像和榜样。

参考资料:

1、《本土半导体设备业发力上海中微进入全球主流采购体系》 第一财经日报

2、《根植中国 关注亚洲中微高起点进入半导体设备市场》 中国电子报

3、《年轻的挑战者:中微公司的天时、地利、人和》 独角兽智库

(作者丨董温淑 编辑丨李曙光)

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