中国芯片刻蚀机第一人：77岁尹志尧谈芯片制造
芯东西4月26日报道，上周二，新一期杨澜访谈录节目《逐风者》专访我国半导体设备产业的重要领军人物之一——尹志尧。
尹志尧现年77岁，在技术及产品的开发中获得过400多项各国专利，被评价为“硅谷最有成就的华人之一”。至今，全世界超过一半的刻蚀设备都有他参与领导和开发的身影。
从硅谷归国的他，人生经历颇有一些传奇色彩。
尹志尧1944年出生于北京，18岁考入中科大化学物理系，24岁被分配至兰州炼油厂，36岁获北大化学系硕士学位，后赴美国加州洛杉矶分校攻读物理化学博士。
2004年，他选择放弃美国百万年薪，带领着15人小团队，空手回祖国创办中微公司，专注于研发芯片制造不可或缺的刻蚀设备。
作为几代等离子体刻蚀技术及设备的主要发明人和工业化应用的推动者之一，尹志尧曾帮助泛林半导体、应用材料成为等离子体刻蚀设备的领先公司。但当中微做出自己的首个刻蚀机产品时，却被尹志尧的美国老东家告上法庭。
因为怀疑中微拿了其商业机密，美国应用材料、科林半导体接连起诉中微专利侵权，面对国际设备巨头屡屡发难，中微却从容应对，不仅在每一场专利官司中从未败阵，而且进入了美国出口控制设备的白名单。
经过十几年发展，如今，中微公司已是全球半导体刻蚀设备5大供应商之一，截至2020年年底已申请1755项专利。其12英寸高端刻蚀设备已用于迄今最先进的5nm生产线上；其3nm刻蚀机Alpha原型机的设计、制造、测试及初步的工艺开发和评估也已完成。
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▲中微半导体设备（上海）股份有限公司董事长兼总经理尹志尧
在最新的访谈中，尹志尧不仅生动地介绍了光刻机、刻蚀机等设备如何像盖高楼、剪窗花一样应用于芯片制造，而且分享了他对芯片制造产业发展的深入见解。
他提到投资一条5nm动辄花费100亿美元，其中约70%~80%用于采购各种设备，而研发高端芯片制造设备需要投入大量时间和资金。例如全球光刻机老大过去20年花费约1500亿人民币，中微自身过去16年也花费了约20亿人民币。
此外，据其观察，在芯片制造领域，大陆与国际先进水平间的差距在三代左右，约为5~10年。由于华人对美国集成电路发展做出巨大贡献，他相信中国集成电路将来必然能达到世界最先进水平，但从近期来讲，必须认真对待人才培养、不对称竞争、资本过热等问题。
同时，尹志尧认为，包括美国在内，没有任何一个国家仅凭一国之力就能做出芯片，他相信科技创新的生产力会逐渐促进各国之间的合作。而想发展国际市场的公司，都应确保不涉及专利侵权、尊重各国出口规则，避免给国家添麻烦。
我们对此次访谈的干货做了精编，内容如下：
一、近60年，人类微观加工能力已提升1万亿倍
从手机、电脑、家用电器到出门开车，人们的生活越来越离不开芯片。如果在家里排查一番，多则能找出大概数百个芯片。
据尹志尧分享，近60年来，随着数码时代、智能时代的发展，人类将微观器件面积缩小到原来的1万亿分之一，即微观加工能力已提升1万亿倍。
“相当于200万栋五层的大楼，里面全是电子管，现在缩到一个指甲盖上去了，这是一个非常奇妙的革命。”尹志尧说。
而通过光刻机、薄膜机、等离子体刻蚀机的芯片制造设备的组合拳，尹志尧说：“（在一个米粒上）用手工刻，我见过最多的是不到300个字，我们现在可以在米粒上刻1亿个字。”
二、芯片制造如同剪窗花，10000/1头发丝上能盖出五六十层的晶体管微观大楼
芯片制造流程包括切割晶圆、涂膜、光刻、刻蚀、掺杂、测试等等。其中，光刻技术、刻蚀技术、薄膜沉积为主要生产技术。
光刻技术是一种将图纸上的芯片电路设计通过类似照片冲印的技术印制到硅片上的技术，而刻蚀技术主要用于在芯片上进行微观雕刻。
每个线条和深孔的加工精度，如同在人的头发丝直径的几千万分之一甚至上万分之一的面积上，进行有50~60层大楼的“微观世界”的建设。
尹志尧将建设其中的每一层，比作剪窗花。剪窗花需要一张红纸，然后用笔来描图，再用剪刀将不需要的部分剪掉，就做出来这一层的结构了。
光刻机、薄膜机、等离子体刻蚀机正是做类似的事情。薄膜机铺一层材料，就如剪窗花要有一张红纸，然后光刻机在上面画各种花纹，等离子体刻蚀机将不要的东西刻掉。三步缺一不可。
其中最重要的是光刻机，如果光刻机画不出花纹来，等离子体刻蚀机就不知道怎么去刻。
这样一层一层往上盖，如果做5nm，每一层大概有十几个步骤，如果要盖五六十层，需经约1000个工艺步骤加工。就这样，像盖楼一样，一层一层将芯片这个复杂而精细的微观结构做了出来。
三、等离子体刻蚀机16年花费了20亿人民币
一个芯片的制造涉及到50多个学科知识和技术、几百到上千个步骤。建设一条先进的芯片生产线，需要10大类、300多种细分设备，共需要3000多台各种设备。
这带来巨大的投资开销。尹志尧说，要投资一条5nm生产线，大概需投资100亿美金，1个月可以生产5万~6万片。这100亿美金中，70%~80%用于采购各种设备。
工欲善其事，必先利其器。尹志尧举了两个例子，一是全球光刻机霸主荷兰ASML公司，二是中微公司自身。
20年前，ASML已经是世界最先进的光刻机公司之一，过去20年它花了约200亿欧元，相当于1500亿人民币。一个已经成熟的公司尚且需要花费如此大的开销，才开发出新一代EUV（极紫外线）光刻机。
做等离子体刻蚀机的中微公司，在过去16年大约花费了20亿人民币，相比光刻机要少，但也已经是相当多的钱。
尹志尧提到高端设备往往有3个共性特点：一是开发时间长，少则3年、5年，一般需要7~10年才能做出来的，长则可能10年、20年；二是投资需要几十亿元地投；三是在这个领域里，每一个具体设备，国际上仅有两三家能够做，即高度垄断，所以它的竞争格局和一般的产业不一样的。
四、国内芯片制造与国际先进水平差距：大约三代、5~10年
国内芯片制造为何会与国际先进水平存在差距？
尹志尧认为，这并不是因为中国人科学技术能力差，而是因为我国在过去40年改革开放，主要补了第一代工业革命的课，如今，在高铁、盖跨海长桥等基建方面，我们都是世界最好的。
但在这40年期间，国外的重点在于智能和数码时代的革命，所以我们现在要继续直追。而如果没有基础工业的根基，是没有办法做芯片的，这是一个客观原因。
我国芯片发展速度已经很快，中低端芯片都做得相当不错，但在高端芯片方面仍受制于国外设备及技术，这还需要一段时间才能赶上。
据尹志尧分享，现在国内14nm已经在生产线上大量生产，7nm开始要进入生产；而国外5nm已经量产，3nm大概会在明年进入试生产。因此，我们和国际先进水平的差距大概在三代左右，约为5~10年。
而国外正以最快的速度发展，因此我们必须要加紧赶上去。
五、拒绝误传！中微不做芯片，5nm技术仅用于刻蚀机
2018年4月，随着中微已掌握5nm刻蚀技术的消息发布，一些媒体跟风散播“我国已掌握了5nm芯片工艺，国产芯片的春天到了”之类的消息。
此类报道，令尹志尧感到十分惊异。他辟谣说，中微在2018年的确掌握了5nm技术，但这仅限于刻蚀机，中微公司并不是做芯片的，只是给做芯片的公司提供设备。
对此，他有两个想法。一是真正在业界工作的人士，都在努力做一件实事，不断推进技术，然后产生的产品能够回馈给社会，给老百姓用。这本来是一个好事儿，可以去宣传，但是不要夸大宣传，而应该实事求是地宣传。
另外，他特别希望强调的是，集成电路是成千上万的集成努力，不要太过分地突出一个人的作用，任何一个人是做不成任何事情的，只有很多企业的联合作战，才能将这个产业推向前进。
2017年，许多国家的半导体制造还处在10nm和7nm阶段，而四年后的今天，5nm的芯片已投入生产，与此同时，半导体行业的从业者们，还在不断向物理极限发起挑战，2nm、1nm……最后的极限还尚未可知。
尹志尧认为，很难说什么是最后极限，“最后的极限就是原子水平和分子水平的加工。其实我们刻蚀机已经刻到一两个原子这样的准确度。”
六、没有国家能凭一国之力做出芯片，科技创新定会促进各国合作发展
尹志尧还特别强调说，集成电路产业需要全世界各国和很多公司上下协同努力才能做出来。“没有任何一个国家，包括美国在内，可以靠自己一国之力，把集成电路从头做到尾。”
美国虽然是半导体集成电路的发源地，但是经过这四五十年的发展，美国本土能做的芯片或设备也是有限的。
比如美国现在要在自己本国建一条生产线，尹志尧估计，它有将近一半的设备和材料要从日本、欧洲和亚洲进口。整个集成电路的技术是一个很长的生产链，没有任何一个国家可以关起门来，独立把它做起来。
而且科技创新的生产力，会逐渐地促进各个国家之间的合作。
当然，最后每一个国家都要有自己独立自主发展的战略。特别是大国，不可能什么都依赖别人。有从芯片设计到制造、设备、材料等非常完整的产业链，是有后发优势的。
“我们必须在这个基础上，进一步地使我们各个产业上的关键环节能够有超常的发展，而且我们有些核心技术要超过国际上的先进水平，这一点我有非常强的信心。”尹志尧说。
七、华人对美国集成电路发展做出巨大贡献
尹志尧回忆道，在美国的集成电路历史上，华人起到了非常关键的作用。
1984年，尹志尧到英特尔中心研究开发部时，第一天就令他感到傻眼。
中心研究开发部有两个大的部门，一个是单元操作部门，就是光刻机、等离子体刻蚀机、薄膜机能做到什么样的程度；另一个是工艺集成部门。
他当时以为这里都是美国人在做，但其实，单元操作部门研究题目组的组长、经理绝大部分都是华人，工艺集成部门中几位最主要的、能干的工程师人员，多数也是华人。
“所以其实华人对美国集成电路历史的发展，做出了非常大的贡献。”尹志尧说。例如，当前5nm芯片采用的晶体管结构FinFET，是由华人教授胡正明在20多年前提出来的。
在尹志尧看来，之所以华人在美国集成电路的发展历程中起了非常大的作用，是因为中国人比较重视数理化工程，而且有耐心，而做集成电路一定要有耐心。
因此，他对中国将来在集成电路能够达到世界最先进水平没有任何疑问，但是近期来讲，我们必须要认真对待目前的问题。
八、中国人才培养需要重视产研结合，但目前仍未认真落实
谈及集成电路教育，尹志尧希望加强产研交流。
集成电路是多种知识的集成，光是做半导体设备，就需要50个学科并用。做集成电路，涉及机械设计，强电、弱电、软件设计、工艺过程、材料科学等，有太多的知识领域要学习。
因此他建议业界技术专家和高校教授之间有更多的交流，因为学校教育通常相对滞后于产业的发展，希望也能请一些业界的人到学校做客座教授，或者做一些科学讲演，让学生也可以到公司来做实习。
这个互动非常重要，不仅能让学生很快就进入这个前沿领域，而且可以引起他们的兴趣，产业、教育和科研之间，一定要想办法真正找到一个结合点。
九、我国芯片制造面临的主要问题：不对称竞争
尹志尧认为，当前我们芯片制造面临的主要矛盾，在于不对称竞争。
首先是公司规模的不对称。比如国外占垄断地位的公司，它的收入是我国相似公司的20倍，它的研发投入也是差不多20倍。这就有问题了，如果差了3代、5代，结果人家的研发经费是我的20倍，那一个公司怎样单打独斗能够尽快赶上去？这是一个非常难的事情。
另外是市场准入的不对称。例如，国内生产线买我们的设备，是近水楼台，差不多设备能用就用了；但要打到国外去，一定要有什么东西比美国日本的设备更好，不但要好，性价比还要高，甚至要便宜很多，这样人家才愿意试用你的设备，门槛是慢慢越来越高的。
这里关键最大的问题，还是研发经费的困扰。尹志尧说，特别是公司上市以后，担心盈利的问题，但要盈利，唯一的办法就是砍研发。
“我们的研发就是把所有的销售都拿去，100%投入研发，所以这个问题怎么解决？怎么能够在这种情况下，不强调公司的盈利，而是强调公司研发的投入、它的增长速度和竞争力？这是我们政策深化改革要研究的课题。”他说道。
我们在高端芯片设计上并不是那么卡脖子，现在关键问题在于制造精度。比如如果拿不到世界最先进的光刻机，那么芯片生产就会受限制。
在他看来，我国芯片设计领域尤其呈现“春秋战国”之态势。工信部统计中国有超过1700家芯片设计公司，甚至有人说可能要到五六千家，而一家芯片设计公司只要三五十人，有计算机、设计软件，就可以做简单芯片了。
在尹志尧看来，这是一个既好又不好的现象。好的地方在于很热，大家都希望把它做好；不好的地方就是太多的重复性劳动，而且互相内部的竞争也多，因此他认为要做一些宏观调控。
十、芯片类企业在资本市场热度过高，需宏观调控防止“烂尾”
同时，尹志尧也谈到资本过热现象。
资本市场及大众正越来越认识到集成电路产业的重要，这一领域投资变多，在他看来，这是很好而且非常必要的事情，但也确实需要一定的宏观调控，否则有些过热。
“因为中国国家大，只要一动员起来就是热情很高，就会出现一些问题，现在有一些投资，我们管它讲得不好听，叫烂尾工程，还没有刚刚启动到什么程度，就搞不下去或者资金不到位了，或者领导集团没有形成了等等之类的，效果不是很好。”尹志尧说，“所以我觉得这个方面，需要更多的引导，或者更多顶层设计，但也要放手让各省市和这个产业能做好它自己的事。”
另一点，尹志尧认为一个企业的发展过程中，最主要的是有一个核心团队。比如中微公司的核心团队，很多人都合作了二三十年，所以彼此很了解很团结，这是非常重要的。
“如果一个企业不是以核心的领导该团队来驱动，而是被资本驱动的时候，就出问题了。因为资本它是有钱，但是外行。如果它来要想控制这个故事的话，这个故事就会出问题。”
尹志尧的谏言就是要重视一个企业的发展，一定要培育和支持它领导集团的形成。
十一、全员持股是为了公司更长远的发展
中微公司是全员持股的一个公司，这在其科创板上市时还引发过一些争议。
对于这一点，尹志尧提到他到硅谷时，非常有幸地首先加入了英特尔，后来到了泛林公司，再后来到了应用材料公司，在这3个公司干了20年。
“为什么这三个公司能成为世界目前是最好的公司？大家可能不知道里面有一个关键的东西，第一天就是全员持股。”
尹志尧认为全员持股的奇妙之处，在于将这个员工管理层长远的利益和公司的发展绑定。
如果员工只有工资和奖金，那么如果另外一个公司来挖，给他20%~30%的高薪金，他就走了，他对公司没有任何的利益相关，而且甚至会变成原来公司的竞争者。
但是如果有了这个股份，他把自己的利益和公司的长远发展就绑定了，而且按照一般的经验，大概是其股权的最后收入，是其工资的3倍到5倍。
“我们公司刚开始的时候，我就立志一定要做一个全员持股的公司，其实也是为了公司的长远发展，就是每一个级别差20%的股票，而且每一级别的工资差10%，是一个非常扁平的，我叫中微的特色的社会主义集体所有制。”尹志尧说。
十二、美方怀疑中微违反美国专利保护，充分沟通后不但放行，还取消了出口控制
刚回国时，尹志尧带领的15人小团队非常谨慎，深知绝不带任何文件回来，不涉及任何商业机密，以避免引起法律纠纷。
因为走得干干净净，当时尹志尧他们并没有引起美国政府的注意，直到三年后，做出刻蚀设备了，美国老东家怀疑中微拿到了他们的一些商业机密，将中微告上法庭。
自知清白的中微底气十足，聘请了美国一流的律师，彻查当时已有的600万件文件，确认完全没有对方的文件或技术机密，最终案件达成和解。
但这些诉讼案引起了美国商务部的重视，于是尹志尧团队主动到美国商业部、国务院等各部门做沟通，既提到集成电路生产及设备产业往亚洲迁移是不可避免的客观规律，也承诺从美国回来的人绝对不带任何的商业机密材料和细节、中微发明创造的所有产品不能违反任何专利，并承诺保持经常沟通、遵守美国所限制的法律。
“所以经过这样的充分沟通以后，他们认为我们是比较职业化的而且守法的公司，所以就给我们放行了。”尹志尧说，后来不但放行了，还让中微进入终端客户认证名单，也就是美国出口控制设备的一个白名单，只要申请一次，就能自由采购。
再后来，因为中微已经做出了有竞争能力并且有相当数量的等离子体刻蚀机，所以美国干脆将此前几十年对中国刻蚀机的出口控制取消了。
尹志尧认为，无论是怎样的公司，只要到达国际市场，一定要按照国际规则做事，一方面不能涉及专利侵权，有自己的专利保护，另一方面要尊重各国对出口的限制和管制，只要在这两点上不出问题，公司就能安全健康的发展。各个公司不要因为这些点做得不好，而给国家带来困扰。
同时，在他看来，相比打专利战，用自身实力、更好的设计、更好的设备性能才是更好的竞争方式。
