我国光刻机十年创新的启示
原题：以光为刃，镌刻中国产业的“光刻指纹”
作者： 记者 陈磊 贾婧
2014.01.06来源： 科技日报
贺荣明清楚地记得，11年前，当大部分专家、领导问他，中国自主研发光刻机有决心吗？“有！”当时的回答并无一丝犹豫。“如今回想此事真有些后怕，那时候勇气胜过理智。”
下决心创新，有时靠的是一种气魄，而完成创新的过程则需要更多的冷静和执着。
光阴荏苒，刻铸创新。在光刻机领域，中国几乎从零出发，经过十年砥砺，到现在已成为世界上少数掌握高端光刻机系统设计与系统集成测试技术的国家，并成功切入IC先进封装、新型显示等新技术产业领域。那么，在创新实践中，政府和企业究竟应该扮演怎样的角色？光刻机重大专项实施带给我们什么启示？
艰难决策：干还是不干，怎么干？
时光回溯到11年前，上海举行的“十五”863计划科技部重大专项讨论会现场，来自全国各科研院所的专家正为一个项目争论不休：技术方案有七八种之多，难度要跨好几个台阶，投入以亿元计算，风险之大难以评估……
这个让大家劳神的项目就是光刻机。其实，在此之前，争论的焦点是干不干？！
每颗芯片诞生之初，都要经过光刻技术的锻造。光刻机就像个以光为刃的铸剑高手，将硅片从一粒顽石变为智慧之脑，一闪之间，母版上复杂的电路设计图形即转化为硅片上细微繁密的沟壑纹理。谁掌握了这种利刃，就拥有了集成电路产业发展水平的技术掌控权。各发达国家政府一直对相关战略产业持续投入，争取战略竞争优势，在此领域，荷兰、美国、日本早已虎踞龙盘。
早在1996年，我国意识到集成电路的重要性，部署了908工程、909工程，但对于光刻机，却一直未敢触碰，就如一张白纸，从何落笔？随着国内集成电路产业的发展，科技部决定将此设立为“十五”科技重大专项。
科技部副部长曹健林清楚地记得，“当时上海市加上科技部的投入，如果拿到国际上，也许仅仅够建一个超净间”。
除了投入捉襟见肘，关键是我国从未有光刻机的实践生产经验。如何研究制定切实可行的技术路线图？经过专家论证，国家从多条技术方案中选择了193纳米激光投影式光刻机，10年后的结果证明，选择这条相对成熟的技术路线是正确的。
“对未来有带动性的战略产业，政府一定要有决心、耐心和恒心，不能急于求成。决策不仅仅限于专家层面的技术论证，更是一种战略判断和眼光，需要拍板的勇气，成败皆有可能。”上海市科委主任寿子琪说，政府需要考察的是有没有一个好的领头人带领创新团队真心干事业，能不能围绕核心技术形成产业技术体系。
项目落户上海后，让谁牵头？这又是个尖锐的问题。国家02科技重大专项技术总师叶甜春是当时参与这场论证的专家之一，也全程参与和见证了光刻机攻关历程。他回忆说：“科技部的思路很明确，研发和产业化结合！一定要探索企业化的运作模式。”
此前，尚无先例。我国虽也有科研院所承担过相关项目，但仅止于实验室的理论和技术，并未面向工业化大生产需求；之前部署都是单点研发，各单位自成体系，缺乏系统网络的构建。因缺乏应用市场的锤炼，最终都不了了之。现在再搞光刻机，一定要以企业为主体构建产业链和创新链。
2002年3月，上海微电子装备有限公司（以下简称“上微”）成立，贺荣明任总经理。该公司作为一个综合集成平台承接项目，把产学研用资源汇聚起来。国家863计划中，光刻机成为首个以企业为主导开展研究的项目。
2009年，光刻机是国家设立的16个科技重大专项之一—— “极大规模集成电路制造装备与成套工艺专项”的核心内容。按照国家部署，上海作为光刻技术研发与设备研制的重要基地，承担了推进实施02科技重大专项的具体工作。政府从光刻机、刻蚀机到高端设备、高端材料、先进制造工艺等关键领域和技术进行全面布局，并建立配套的产业化平台。
“十年来，我面临的最大困惑不是技术难题，解决它们只是时间问题。最难的是让别人理解这个行业发展特征，技术风险，对此，企业和政府都有压力。”50出头的贺荣明头上已布满银丝，“这种项目不是立竿见影，考验的是政府的战略眼光。政府不是锦上添花，而是要敢啃硬骨头。”
一方面，国家根据阶段需求，以重大专项的方式支持装备整机及分系统的研发项目，加强顶层设计和系统部署；另一方面，由企业主导提出创新需求，创新资源配置和创新活动围绕企业目标开展。
集成创新：抢占产业生态链的高端
2002年春，在浦东张江春晓路一栋租来的3层小楼里，工号为001的贺荣明带着9位来报到的“战友”开始了艰难的创业之路。
犹如世界上没有两片相同的叶子，同样，也没有两台一模一样的光刻机。每台光刻机，都有自己独一无二的“光刻指纹”。贺荣明和他的战友就是要生产中国自己的光刻机。
光刻机就像一台精密复杂的特殊照相机，是芯片制造中“定义图形”中最为重要的一种机器。高端光刻机集精密光学、机械、控制、材料等先进科技和工程技术于一体，是集成电路装备中技术难度最高、价格最昂贵的关键设备，被称为人类技术发展的制高点和制造工业“皇冠上的明珠”。
“光刻机的水平决定着集成电路的发展水平，它在IC制造设备的价值链中占30%—40%。”上微总经理办公室主任贺跃进介绍，光刻机的主要难点聚焦在准分子光源、光学系统和超精密运动高速工作台。
一台光刻机有上万个零部件要在电脑程序的控制下进行复杂协调的联动，其运动精准程度的误差不得超过一根头发丝的千分之一，这无异于在头发上“绣花”！打个通俗的比喻，就如同坐在一架超音速飞行的飞机上，拿着线头穿进另一架飞行飞机上的针孔。
企业成立之初，贺荣明到国外谈合作，有人把他当成皮包公司，因为当时连厂房都没有。有次，贺荣明去德国谈技术合作。对方倒是彬彬有礼，但对合作毫无兴趣。眼光里投射出来的是：“疯了，中国人也要做光刻机？”日耳曼工程师一脸严肃地撂下一句话：“就是给全套图纸，你们也做不出来！”
十年过去了。样机试验成功，研发项目验收，关键技术辐射的商用机型下线，实现国内外销售，中国人一步一个脚印又一次把天方夜谭变成了现实。
奥妙何在？
在上微，没有“装配”二字，只有“集成”。对此，贺荣明颇有心得：“集成创新，就是由我设计，然后利用全球技术为我所用，最后还由我调控。在技术基础薄弱和国外封锁的情况下，用好的管理和组织方式，照样可以掌握复杂的技术系统。”
“光刻机是逼出来的。”寿子琪说，“从光刻机重大专项的实施，我们的体会是，要有开放的姿态，同时要有客观认识自我的心态。” 上海当时承接此项目，既有结构转型、创新驱动的内在动力，同时在实施过程中也秉承着开放创新和实事求是的原则。
同时，“集成”在微观层面也极具操作难度。
上微有个集成工程部，它的职责就是把关设备，把一个个小的系统集成成光刻机。“我们既是前锋又是守门员。前锋是要把产品性能调到最佳提供给客户，守门员就是堵住这样那样的问题。”上微集成工程部毛方林经理说，“我们面临最大的困难就是没有任何集成的经验借鉴，只能靠经验积累和摸索。”
光刻机就好像一个人，一个个子系统就如同人体的各种器官。首先，要有总体框架，每个“器官”大小尺寸必须系统设计，否则五花八门，大小不一，不合规范。其次，即使各个单位制造的“器官”都符合指标要求，但一装到系统就常常出现问题，这里还存在很多复杂因素。其中的集成经验要通过大量的工程演练才能形成。就如同人经常会发烧生病，有先天体质原因，这就是光刻机的性能指标；也有后天因素，这就要靠“医生”也就是集成部门去诊断，技术人员不仅要“验血检查”，还要告诉供应商真正的病根。
比如说，今天天气和温度变了，空气压力变了，设备的对焦就不准确了。“这需要我们仿真模拟，研究空气对哪些部件有影响”，毛方林说，“以前我们曾遇到一个问题，百思不得其解，花费一个月才解决。任何集成都是创新，在这个过程中我们经常遇到死胡同，往往是绝地反击，起死回生。”
从零出发，10年后，上微成为世界上继欧洲和日本3家公司之后的少数掌握了高端光刻机的系统设计与系统集成测试技术的高科技公司。90nm光刻机产品的研制和开发还在潜心前行。
“到现在，我们考虑的不是能否装一台光刻机，而是在于用多长时间装出来，关注的是集成的数量和效率，关注用户的需求、可操作性和可维护性等等。”毛方林说，以前一台先进封装光刻机设备要几年集成，后来是几个月集成，现在批量设备是一个月集成。
“从制造型国家到创新型国家转型，就必须实现能级的跃迁，抢占产业生态链的高端。”贺荣明说。
产业辐射：沿途下蛋与自我造血
2013年8月，在充分进行工艺测试的基础上，上微首台用于2.5代生产线的新型显示光刻机正式上线昆山的一家企业。
光刻机之所以被称为战略产品，除了技术难度高，还在于对相关核心高端制造领域有强大的产业辐射能力。上微就在新型显示产业开拓了一片新的疆土。
2008年底，上微敏锐地注意到，光刻机技术在OLED产业中将大有作为，决定啃下这块硬骨头。然而，开发新型OLED TFT光刻机单打独斗不可行。通过了解，上海大学“新型显示技术与应用集成教育部重点实验室”在新型OLED器件工艺研究方面做了很多探索，他们希望拥有先进设备进一步提升新工艺研发水平。
于是，双方一拍即合，迅速展开联合技术攻关。2009年，200×200新型显示光刻机的研制立为上海市科技攻关的重点项目。
2010年，SSB200/10 OLED研发光刻机生产出自主知识产权的1.6英寸OLED显示屏，将国产光刻设备用于平板显示领域，在国内实现零的突破。
同时这唯一的国产设备，也串起了上海大学已有的工艺生产线，使之为更多的国内企业提供OLED产线流片的工艺测试。更重要的是，在合作中，上微还收获了友谊和信任——国内4家新型显示领域的老大，都与上微开展了合作。
在重大专项的实施过程中，还成立了产业技术联盟，加强协同创新。“由企业提出创新目标，然后分解任务、配置资源，最后集成并修正任务。不仅体现了企业技术创新的主体地位，更能提高企业创新的管理能力。”寿子琪说。
上微将IC制造的光刻机技术衍生到其他领域，开发了如激光封装、激光退火等设备。公司将此类产品比喻为“类光刻机”，即将光刻技术用于其他新兴产业领域的工艺、开发相关设备，具有极大的产业应用价值。
研制光刻机过程中有个奇特的现象，那就是企业在完成国家战略任务的同时，基于市场需求和自身发展，通过自主创新，及时把关键技术辐射到相关领域，将阶段性成果转化为市场应用性项目，实现企业的自我造血。大家形象地称作这一产业化的过程为“沿途下蛋”。
除了新型显示领域，上微早在2004年开始探索先进封装光刻机的产业化发展之路。2012年，上微的封装光刻机走进了先进封装的重镇——台湾，更引起同行业竞争者的重视，逼着他们降低售价并效法改进设备性能。目前，上微已占据国内先进封装光刻机市场的80%，并迫使竞争对手降低产品价格1/3，动了国际先进封装设备市场的奶酪。
贺荣明将曾经崛起的我国女排战术——“高举高打，平拉开”应用于企业战略：技术高端切入，逼近世界水平，追高度；市场中端介入，形成产业规模，求宽度；拓展应用领域，伴随客户成长，筑厚度。
以光刻机为抓手，部件服从整机牵引，通过产品工程牵起责任链，并围绕产业链串联起工艺、材料、软件等创新链。这就是上微的成功之道。
以国家战略需求为导向，政府大胆决策，稳定支持，以企业为纽带，聚合产学研用创新资源，让市场成为配置科技资源的决定性力量，让企业成为技术创新的“主角”。这就是重大专项在光刻机研制中的创新实践。
“光刻机在国外有30多年的历史，我们抢跑用了10年，2002年我国与国际光刻机先进水平相差20年，现在差距已大为缩小。我们渐渐找到了感觉与方法，相信我们的加速度是越来越高的。”贺荣明有自己的中国梦，一是做出中国自己的光刻机，让全世界尊重中国的科技；二是为中国打造优秀创新团队。现在，梦想正照进现实。
2013年9月，上海微电子装备有限公司（以下简称“上微”）在台湾参加半导体展，此次参展，预示上微 300系列光刻机将正式进军LED产业，光刻机实现产业化，似乎近在眼前了。
就在4年前，美国著名杂志《连线》刊登了一篇题为《人民的CPU》的报道。开篇中写到：“试想，一个国家需要完全依靠从一个与之有着战事冲突或经济往来不稳定的国家进口某种珍贵商品，而且，如果没有这种商品，其整个社会将被迫停顿。这个国家是中国，与之有着战事冲突的国家是美国，而该商品就是芯片处理器。”
10年前，我们还在因为没有以光刻机为代表的半导体关键设备，在信息产业发展和现代国防工业等方面受制于人而捶胸顿足。10年后，上微的技术逼近世界先进水平，已跻身世界前四行列。在中国光刻机实现从“无”到“有”零的突破，到光刻机进入海外市场的这11年，上微的披荆斩棘之路有一张鲜明的“成长坐标系”。
在这样一个坐标系里，政府战略布局、企业技术的集成创新和开拓市场的硬实力与人才培养、专利保护和企业创新文化氛围建设的软实力相辅相成。
上微的“成长坐标系”何以铺陈开来？其颇具特色的横向软实力，是怎样逐渐把上微引向坦途？
“引得进、提得快、留得住”：独辟蹊径击破魔咒
上微员工的平均年龄只有32岁。这些年轻人中的大部分每天都会穿上全身上下只露出两只眼睛的浅蓝色净化服，穿过呼啸的风淋间，然后把眼睛对准虹膜扫描仪，走进无尘净化间密闭的玻璃门，进入1立方厘米空间内只允许10个10微米以下粒子的净化间，一呆就是6个小时。
当厚重的玻璃门在身后悄然闭合，净化间里顿然寂静无声，只余下机器的微微声响。这里一尘不染，整洁无瑕，像科幻电影中的异星基地，一走进这里，眼神中就带上了职业的淡淡光芒。
这样一群年轻人，来自全国26个省（市）、自治区，涉及光刻机总体设计、系统集成及关键技术单元的专业技术人才500多人，其中博士占9%、硕士占41%，专业学科门类达16个。这是上微不搞“近亲繁殖”，追求“五湖四海”的直接效果。
10年前的上微，只有十几名员工在默默地坚守。光刻机的研发成本相当高，国际巨头仅一年的研发资金就逾5亿欧元，一般的公司根本难以为继。光刻机专业人才的培养更需要极其漫长的时间，培养一名专家型光刻机工程师国外一般要花17年时间。由于项目的急迫性，这一群年轻人没有更多充分的时间“上军校”，光刻机的人才都是直接推向重大专项第一线，“在战争中学习战争，在战争中锤炼部队，在战争中选拔将军”。通过几年努力，一支光刻机核心团队已初具规模。
2008年，公司发展遇到瓶颈，很多世界500强公司把上微视为高质量的“人才超市”大挖墙脚。
当时研发项目即将面临验收，面向市场的产品还未出货，政府前期投入的资金也几乎告罄。某德国知名跨国公司开出两倍的薪水挖走了公司很多精密控制人才，这些都是公司花了两三年时间辛苦培养出来的有实际工作经验的年轻员工。
不能让费尽心血培养出的技术人员，为他人作嫁衣。痛定思痛，企业管理层迅速做出反应，通过设置的独特的光刻机开发流程和知识库，完善的工程实训手段和严格有效的培训机制，工程化的实现过程，加速光刻机人才的成长速度。通俗地说，就是让每个员工的学习过程都留下痕迹，并把他们实验数据、方法技术等积累成一个数据库，让后来者汲取前人智慧的养料。
公司人力资源总监贺跃进提起了上微与光刻机开发相适应的“引得进、提得快、留得住”人才培养关键词。“引得进”，指的是国内外光刻机相关人才引进，国外特殊专业人才引进，国内专业人才引进，定点招收培养专业人才。“提得快”，是指承担关键技术研究，共享产品知识库，管理科研技术团队，提供技术技能培训使专业人员的能力能快速提升。“留得住”则是指建立一套人才留住的保障机制，保障科研投入，营造科研氛围，提供发展空间，奖励科研成果，营造奖励功劳、安慰苦劳、冷落不劳的机制，使人才能真正留得住。
历经十余载艰辛，如今上微独特的“文档化”管理模式和优秀的企业文化，不仅有效地降低了人才流失率，还源源不断地吸引着国内外高素质人才的竞相到来。很多当初被“挖”走的技术人员再次选择了回来。“在那里，技术没有这么大的难度，感觉有力使不出来；而且，终归没有家的感觉。”贺跃进说。
创新DNA：不断积蓄持续的创新动力
“我需要不安分的员工。”贺荣明指的不安分，是对科技创新始终保持敏感和热情。实际上，上微已经将创新融入了企业文化中，融入到了其生长发展的灵魂中。该公司从企业发展的角度，建立了创新动力模型，而其中最重要的动力之一，就是企业的内生动力。
这个动力更多的取决于创新文化、创新DNA、使命感、对技术的热爱和执着追求、兴趣爱好。上微注重营造创新文化，时刻鼓励和倡导创新精神，加速并控制创新的节奏，调动员工的创新激情，“我们不是创造很多的条件去求工程师创新，而是工程师自己有强烈的创新欲望，企业来创造创新的条件。”贺荣明表示，公司今年投资100万元，在企业内部建立了一个创新引导基金，这是一项“披星戴月”创新，也就是说，必须晚上加班加点来干。如果员工没有决心，就不要来做这个创新。项目成功固然可喜，如果失败也不会追责。通过这种方式，公司把鼓励创新、宽容失败落到了实处，也培育了一个企业创新的DNA。
“我们有一句格言叫‘坚守是美德，创新是自尊’。” 贺荣明说道，“创新是一个非常痛苦和艰难的过程，不坚守就无法实现创新，坚守是一种美德。我们视创新为企业的生命，视创新为一个科技人员和专业人员的自尊，如果工程师没有创新能力，只会抄袭别人，就是一个没有自尊心的工程师。我们弘扬这种创新精神。”
上微一位1979年出生的上海交通大学硕士，如今已经是减震系统项目经理。他于2013年9月份进入复旦大学攻读工程博士，且入选了科技部与教育部联合面向国家科技重大专项开展的工程博士培养计划。作为上微的重点培养对象，他这样评价公司的人才培养机制：“工程博士研究的课题来自企业需求，来自市场，实现了从实践到理论再到实践的大循环，上微培养的不是仅写论文的人才，而是面向国家重大需求、立足创新的工程实践人才。”
“在我们公司，没有‘岗位重要和不重要’这一说，每个岗位都把事情做精、做的优秀，都是可以成为某方面的专家。”贺跃进这样比喻。
每年选送一批科技人员远赴海外学习，推荐科技人员到国际顶级论坛“谈剑论道”发表论文，让科技人员在“战争中学会打仗，在战争中成长为将军”。
贺荣明经常和身边的年轻人这样说：20年甚至更长的时间，如果光刻机的世界舞台上出现一支中国团队，我希望是我们，如果只能有一个人，我希望是你！
专利：在限制与包围中寻找机会和突破
“未来，衡量一个国家的大小，不是看其疆土面积，而是科技实力的强弱。我们的专业领域和创新空间每天都被外国的强者吞噬着，作为企业，一定要绝地反击！”贺荣明说，光刻机企业的创新发展，正是来自于这种发自内心的呐喊。
在光刻机的技术领域，全世界大概有两万多个专利。对于当时还身在春晓路的几十号“等米下锅”的光刻机先锋人来说，他们还只能无奈地注视着，他们要挑战的同行，已经用开挖深沟高建城墙的方式来迎接他们。
从2006年开始，上微从紧张的研发经费中拨出一块，组建了一支专门研究专利的团队，这种形式后来更是转化为了公司知识产权例会制度。后来，专利团队逐渐扩大到数十人。
“彼时，很多人不解，为什么技术攻关还没有突破，连像样的专利都还没有拿出来，就急着开始搞专利评审制度和专利战略分析，公司的领导层清醒地知道，在国际技术创新的战场上打拼，专利是最有效的武器。”公司知识产权部负责人秦璋说，对于先行者而言，专利是他们最强的武器，退可防守，进可攻击。
而对于后发者而言，不仅要研发出产品，还要规避专利风险。先行技术所有者不可能与后发者分享核心技术，而且根据目前国际保护知识产权公约规定，即使后发者没有参考前者任何资料独立研发出来的技术方案如果与在先申请专利相近，照样不能在专利申请地区使用。从某种意义上来讲，专利保护本质上就是一种合法的垄断。
上微面临的就是这样的情况，“到处是知识产权红线，一不小心，出厂之日，就是死亡之时”秦璋说，要前行，就需要先探路，专利部门重任在肩。
别人成功的技术，受到专利的保护，务必要尊重。但那些虚假的、恶意的“流氓专利”，也必须清除。
“去年，德国一家公司，运用了流氓专利的手段在我国申请到了专利”，秦璋表示，这样的专利所保护的技术，虚虚实实，有假有真。一块手机大小的石头，被他们包装成了电视机大小。摆明了，欺负后来者技术不精，不明白其中的道理。
然而，这一次遇到麻烦的是他们自己。“知识产权已经成为捍卫创新疆土的利器，要为我们未来的创新腾出空间”，秦璋说道。
上微出动了六名专利工程师及骨干研发人员。很快就将这块电视机大小的石头解剖了个底朝天。然后，他们迅速向国家专利局申诉。国家专利局按照法律，需要进行公众意见调查。两次调查之后，这个专利的权利要求被砍掉一半。
在这些砍掉的地方，上微迅速组织兵力，把自己的专利补了进去。敌退，我进。
截至2013年9月30日，公司已申请中国专利1285项，其中申请中国发明专利1069项，中国发明专利授权428项，申请国外发明专利68项，授权23项。
在制造光刻机的路上，上微已经开辟了属于自己的领地。
上微公司的知识产权部门现在有二十几位专利工程师，专门从事专利战略分析与战术部署、技术点研究。庞杂而又有系统布局的专利变成知识产权的“核弹头”，上微也因而获得了行业知识产权威慑的威力，以及与同行谈判的底气和能力。
“创新是一种自尊！”在上微，“自尊”是最常被提到的一个词眼，代表了一种精神与文化。全体上微人的精神动力，就是那个共同的中国光刻梦。在这个梦渐渐化为现实的路上，没有人舍得停下脚步，生怕错过了一点一滴的进步，只顾着风雨兼程地行进。
