华卓精科IPO:国产光刻机双工件台“十年磨一剑”

2021-07-23 19:16:37     来源:中国科技新闻网

中国科技新闻网7月23日讯(杨晶佳 赵芙瑶) 7月22日,北京华卓精科科技股份有限公司(以下简称“华卓精科”)更新招股书上会稿,被外界冠以“光刻机第一股”的华卓精科距上市又近一步。 

公开资料显示,华卓精科成立于2012年,主营集成电路制造装备及关键零部件的研发和产业化,是除荷兰ASML以外全球唯一掌握光刻机双工件台技术的企业。2020年启动IPO至今已经完成了两轮审核问询,根据上交所最新公告,华卓精科将于7月29日在科创板上会。

作为一家成立不足十年的公司,华卓精科凭什么在代表着人类科技最高水平的光刻机领域取得一席之地?国产化替代任重道远,华卓精科又该如何在ASML巨头垄断、美国技术制裁下寻求突围?一切还得从头说起。

光刻机往事:从“造不如买”到“核心技术自主化”

事实上,半导体、光刻机等词眼真正从专业领域进入大众视野的时间并不长。

2018年起,美国政府先是对中兴通讯发布禁令,随后又将华为列入实体名单,甚至实施芯片禁令切断华为供应,掀起了国内芯片行业发展热潮,半导体相关产业链也自此成为舆论关注的焦点。

然而鲜为人知的是,早在20年前,我国就已经开始大力布局半导体尤其是集成电路(IC)装备的发展。

公开资料显示,“十五”期间,总投资达200亿元的12个重大科技专项中,IC装备位列榜首,相关产业发展得到了强有力的支持。如今几乎撑起我国半导体业半壁江山的中芯国际(688981.SH)、北方华创(002371.SZ)、中微公司(688012.SH)、兆易创新(603986.SH)等均诞生于这一时期。 

2001年,现清华大学机械工程系教授、华卓精科创始人,当时还在清华大学进修博士后的朱煜参与了“863”IC装备重大专项的规划工作,将目光投向了半导体芯片的核心设备——光刻机。

如果将半导体芯片的制造过程看作篆刻,那么光刻机就是刻刀,想要在一枚指甲盖大小的硅片上雕刻数以亿计的晶体管和成千上万条电路,刀尖必须足够精细、运刀必须足够精准。

1978年,美国GCA公司推出首台自动化步进式光刻机Stepper GCA8500,分辨率达到1μm;两年后,清华大学也成功研制出第四代分步式投影光刻机,分辨率约3μm,基本接近国际主流水平。

遗憾的是,改革开放以后,随着“造不如买”的思潮盛行,大多企业在费时费力搞研发和直接引进国外成熟设备之间选择了后者,严重的进口依赖导致我国半导体业发展受挫,包括光刻机在内诸多领域的自主研发几乎停滞。

站在新世纪的起点,我国重新意识到了核心技术自主化的重要性。

“十五”期间,清华大学机械学院副院长汪劲松和朱煜曾共同发表一篇关于IC制造装备发展战略研究的专题文章,在近20年前就已经对我国企业长期引进国外设备所面临的技术封锁风险作出了警示。

文中提到,虽然国内合资公司引进的IC生产线已经达到了0.25μm的水平,但由于引进生产线在引进和使用时受到较为严格的限制,且随时可能遭受更为严厉的封锁,加之IC装备的重要战略地位,我国迫切需要尽早在现有基础上发展自主IC装备和技术和产业。

同时,文章还明确指出,根据世界IC工艺技术发展的趋势,我国应以2005-2008年的主流技术作为迎头赶上的目标,选择0.1-0.07μm光刻等国外禁运的关键装备作为技术创新的重点。

2002年前后我国IC工艺装备技术水平

来源:《机器人技术与应用》2002年第2期

资料显示,2002年前后,我国主要有10家从事IC装备研究与开发的企业,其中涉及光刻机、刻蚀机等前道工序设备的有45所、48所、中科院光电所、清华大学等,光刻机试生产样机的技术水平在0.8-1μm之间。

同一时期,日本尼康与荷兰ASML正各自琢磨着如何突破193nm,微米与纳米两个不同单位背后,我国与世界先进技术之间已然是指数级的差距。

更为艰难的是,上世纪60年代,在美国主导下,包括日本、荷兰、俄罗斯等42国相继签订了《瓦森纳协定》,严格限制了各成员国对中国等非成员国出口高科技产品,集人类科技发展之大成的光刻机当然也在限制之列。在美国阻挠下,我国企业即便是花钱引进,也买不到最先进的光刻机设备。 

关山难越,然亦往之。在“十五”规划给予了IC装备制造足够高的重视之后,朱煜和团队开始着手攻克光刻技术。

作为半导体芯片制造的核心设备,一台光刻机由10万多个精密零件组成,结构复杂非凡,但其中最核心的组件只有三个:光源、镜头、工件台,其中工件台又分为单工件台和双工件台。2001年,ASML创新推出Twinscan双工件台系统,大大提高了生产效率,也引起了朱煜的注意。

在后来的一次采访中,朱煜描述了自己第一次观看ASML光刻机双工件台展示视频时的感受:“我下意识地对自己说,这就是我想要做的,中国必须掌握这样的尖端技术!”

抱着这样的信念,朱煜和他的团队开始了长达20年的光刻机双工件台研发之路。

坚持与突破:十年磨一剑 百天一纳米

从2002年取得第一项双工件台专利,到2004年研制出我国首个10nm精度的同步扫描超精密气浮运动试验系统,“十五”期间,朱煜和团队一点点摸到了光刻机双工件台的门槛。然而就在“前途一片光明”之时,危机也接踵而至。

众所周知,越是高精尖的技术,往往越需要长期消耗大量资金,ASML以每年数十亿欧元的高研发投入换来了如今的全球霸主地位,而在技术落后不少、缺乏上下游产业链支撑背景下,朱煜团队的研究全靠政府补贴。

2004年,由于没能继续获得新的科研经费,双工件台研究面临停摆,有报道显示,为了保证研发进度不被中断,朱煜曾向清华大学借款700万元。

凭着近乎“疯狂”的坚持,2008年,朱煜团队成功研制出了实现±2nm定位精度的超精密微动台,这也正是光刻机双工件台的核心。柳暗花明之后,时代的东风也随之而来。

2006年,国务院发布《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006—2020)》,在高科技领域划出了16个重大专项,其中“极大规模集成电路制造技术及成套工艺”排在第二位,也称“02专项”。

2009年,“02专项”正式实施,朱煜担任专家组副组长、技术副总师以及装备组、光刻机组组长,有了新的经费支持,朱煜团队的研发得以顺利推进,而随着技术研究不断取得突破,产业化的问题也提上了日程。

对于光刻机双工件台这样的高精尖技术,如何在实际中得到应用、如何保障产品性能稳定、如何打通产业链上下游……一系列问题远比科研本身更为复杂。

2012年5月,在清华大学的支持下,华卓精科诞生了,朱煜等8位清华大学IC制造装备研究室核心成员即为公司创始团队,关于光刻机双工件台的研究终于一步步从实验室走向了生产线。

华卓精科承担国家02专项相关项目内容  来源:招股书

招股书显示,2013年起,华卓精科先后承接了02专项中的三个子项。2016年,华卓精科与清华大学共同研制出两套光刻机双工件台掩膜台系统α样机,并成功通过国家验收,成为02专项光刻机项目群中第一个通过正式验收的项目。 

最近几年,华卓精科研发实力日益增厚。2018至2020年,公司员工人数由205人翻倍增长至402人,其中研发人员由68人增至133人,占比在33%以上。截至2020年末,公司硕士及以上学历员工117人,占员工总数达到29.1%。

根据财务报表,2018至2020年,华卓精科分别实现营收8570.92万元、1.21亿元、1.52亿元,研发投入分别为1374.99万元、1741.59万元、2137.09万元,占营收比例分别为16.04%、14.4%、14.03%。

华卓精科以政府补助冲减费用情况  来源:招股书

乍一看,这个比例并不算高,不过实际上,这是公司以政府补助冲减研发费用后的结果。数据显示,2018至2020年,华卓精科分别以政府补助冲减研发费用6881.58万元、1.23亿元、1.73亿元,甚至已经超过了营收总额。

有了雄厚的资金支持,华卓精科双工件台产品也加速落地。2020年4月,公司向上海微电子发货首台DWS双工件台,应用制程达到65nm;截至2021年6月,适用于28nm制程ArFi光刻机的DWSi系列双工件台已完成详细设计,进入样机制造集成调试阶段。

值得一提的是,近期有不少报道称,上海微电子将在2021年内推出28nm制程的光刻机,对此,中国科技新闻网致函华卓精科询问其DWSi双工件台是否会在年内向上海微电子交付,截至发稿暂未获回复。

事实上,自从冲刺IPO以来,媒体给予了华卓精科极高的关注度,“打破ASML双工件台技术垄断”、“国产光刻机第一股”等相关报道颇多,虽然被称为“全球第二家手握双工件台核心技术的企业”,但华卓精科深知自己与巨头ASML的差距。埋头苦干是华卓精科人不得不面对的现实,在创业初期面临的坎坷、研发团队在技术攻坚过程中遇到的瓶颈等细节也几乎无从考察。

验收专家在朱煜实验室现场考察  图源:清华大学微信公众号

任何高精尖技术的研究都不会一帆风顺,从清华大学的实验室到华卓精科的生产线,从申请第一项双工件台专利到交付第一台双工件台产品,从“十五”划出IC专项到今天,我国走了近20年核心技术自主化的强国之路,其中,包括朱煜团队在内的无数专家、教授、科研人员、创新企业付出了多少心血与坚持,或许从朱煜实验室挂着的“十年磨一剑,百天一纳米!”横幅中便可窥见一斑。

后摩尔时代:巨头加速垄断 如何弯道超车

中国科技新闻网注意到,华卓精科在招股书中坦陈,公司DWS系列光刻机双工件台产品与国际领先公司最新推出的干式深紫外(DUV)光刻机工件台使用相同的双工件台架构,但性能尚落后于竞争对手;应用于浸没式光刻机的DWSi系列产品仍处于研发中;在极紫外(EUV)光刻机工件台方面,公司尚未推出产品。

总体而言,现阶段华卓精科DWS双工件台产品在光刻机整机应用上与ASML等国际领先产品存在代际差异。

事实上,ASML从1984年成立之初就一直主攻光刻技术,快速成长背后更有美国EUV LLC联盟扶植,光刻机产品零件全球供应商超过5千家,可以说是集全球顶尖科技于一体。想要以一己之力在短时间内赶上甚至超越ASML,对于当前的华卓精科来说并不太现实。

况且,华卓精科要面对的,不仅是技术上的差距,还有巨头的垄断效应。

就在上海微电子传出攻关28nm消息不久后,有报道称,ASML对28nm制程的光刻机紧急降价,欲在国产光刻机取得量产之前占据供应链。

据腾讯新闻,2021年一季度,ASML向中国出售了11台光刻机产品,还在国内申请下3000多项专利。媒体分析认为,3000多项专利壁垒将中国光刻技术的空白又扩大了一片,此次出售11台光刻机也将持续垄断中国市场。

就ASML的低价倾销策略以及专利壁垒是否会对华卓精科与上海微电子自主研发的国产光刻机造成打击、对公司技术研发产生影响等问题,中国科技新闻网致函华卓精科,截至发稿暂未获回复。

此外值得一提的是,长期以来,半导体芯片的发展一直遵循着摩尔定律:当价格不变时,集成电路上可容纳的元器件数目每隔18-24个月便会增加一倍,性能也将提升一倍。

摩尔定律推动了整个信息技术产业的飞跃式发展,智能手机和电脑迅速普及,互联网信息技术革命席卷全球。不过,在各大厂商不断追求更高分辨力和更小面积的同时,晶体管大小也正不断逼近原子的物理体积极限。

近年来,有关摩尔定律失效的讨论越来越多,不少观点认为,现有硅基芯片材料的制程物理体积已经达到极限。

在此前的2021世界半导体大会上,中国工程院院士、浙江大学微纳电子学院院长吴汉明曾提出,趋缓的摩尔定律给追赶者带来机会。

据公开报道,吴汉明指出,当前我国集成电路产业技术创新面临两大壁垒:一是战略性壁垒,二是产业性壁垒,由于我国集成电路基础研究薄弱、产业技术储备匮乏,而世界龙头企业早期布置的知识产权给后来者的突围造成障碍。

这番言论似乎恰好揭示了华卓精科当前面临的困境,与此同时,吴汉明也提到,自2019年起,各工艺节点市场份额数据显示,7nm和10nm只占17%市场份额,83%市场属于10nm以上工艺节点,这也意味着相对成熟的工艺节点还有巨大的创新空间和市场潜力。

后摩尔时代,半导体行业将向何处去?包括华卓精科在内的一批企业能否借此机会实现弯道超车?这些问题或许并没有一个肯定的答案,但可以确定的是,我国从来不缺“十年磨一剑”的决心和“百天一纳米”的底气。


科技新闻传播、科技知识普及 - 中国科技新闻网
关注微信公众号(kjxw001)及微博(中国科技新闻网)
微信公众号
微博

免责声明

中国科技新闻网登载此文出于传递更多信息之目的,并不意味着赞同其观点或证实其描述。文章内容仅供参考,不构成投资建议。投资者据此操作,风险自担。


推荐阅读
已加载全部内容
点击加载更多