「香港飛龍」標誌 本文内容： 離子注入機，是芯片製造中難度僅次於光刻機的核心設備，也是中國構建完整產業鏈條繞不過去的關鍵環節。眼下，濟南艾恩半導體科技有限公司（下稱“艾恩半導體”）創始人鍾新華卻正試圖聚攏資本、技術團隊和數百供應商等資源，在這一領域發起一場將科研技術產業化、追趕國際先進水平的挑戰。鍾新華曾是某央企CTO（首席技術官），有着20年研發離子注入機的經歷。2023年他開始自主創業，在廣州註冊成立了廣州市艾恩半導體科技有限公司，去年又將公司以及產能全部遷至山東濟南。離子注入機與光刻機、刻蝕機和鍍膜機一起並稱“芯片製造的四大關鍵裝備”。在全球，目前4家國外龍頭企業佔據離子注入機90%以上的市場份額。在國內，離子注入機的國產化率尚不足10%，至今沒有與國際主流技術相持平的企業。這也成爲中國芯片產業鏈上的重要卡點、堵點。可是，一項高難度的技術從實驗室到產業化，需要跨越資金、市場、供應鏈、技術迭代等層層障礙，鍾新華本人也要面臨從一箇“兩點一線”的技術人員向“全國到處飛”的企業家轉型的重重考驗。目前，濟南新工廠生產的第一臺硅基中束流離子注入機已到了最終安裝調試階段，預計6月即可下線，其他兩種機型產品也將於今年陸續下線。按照總體目標，艾恩半導體計劃在3年內實現離子注入機所有機型的全覆蓋，性能達到國際領先水平。半導體的“微型電工師”離子注入機的研發到產業化這條路，鍾新華走了整整20年。2005年，鍾新華進入國內某權威研究院所工作，後擔任CTO。這期間，他一直承擔02專項，即《極大規模集成電路製造裝備及成套工藝》項目，攻關多項離子注入機關鍵核心技術。“投資芯片，九死一生。”雷軍這句話曾廣爲流傳，不僅是在說芯片燒錢堪比“老虎機”，更是因爲芯片的研發和製造難度遠高於其他產業。碳與硅是自然界中最豐富的兩種資源，但要製造出芯片卻是一箇世界性難題。“以前，中國市場上的芯片以及製造裝備都能進口，導致雙方在下游產業化層面的差距巨大。但在科研層面，中國一直在堅持，雙方的差距相對較小。”鍾新華說道。芯片產業鏈是一箇涵蓋“設計—製造—封裝測試—終端應用”的高度複雜體系。鍾新華所攻關的離子注入機是製造環節的核心設備之一。離子注入機被業界稱爲半導體的“微型電工師”。究其原理，不含雜質的硅單晶導電性能差，只有在硅中加入適量“元素”，將B（硼）、P（磷）、As（砷）、Al（鋁）等以離子形式加速到超高速後注入，使硅單晶的結構和電學性能發生改變，才能發揮出半導體的功能。這個“摻雜”工藝即離子注入的過程，須精準調控注入的劑量、深度、角度三大關鍵參數。“這是一箇製造難度僅次於光刻機的半導體關鍵設備。‘摻雜’離子的劑量要在單位面積內須精確到個數，射程深度要精準到納米級，注入角度的偏差控制在0.1度以內。”鍾新華比喻道，手機的芯片只有指甲蓋大小，但在顯微鏡下其複雜程度卻宛如一座摩天大樓，數十億個晶體管堆疊起上百層的電路，組成了大樓的樓層和房間。離子注入機就像一箇“微型電工師”，在芯片大小的摩天大樓內、在指定樓層的不同房間內安裝電源開關。在這微觀世界內，從外部注入高能元素時，只要數量、深度、角度稍有細微偏差，就會影響芯片的性能，最終影響電子產品的功能。這涉及的學科門類既有強電又有弱電，既有機械也有電子，既有硬件又有軟件，既有設備又有工藝，研製難度極大。這也使得中國在芯片產業鏈上突破了絕大多數技術環節，在各細分領域幾乎都有上市公司，唯獨光刻機和離子注入機至今沒有與國際主流技術相抗衡的企業。“離子注入機注入效果決定了芯片最基本、最核心的電學性能，是芯片製造至關重要、必不可少的關鍵設備。沒有離子注入機，就沒有完整的第三代半導體產業。”鍾新華說道。在國內某權威研究院所十多年間，在經歷了不計其數的失敗後，鍾新華帶領技術團隊終於攻破了離子注入機的技術瓶頸，實現了“從0到1”的突破。可是，這項技術的產業化投入大、週期長。爲通過市場化路徑加速離子注入機研發技術產業化，鍾新華萌生了創業的想法。產業化之難當中國能從美國大量進口芯片時，離子注入機在中國市場幾無用武之地，產業化似乎並不是划算的投資。可當中美經貿頻現摩擦、芯片被禁售後，芯片產業鏈上這一斷點、堵點事關國計民生，迫切需要打通。2018年，中美貿易驟起波瀾，半導體產業各環節產品、設備均被列入禁運目錄，國內市場突遭斷供。與此同時，2018年12月，中央經濟工作會議提出，加強5G基建、特高壓、大數據中心、人工智能及工業互聯網等七大新型基礎設施建設。它們有着共同的需求——芯片。一方面，上游芯片進口被卡，外部供給驟降；一方面，下游市場需求激增，芯片價格飆升。一顆汽車芯片一度價格暴漲百倍仍不可得。國內芯片製造產業從少人問津變得炙手可熱，離子注入機市場規模從2018年的24.73億元增長至2024年的121.26億元，年均複合增長率達30.34%。這一曾經的“冷門”技術終於迎來了產業化的窗口期。2021年，鍾新華辭職創業。可創業僅憑一項尚未成熟的技術遠遠不夠。在美國，“Bastille, LLC”是一家全球知名的知識產權開發和商業化公司，其CEO拉尚博士曾有一段流傳甚廣的話——美國科學家創業的成功率只有3%。對鍾新華來說，作爲一箇“首席技術官”只是完成了技術“從0到1”；要成爲推動技術產業化的企業家，實現“從1到100”，還有99步要走，先要解決的是資金難題。“錢從哪裏來，是自主研發道路上的最大挑戰。”鍾新華算了一筆賬，一臺離子注入機有近兩萬個零部件，僅僅採購一箇30萬伏高壓電源就要60萬元，全部零部件的開支高達上千萬人民幣。可初創期技術研發具有高風險、高不確定性等特徵，加之缺少抵押物、營業收入不足，當他跑遍銀行時發現，根本無法獲得貸款支持。在一次行業論壇上，魯信創業投資集團股份有限公司（下稱“魯信創投”）得知了鍾新華正醞釀辭職創業，推動這一芯片製造的關鍵設備實現產業化發展。此時，鍾新華能拿出來的只有一箇PPT，而魯信創投卻看中其擁有的技術積累和資源優勢。魯信創投是山東省內最大的專業創投機構，近年來先後涉足芯片設計、襯底生產、晶圓製造、模塊封裝等第三代半導體全產業鏈。2023年3月和9月，由魯信創投聯合濟南市財政投資基金控股集團有限公司、山東省新動能基金管理有限公司等組建的濟南魯信新動能天使創業投資合夥企業（有限合夥），兩度出資參與艾恩半導體天使輪融資。與科研院所在理想條件和極小規模下展開的實驗室技術相比，產業化要求企業在技術創新的同時更要兼顧穩定性和經濟性。與科研人員只需攻關技術相比，鍾新華也需要完成向企業家的角色轉換——在聚集人才、資金、供應商等要素下，率領團隊進行小試、中試、量產，應對品質、市場、交付能力等一系列問題，還要承擔生產過程中任何失誤可能導致的巨大經濟損失。所幸，鍾新華從事科研多年，有着技術優勢和人才積累，又通過天使投資人暫時解決了資金瓶頸，如何在量產中提升良品率、實現低成本，成爲企業初創期的又一道難題。一臺有着高精度要求的離子注入機有近兩萬個零部件，要想實現“從1到100”的產業化，必須構建起一箇品質穩定的供應鏈體系。這近兩萬個零部件中一半標準件可外購，另一半非標件則必須自行設計、外協加工。可當鍾新華找到供應商時，卻常常遭遇這樣的尷尬——有的非標件要求極高的精度、有的材料要求有絕緣性、有的零部件須抗高壓擊穿，有的則須經多道清潔處理……當他對供應商提出一連串聞所未聞的苛刻要求，再報出一兩個的採購量時，常常遭到供應商的斷然回絕。這些看似苛刻的要求卻是生產離子注入機的必要條件。離子注入需要在真空環境下進行，所有材料的潔淨度是一箇至關重要的指標。哪怕一粒灰塵落入，就能把價值數千萬的產品徹底毀掉。鍾新華講述了所遭遇的一箇痛苦經歷：最初，公司曾因金屬污染導致硅片材料不達標。爲了找到污染源，只好對接觸硅片的上百個零部件進行逐一排查。“在上百個零部件中找出一粒灰塵，看不見摸不着，排查過程宛如大海撈針，似乎帶上了玄學色彩，只能一箇一箇更換零部件再進行檢測。”鍾新華介紹道，如今公司對每一步生產工序都建立了檢測機制，全力保證產品的良品率。同時，經過前期反覆摘選，已建立起一支數百供應商組成的供應鏈體系。從廣東遷入山東半導體產業歷來是贏者通喫的格局。在離子注入機的細分市場，長期被AMAT/Varian、Axcelis等4家美日企業佔據全球超過90%的市場份額。目前，中國高端離子注入機主要依賴於進口，掌握這一技術的國內企業只有中國電科、凱世通等少數企業，但與國際主流水平尚有差距，導致國產化率尚不足10%。根據中國海關數據顯示，2024年中國製造半導體器件或集成電路用的離子注入機進口量爲553臺，同比增長30.12%。其中，從美國進口占比77.58%，從日本進口占比11.57%。2023年11月，經歷了近20年技術攻關，整合了一系列產業化資源後，鍾新華創立的艾恩半導體終於製造出第一臺離子注入機，開始加入國產化浪潮中。儘管首臺(套)產品實現了技術突破、擁有知識產權，但如何推向市場、讓客戶接受卻頗費周章。離子注入機具有高價值（一臺國外市場售價在三千萬人民幣以上）、驗證難（需2至3個月，芯片製造完成，測量電性才知道離子注入質量如何）等特點。鍾新華找了若干下游廠商，可他們對這個初來乍到者紛紛投來質疑的眼光——購買了產品，質量不過關怎麼辦；小公司風險大，一旦垮了，無法提供售後服務怎樣辦……某知名碳化硅芯片製造企業派人6次前來工廠多方驗證技術、工藝和產品質量，並要求對艾恩半導體進行驗資等苛刻條件，才肯同意採購，並要求第一年試運營期免費。“初創期，企業往往急需資金，因爲這時公司幾乎只投入無產出——設備需要升級、技術需要迭代、高層次人才需要持續引進；即使出了產品，也要面臨較長的回款週期。”以前鍾新華主要負責技術攻關，天天上班，兩點一線；創業後他的主要精力大都放在了四處融資上。當初，天使輪融資可購買用於製造1.5臺離子注入機的材料，原以爲第二筆資金很快就能融到，接續運營。可2024年不僅宏觀經濟低迷，而且半導體投資熱也大幅降溫。據CINNO Research統計，2024年中國（含中國臺灣）半導體產業項目投資總額爲6,831億人民幣，較去年同期下降41.6%。這讓剛剛創業的鐘新華天天焦慮。他夾着電腦、帶着PPT，奔波於一線城市間，面對不計其數的投資者反覆路演、推薦。他拿出手機查看了近一年的飛行里程，居然有5萬多公里，可繞赤道一圈多，這還沒算高鐵里程。所幸，資本對於有前景的半導體項目仍是青睞有加。“去年年中，公司研發、擴產資金緊張，魯信創投旗下基金追投資金，並‘牽線搭橋’，協助公司在這一輪融資中對接更多大型投資機構、政府投融資平臺，成功與毅達資本、源禾資本、濟南財投基金集團、濟南市高新區、山東產業技術研究院達成股權合作。”鍾新華回憶道，儘管半導體行業整體融資縮水，艾恩半導體卻超融了3000萬元。“離子注入機是當前產業發展必不可少、亟待補齊的關鍵短板之一。”魯信創投黨委書記、董事長王旭冬說，魯信創投堅持投“早”投“小”投“長期”，90%以上的資金投資在“硬科技”領域，持續聚焦國家戰略性新興產業與未來產業，重點關注顛覆性創新、“卡脖子”技術攻關、國產化替代項目，已投資培育了一批高端裝備製造、生命科學、新材料、航空航天等領域的龍頭企業。離子注入機在中國半導體市場的前景普遍被業界看好。2024年中國大陸半導體設備銷售額以35%增速連續五年領跑全球。據統計，2024年我國離子注入機行業產量爲69臺，需求量爲345臺。隨着5G、物聯網、人工智能等產業崛起，離子注入機被半導體市場需求帶動，或將迎來新一輪增長週期。2024年底，在魯信創投等股東的積極對接下，鍾新華也把企業從廣東廣州搬遷至山東濟南高新區。目前新工廠已全部建成投產。市場化、產業化對實驗室技術也能起到加速催熟、迭代的作用。鍾新華介紹，除已推向市場的第一代碳化硅離子注入機外，新工廠生產的第一臺硅基中束流離子注入機也已到了最終安裝調試階段，預計6月即可下線；對標國際領先技術水平的第二代碳化硅離子注入機正在研發中，有望於2025年9月面市；自主研發製造的碳化硅大束流離子注入機，預計將於2025年年底推向市場，這將成功填補國產設備在這一領域的空白。按照目標規劃，該公司計劃將在3年內實現離子注入機所有機型的全覆蓋，性能達到國際領先水平。工藝產線從碳化硅逐漸向硅基覆蓋，並隨着製程和光路工藝升級，尺寸實現從6寸到8寸、再到12寸的全面覆蓋。不過，在鍾新華看來，目前中國企業製造離子注入機無論在技術指標上，還是在市場佔比上，與國際領先水平尚存較大差距。他預測，中國這一產業發展速度較快，但追趕全球主流技術仍需十年以上時間。 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