從工程與技術(shù)的視差之見(jiàn)看中國(guó)芯片制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展

程 鵬，譚 浩

（1.清華大學(xué)社會(huì)科學(xué)學(xué)院，北京 100084；2.深圳國(guó)際量子研究院，廣東深圳 518048）

黨的十八大以來(lái)，習(xí)近平總書記高度重視核心技術(shù)領(lǐng)域的創(chuàng)新，特別是圍繞破解針對(duì)中國(guó)科技領(lǐng)域的“卡脖子”難題、將科技發(fā)展主動(dòng)權(quán)掌控在國(guó)人手中作出過(guò)重要論述。在當(dāng)今數(shù)字化信息時(shí)代，芯片是新興科技產(chǎn)業(yè)中不可或缺的關(guān)鍵部件，而中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)正面臨著前所未有的限制與封鎖，如何破解這一科技領(lǐng)域的限制和制約，不僅是一個(gè)技術(shù)性突破的問(wèn)題，更關(guān)系到這一技術(shù)背后的科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展問(wèn)題。隨著科學(xué)與技術(shù)的互相促進(jìn)與融合，“科技—產(chǎn)業(yè)—制度創(chuàng)新”一體化發(fā)展機(jī)制逐漸形成，科技企業(yè)正在某些核心技術(shù)研發(fā)中起到關(guān)鍵作用，芯片產(chǎn)業(yè)的強(qiáng)大必然需要科技企業(yè)的發(fā)展與創(chuàng)新。那么，探討如何發(fā)揮市場(chǎng)需求、集成創(chuàng)新、組織平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)，打通從科技強(qiáng)到企業(yè)強(qiáng)、產(chǎn)業(yè)強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)強(qiáng)的通道非常重要。

1 芯片制造產(chǎn)業(yè)的特點(diǎn)及發(fā)展規(guī)律

當(dāng)下中國(guó)正在通往強(qiáng)起來(lái)之路?！皬?qiáng)起來(lái)”具有多重向度，科技和工程強(qiáng)國(guó)是其中重要維度。工程科技作為產(chǎn)業(yè)革命、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)進(jìn)步的有力杠桿，是人類進(jìn)步的發(fā)動(dòng)機(jī)［1］。然而工程技術(shù)發(fā)展的復(fù)雜性同樣受當(dāng)今資本主義全球化的影響。2020年新冠疫情肆虐全球的同時(shí)，以美國(guó)制裁華為技術(shù)有限公司（以下簡(jiǎn)稱“華為”）為標(biāo)志的社會(huì)熱點(diǎn)也不斷敲打著中國(guó)人對(duì)于尖端技術(shù)受制于人的敏感神經(jīng)。到2022 年，美國(guó)不斷升級(jí)系統(tǒng)性打壓中國(guó)芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展的措施，限制中國(guó)部分企業(yè)獲得某些“受監(jiān)管”的美國(guó)半導(dǎo)體技術(shù)的能力，以阻礙中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展。從2018 年美國(guó)商務(wù)部將中興通訊股份有限公司等一批中國(guó)企業(yè)單位列入“實(shí)體清單”以來(lái)，中國(guó)各大媒體、產(chǎn)業(yè)論壇、學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)圍繞芯片技術(shù)的討論越來(lái)越激烈。中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展至今取得了巨大發(fā)展并獲得了一系列的技術(shù)突破，這些與中國(guó)產(chǎn)業(yè)政策引導(dǎo)是分不開(kāi)的。但是在中國(guó)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵時(shí)期，社會(huì)對(duì)于芯片及半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)形成了以下幾個(gè)普遍并且具有代表性的認(rèn)知：一是中國(guó)芯片技術(shù)落后世界最先進(jìn)技術(shù)大約兩代［2］；二是芯片制造產(chǎn)業(yè)屬于技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)，主要特點(diǎn)為制造工序多、產(chǎn)品種類多、技術(shù)換代快、投資大風(fēng)險(xiǎn)高、巨頭壟斷等特點(diǎn)［3］；三是中國(guó)目前產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新能力不足，企業(yè)普遍規(guī)模小、投資分散［4］。這些典型的認(rèn)知都是從表象對(duì)行業(yè)或者技術(shù)的特征總結(jié)，但在對(duì)這些表象進(jìn)行原因探究進(jìn)而提出政策導(dǎo)向建議時(shí)會(huì)出現(xiàn)邏輯不清、幾個(gè)表象無(wú)法統(tǒng)一到同一個(gè)脈絡(luò)中等問(wèn)題。因此，迫切需要從整體技術(shù)工程入手，通過(guò)哲學(xué)視角窺其核心理論根基，得出的成果才能更加貼合芯片制造這一工程性技術(shù)發(fā)展的客觀規(guī)律及其特征內(nèi)涵。

微觀上，對(duì)技術(shù)本身特征理解不到位就會(huì)出現(xiàn)用某一點(diǎn)技術(shù)優(yōu)/劣勢(shì)來(lái)推斷整體情況的片面陷阱，如認(rèn)為光刻機(jī)是芯片制造的決定因素，只要有了阿斯麥（ASML）公司生產(chǎn)的最先進(jìn)光刻機(jī)就可以?shī)Z取芯片制造技術(shù)的桂冠［5］。由于這種觀點(diǎn)比較普遍，當(dāng)美國(guó)所謂的“實(shí)體清單”和對(duì)華為的制裁出來(lái)時(shí)，社會(huì)輿論都在集中于討論ASML 是否會(huì)繼續(xù)供貨中國(guó)并因此而擔(dān)憂。這種認(rèn)知偏差的來(lái)源，就是對(duì)于芯片制造技術(shù)所涉及的技術(shù)鏈條、每一種技術(shù)內(nèi)涵以及這些技術(shù)所需要的母機(jī)設(shè)備了解不夠。

宏觀上，對(duì)于工程性技術(shù)鏈條和上下游配套產(chǎn)業(yè)理解不夠就會(huì)出現(xiàn)“為了做而做”的原始動(dòng)力總結(jié)，也會(huì)陷入通過(guò)簡(jiǎn)單的計(jì)量方面的對(duì)比形成對(duì)中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的錯(cuò)誤定位。比如認(rèn)為由于人才、技術(shù)、資金和研發(fā)有差距，中國(guó)無(wú)法短期超越美國(guó)，并且認(rèn)為只有出現(xiàn)了超越韓國(guó)三星和中國(guó)臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱“臺(tái)積電”）的國(guó)內(nèi)其他企業(yè)，中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)才算是“超車”成功［6］，諸如此類將大問(wèn)題不負(fù)責(zé)任地簡(jiǎn)單化的錯(cuò)誤認(rèn)知怪圈。

多學(xué)科、跨行業(yè)、長(zhǎng)鏈條是芯片制造行業(yè)的特點(diǎn)，但任何技術(shù)都不是一蹴而就的，因此，這類產(chǎn)業(yè)在發(fā)展過(guò)程中必然會(huì)經(jīng)歷兩個(gè)重要發(fā)展階段：綜合性大企業(yè)階段和分散型專業(yè)化階段。原因是，新技術(shù)在最初興起時(shí)依靠風(fēng)險(xiǎn)投資建立配套生產(chǎn)線，因而會(huì)著力于最終產(chǎn)品的推出，因此行業(yè)發(fā)展前期必然都是從上到下完全自主的大型企業(yè)。對(duì)于芯片制造企業(yè)，就會(huì)涵蓋從芯片設(shè)計(jì)到加工線建設(shè)，再到最終測(cè)試封裝，進(jìn)而將芯片放入集成電路，再次從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到生產(chǎn)再到組裝測(cè)試等環(huán)節(jié)，完成盡可能多的工作。這樣的優(yōu)勢(shì)在于，可以發(fā)揮企業(yè)高度統(tǒng)一管理的組織能力優(yōu)勢(shì)，集中資源調(diào)配，最快速推出產(chǎn)品并獲得利潤(rùn)。這個(gè)時(shí)期的核心驅(qū)動(dòng)力是經(jīng)濟(jì)學(xué)理論中的賣方市場(chǎng)行為，是符合經(jīng)濟(jì)學(xué)客觀規(guī)律的。而當(dāng)產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步發(fā)展后，終端產(chǎn)品種類、功能、客戶群體的分界線都更加清晰，產(chǎn)業(yè)鏈也會(huì)逐步進(jìn)入第二階段，也就是專業(yè)化階段，綜合型大企業(yè)的部分業(yè)務(wù)會(huì)逐步被專業(yè)性更強(qiáng)的小企業(yè)占據(jù)，這是利于整體行業(yè)健康發(fā)展的，也是行業(yè)趨于成熟的標(biāo)志。如商品房、汽車、個(gè)人電腦、手機(jī)等產(chǎn)品都經(jīng)歷了類似的先綜合后分散的行業(yè)發(fā)展過(guò)程，最終的結(jié)果是，商品房開(kāi)發(fā)商、汽車企業(yè)、電子產(chǎn)品等相關(guān)終端產(chǎn)品企業(yè)在發(fā)展的過(guò)程中技術(shù)占比越來(lái)越小、服務(wù)占比越來(lái)越大。當(dāng)前蘋果和華為已經(jīng)顯現(xiàn)出這一特征。所以，如姚靚等［5］的研究提到，芯片制造產(chǎn)業(yè)的科技史發(fā)展脈絡(luò)具體體現(xiàn)就是從美國(guó)興起，發(fā)展過(guò)程中先后向日本、韓國(guó)等國(guó)進(jìn)行了轉(zhuǎn)移。這種歷史發(fā)展變遷，本質(zhì)上就是反映了大工程產(chǎn)業(yè)發(fā)展的歷史必然性。從綜合型大企業(yè)模式向小而散的發(fā)展過(guò)程中，更多國(guó)家和地區(qū)的企業(yè)憑借自身的客觀優(yōu)勢(shì)參與進(jìn)來(lái)：日韓企業(yè)如三星、東芝、松下等，其可成為在部分專業(yè)性產(chǎn)品上有優(yōu)勢(shì)的美國(guó)同類企業(yè)的替代；而中國(guó)臺(tái)灣發(fā)展出的如臺(tái)積電、聯(lián)發(fā)科技就是分別在芯片代工生產(chǎn)和芯片設(shè)計(jì)兩方面獨(dú)立出來(lái)，進(jìn)行更加專業(yè)化單一業(yè)務(wù)的發(fā)展模式的成功案例。根據(jù)以上分析，筆者認(rèn)為不應(yīng)該通過(guò)規(guī)模和整合度來(lái)認(rèn)定中國(guó)半導(dǎo)體企業(yè)的發(fā)展情況，而應(yīng)該通過(guò)覆蓋面和眾業(yè)務(wù)單一的小微企業(yè)的同行競(jìng)爭(zhēng)力來(lái)衡量中國(guó)的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)實(shí)力。因此，關(guān)于中國(guó)半導(dǎo)體企業(yè)“普遍規(guī)模小、投資分散”的論調(diào)，并不是說(shuō)明中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展落后，而是當(dāng)前時(shí)期，小規(guī)模、更專業(yè)的企業(yè)是整個(gè)行業(yè)在發(fā)展成熟期的特點(diǎn)。解釋這一產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)象，早在1966 年弗農(nóng)（Vernon）就將產(chǎn)品的生命周期劃分為3 個(gè)階段：新產(chǎn)品階段、成熟階段、標(biāo)準(zhǔn)化階段［7］，而產(chǎn)業(yè)內(nèi)的企業(yè)數(shù)量以及規(guī)模的調(diào)整也是這一周期理論的市場(chǎng)化反映。之后，Agarwal 等［8］的相關(guān)研究也得到了進(jìn)一步的結(jié)論，就是在產(chǎn)業(yè)進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)化時(shí)期后，原來(lái)的產(chǎn)品本身價(jià)值占比會(huì)不斷縮小，取而代之的是與產(chǎn)品相關(guān)的服務(wù)。這也就意味著，這個(gè)產(chǎn)品不能夠算作“先進(jìn)技術(shù)”，而是體現(xiàn)在產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化帶來(lái)的諸如工業(yè)設(shè)計(jì)、用戶挖掘、營(yíng)銷宣傳、售后服務(wù)等一系列廣義的服務(wù)范疇和業(yè)務(wù)。這一理論本身也契合包括芯片產(chǎn)業(yè)等一系列發(fā)展至今的實(shí)際行業(yè)發(fā)展走勢(shì)。反觀當(dāng)前，三星、東芝、英特爾的芯片業(yè)務(wù)，除了他們的設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)尚有競(jìng)爭(zhēng)力外，其他被專業(yè)化后的業(yè)務(wù)都在逐步喪失競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)成為累贅，如三星手機(jī)業(yè)務(wù)不斷被蘋果、小米、VIVO 等專業(yè)手機(jī)商奪走，而東芝、松下等企業(yè)的電子產(chǎn)品業(yè)務(wù)也早已被眾多小廠商瓜分。同樣地，三星、東芝、英特爾等企業(yè)的芯片加工廠業(yè)務(wù)，也被更加專業(yè)化的代工廠商如臺(tái)積電、中芯國(guó)際集成電路制造有限公司（以下簡(jiǎn)稱“中芯國(guó)際”）等奪走。

2 芯片制造的技術(shù)內(nèi)涵

芯片制造技術(shù)不斷發(fā)展、產(chǎn)業(yè)構(gòu)成不斷豐富是一個(gè)逐步衍變的過(guò)程，其標(biāo)志性革新發(fā)生在20 世紀(jì)70 年代到20 世紀(jì)80 年代，也就是產(chǎn)業(yè)專業(yè)化的過(guò)程。我們現(xiàn)在談?wù)摰男酒圃旒夹g(shù)，或者稱其為半導(dǎo)體技術(shù)，都是指專業(yè)化以后的技術(shù)方案，這與技術(shù)最初的樣子是有區(qū)別的。由芯片生產(chǎn)線的自動(dòng)化引領(lǐng)母機(jī)設(shè)備和配套材料技術(shù)的革新，人在整個(gè)芯片生產(chǎn)過(guò)程中越來(lái)越少地直接參與，專業(yè)化意味著更好的工藝重復(fù)性、更少的誤操作、更方便的整體控制、更高潔凈度的生產(chǎn)車間，最終反映在整個(gè)半導(dǎo)體制程的工程性技術(shù)進(jìn)步。結(jié)果是，除了我們熟知的芯片集成度（單個(gè)芯片上晶體管數(shù)量）越來(lái)越高，芯片生產(chǎn)材料晶圓的良率（合格數(shù)占總生產(chǎn)數(shù)）從原有的5%～10%提高到了現(xiàn)在的80%以上［9］。如今，以臺(tái)積電為代表的芯片代工廠，工藝生產(chǎn)線潔凈度、全程自動(dòng)化水平不斷繼續(xù)升級(jí)。以傳輸晶圓部分流程為例，盛裝晶圓的前開(kāi)式傳送盒通過(guò)機(jī)械手臂送到加工設(shè)備的入口，機(jī)械手臂下放過(guò)程中，為了避免超凈空間里微小顆內(nèi)部的晶圓傳輸幾乎都是在真空環(huán)境下完成；即便如此，不同真空腔之間隔板開(kāi)啟的順序也非常有講究，同為高真空度下的不同腔室仍然會(huì)有微小壓差，在通常工藝制程過(guò)后，晶圓從加工腔傳回傳送腔過(guò)程中，隔板開(kāi)啟一瞬間由于兩邊壓差，瞬間會(huì)有極其微弱的氣流導(dǎo)致引起空間顆粒運(yùn)動(dòng)從而造成晶圓污染。這種工程性核心技術(shù)要求之高可見(jiàn)一斑，尤其對(duì)于當(dāng)前最先進(jìn)的5 nm 制程，整個(gè)加工線的任何一處受到污染都會(huì)導(dǎo)致最終產(chǎn)品良率大幅下降。因此，工程技術(shù)與科學(xué)探究本身攻關(guān)方向就有差異，前者解決好“壞問(wèn)題”，后者關(guān)心“有無(wú)問(wèn)題”。

芯片生產(chǎn)大致分為芯片設(shè)計(jì)、加工、封裝、測(cè)試四大環(huán)節(jié)，現(xiàn)代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)已經(jīng)形成四大分工的專業(yè)化企業(yè)，相比于行業(yè)中期產(chǎn)生的集設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、銷售于一身的整合元件制造廠（integrated device manufacture，IDM）模式，無(wú)工廠（fabless）芯片商和代工廠（foundary）合作模式已經(jīng)顯示出更強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力。芯片設(shè)計(jì)商根據(jù)市場(chǎng)需求，通過(guò)軟件設(shè)計(jì)和模擬出某一種功能模塊，之后送至專業(yè)加工廠（fab）進(jìn)行生產(chǎn)加工。傳統(tǒng)芯片制造通過(guò)半導(dǎo)體加工工藝完成，涉及8 個(gè)步驟數(shù)百個(gè)工藝步驟的組合［10］，主要步驟為晶圓制備、圖形與結(jié)構(gòu)加工、測(cè)試、封裝、驗(yàn)收測(cè)試等環(huán)節(jié)。晶圓是芯片加工的最基礎(chǔ)材料，其生產(chǎn)主要分為晶棒和晶片制造兩步，主要工序流程包括硅提純、單晶硅棒生長(zhǎng)、裁切與檢測(cè)、圓邊研磨、蝕刻拋光等步驟。其中，單晶硅棒生長(zhǎng)是整個(gè)過(guò)程的核心技術(shù)難點(diǎn)。單晶硅棒首先將提純處理后的多晶硅塊加熱到熔融態(tài)（1 414 ℃以上），保持溫度和熔融硅穩(wěn)定，通過(guò)旋轉(zhuǎn)拉伸特殊晶種（〈1.0.0〉方向）的方式引導(dǎo)晶棒生長(zhǎng)。在晶棒生長(zhǎng)初期，通過(guò)控制速度和溫度，使其逐漸橫向生長(zhǎng)到所需尺寸，當(dāng)前通用尺寸為8 寸和12 寸（1 寸約合3.33 cm）晶圓，之后逐步調(diào)整速度和溫度，以保持其直徑均勻；在晶棒長(zhǎng)度達(dá)到預(yù)定值后進(jìn)入尾部工序，通過(guò)提高溫度阻止晶棒繼續(xù)成晶生長(zhǎng)，最終實(shí)現(xiàn)晶棒與熔融硅完全分離和完全冷卻，從而完成整個(gè)工序。經(jīng)初步檢測(cè)與研磨后，柱狀晶棒的直徑更加均勻。接下來(lái)，通過(guò)金剛石顆粒鋸片對(duì)晶棒進(jìn)行分片處理。為了避免邊角鋒利導(dǎo)致崩裂而影響晶圓強(qiáng)度，需要利用研磨和蝕刻等工藝對(duì)整片邊緣進(jìn)行初步的粗糙度處理，經(jīng)多次反復(fù)處理后進(jìn)入到拋光工序，以達(dá)到半導(dǎo)體加工工藝所要求的電學(xué)和理化特性［11］，再經(jīng)清洗、風(fēng)干后，對(duì)其進(jìn)行尺寸、形狀、表面光潔度、平整度等技術(shù)指標(biāo)的成品檢驗(yàn)。

晶圓加工主要是在晶圓上構(gòu)造功能性模塊及其配套集成電路的工藝，具體加工方式根據(jù)不同的設(shè)計(jì)而不同，大體上通過(guò)曝光、顯影、蝕刻、離子注入、金屬濺鍍等步驟的交叉組合，最終在晶圓上完成數(shù)層電路及元件加工制作。晶圓加工完成后，晶圓上就形成了緊密排列的模塊陣列。通常，在同一片晶圓上只加工同一種模塊，但為了提高利用率，也有在一片晶圓上混合模塊加工的情況，即粗測(cè)后切片并將其中不合格部分剔除，最后將測(cè)試通過(guò)的小切片固定在塑膠或陶瓷基座上，并在封裝基座內(nèi)焊接芯片與引腳，最終通過(guò)規(guī)范排列引腳與外界連接。通過(guò)采取封裝技術(shù)可以有效保護(hù)芯片主體免于受到機(jī)械刮傷等其他外源性破壞。封裝后的測(cè)試，將作為芯片出廠后的指標(biāo)標(biāo)稱出來(lái)，配以使用說(shuō)明和一系列電氣特性參數(shù)列表，如消耗功率、運(yùn)行速度、耐壓度等。

為說(shuō)明芯片加工的核心技術(shù)點(diǎn)，以下用兩種設(shè)備工藝為例說(shuō)明。

（1）光刻技術(shù)。光刻技術(shù)是通過(guò)對(duì)光刻膠進(jìn)行選擇性曝光，從而改變其化學(xué)特性，在除膠液中溶解掉非目標(biāo)區(qū)域而形成微圖形，再以此圖形為基礎(chǔ)進(jìn)行刻蝕或蒸鍍工藝而形成金屬或半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，反復(fù)重復(fù)這一過(guò)程，最終在微納尺度上形成復(fù)雜堆疊結(jié)構(gòu)。商用光刻設(shè)備發(fā)展經(jīng)歷了接觸式曝光、接近式曝光和投影式曝光3 個(gè)階段［12］，其發(fā)展過(guò)程是隨著曝光波長(zhǎng)進(jìn)行更新?lián)Q代，目標(biāo)就是能夠曝光出更小的結(jié)構(gòu)圖形。其曝光波長(zhǎng)從436 nm 到365 nm（汞燈），再到248 nm（紫外光，DUV），進(jìn)而發(fā)展到目前最常用的193 nm（極紫外光，EUV），再到當(dāng)前熱點(diǎn)研究的13.5 nm 和6.x nm 深紫外光源系統(tǒng)［13］。當(dāng)前的光刻技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了物理極限，隨著光源波長(zhǎng)不斷縮小，極紫外光無(wú)法透射一般物質(zhì)，導(dǎo)致原有的透鏡聚光系統(tǒng)不再適用，替代方案為反射鏡光學(xué)系統(tǒng)；而在當(dāng)前的13.5 nm～6.x nm 光源方案中，常用薄膜對(duì)此波段吸收太強(qiáng)導(dǎo)致沒(méi)有可用的反射鏡材料，制約了其進(jìn)一步發(fā)展。

從整個(gè)芯片制造工序來(lái)看，光刻只是眾多工序中的一個(gè)，所用的設(shè)備也是為了滿足生產(chǎn)線的實(shí)際需求，然而商用光刻機(jī)本身就包括了一套復(fù)雜的系統(tǒng)，每個(gè)部分都涉及一整套工程化技術(shù)。如頂級(jí)光刻機(jī)生產(chǎn)商荷蘭ASML 公司的NEX:3100 設(shè)備，其所用光源來(lái)自德國(guó)Xtreme Technologies 公司（日本Ushio 旗下子公司），其他部件供應(yīng)商包括信邦電子股份有限公司、公準(zhǔn)精密工業(yè)股份有限公司、尼康株式會(huì)社等，同時(shí)它又是英特爾、三星、臺(tái)積電、英飛凌科技股份有限公司、中芯國(guó)際等公司的母機(jī)設(shè)備供應(yīng)商。顯而易見(jiàn)，在整個(gè)芯片生產(chǎn)鏈條中，光刻機(jī)是整個(gè)樹(shù)狀結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)之一，而每一個(gè)節(jié)點(diǎn)的技術(shù)能力都影響著下一節(jié)點(diǎn)的技術(shù)能力，同時(shí)，光刻機(jī)本身這一節(jié)點(diǎn)實(shí)際上更加預(yù)示著整套精密系統(tǒng)部件制造能力的先進(jìn)性，因此，我們?cè)谡務(wù)撆_(tái)積電生產(chǎn)線的先進(jìn)性時(shí)會(huì)著重關(guān)注配套的光刻機(jī)技術(shù)指標(biāo)，同樣在比較光刻機(jī)的制造能力時(shí)又會(huì)去比對(duì)更加細(xì)分的相關(guān)供應(yīng)商的技術(shù)能力。類似于芯片制造這種高科技產(chǎn)業(yè)鏈中，產(chǎn)業(yè)的技術(shù)實(shí)力客觀上并不是由某一家公司決定，而是由整個(gè)鏈條的整體實(shí)力決定。以此理論為基礎(chǔ)可得，對(duì)于中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)，并不能說(shuō)只要有了和ASML 或者臺(tái)積電同等級(jí)別的企業(yè)就說(shuō)明中國(guó)該產(chǎn)業(yè)實(shí)力雄厚。同時(shí)，我們也要認(rèn)識(shí)到，工程性技術(shù)由于其涉及面廣，其發(fā)展是一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程，需要投入的同時(shí)也需要耐心。

（2）刻蝕技術(shù)?？涛g技術(shù)是與光刻技術(shù)配合使用的技術(shù)之一，通過(guò)液體（濕法刻蝕）、等離子體（干法刻蝕）以及其他能夠?qū)Σ煌牧暇哂懈哌x擇比的化學(xué)物理過(guò)程，將通過(guò)光刻工藝預(yù)制好的圖形轉(zhuǎn)移到下層的技術(shù)。與光刻設(shè)備相比，刻蝕設(shè)備涉及精密技術(shù)不多，刻蝕技術(shù)的主要難點(diǎn)是設(shè)備工藝的重復(fù)性、均勻性和穩(wěn)定性，而這些技術(shù)追根究底都屬于材料技術(shù)范疇。例如干法刻蝕技術(shù)中，當(dāng)前比較先進(jìn)的是感應(yīng)耦合等離子（ICP）刻蝕設(shè)備，在半導(dǎo)體加工廠進(jìn)行流水線工藝過(guò)程中，由于這一工藝本身具有極強(qiáng)的腐蝕性，在刻蝕晶圓結(jié)構(gòu)的同時(shí)，其長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中對(duì)反應(yīng)腔體本身也會(huì)造成破壞，因此如何最大化降低腔體腐蝕、延長(zhǎng)更換周期進(jìn)而降低成本，成為該設(shè)備的主要技術(shù)難點(diǎn)。

刻蝕技術(shù)由于其設(shè)備技術(shù)相對(duì)成熟，因此，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中就是一種極其典型的工程技術(shù)探索過(guò)程。刻蝕工藝工程師要在滿足客戶要求的工藝探索的同時(shí)，需要在規(guī)定期限內(nèi)給客戶一個(gè)最終結(jié)論，也就是蝕刻工藝的最優(yōu)解或失敗的根本原因，這要求整個(gè)探索優(yōu)化過(guò)程需要完整記錄，并在所有的多維嘗試節(jié)點(diǎn)給出下一步探索的決策理由。這一過(guò)程基本上屏蔽了科學(xué)嘗試，對(duì)于這種多維空間探索最優(yōu)點(diǎn)的問(wèn)題，“地毯式”搜索是不現(xiàn)實(shí)的。以干法刻蝕工藝為例，一般涉及刻蝕氣體選擇、氣體組分比、工藝氣壓、抽速、電感耦合渦流功率、電容放電功率，對(duì)于某些特殊工藝會(huì)涉及更多的參數(shù)，多種參數(shù)集合在一起的工藝探索就是典型的多維度問(wèn)題，遍歷式探索是不現(xiàn)實(shí)也是沒(méi)必要的。更宏觀地看，芯片產(chǎn)業(yè)的問(wèn)題或多或少都與此類似，技術(shù)革新是需要人力、物力、時(shí)間的投入，并且通過(guò)科學(xué)的邏輯指導(dǎo)前進(jìn)的，再擴(kuò)展到整個(gè)社會(huì)或產(chǎn)業(yè)里，產(chǎn)業(yè)升級(jí)就意味著整體人員素質(zhì)的提高、大量有針對(duì)性的資金投入以及合理的預(yù)期和規(guī)劃。

3 辨析技術(shù)與工程：解鎖中國(guó)芯片產(chǎn)業(yè)的潛力

芯片制造產(chǎn)業(yè)涉及面廣、技術(shù)要求高，中國(guó)政府對(duì)于其“卡脖子”問(wèn)題非常重視，但在制定產(chǎn)業(yè)政策、指導(dǎo)投資、調(diào)整人才政策、引進(jìn)外資等一系列舉措中，往往容易忽略市場(chǎng)這一核心問(wèn)題，更容易陷入追求數(shù)據(jù)的誤區(qū)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2017 年以來(lái)中國(guó)每年都有相當(dāng)多企業(yè)利用芯片概念融資騙補(bǔ)而被直接吊銷或注銷營(yíng)業(yè)執(zhí)照，并且這一數(shù)量逐年大幅增加，僅在2022 年當(dāng)年，這個(gè)數(shù)量是5 746 家［14］。通借鑒美、歐、日、韓等國(guó)家和地區(qū)的經(jīng)驗(yàn)，中國(guó)半導(dǎo)體相關(guān)產(chǎn)業(yè)整體不斷發(fā)展，但一般采用統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)僅圍繞數(shù)字和頭部企業(yè)的相關(guān)政策性研究這一過(guò)程容易陷入誤區(qū)，只談數(shù)字或只看最尖端技術(shù)容易導(dǎo)致以偏概全的不當(dāng)導(dǎo)向，這也是導(dǎo)致社會(huì)輿論出現(xiàn)“超過(guò)臺(tái)積電、高通企業(yè)等就完成半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)構(gòu)筑與升級(jí)”的謬論。所有產(chǎn)業(yè)發(fā)展都是多方面的，而中國(guó)的優(yōu)勢(shì)是龐大的市場(chǎng)規(guī)模和齊備的工業(yè)鏈條。數(shù)據(jù)顯示，2022 年中國(guó)芯片產(chǎn)量為3 241.9 億顆，僅占世界總產(chǎn)量的5.7%，而根據(jù)《全球電子產(chǎn)業(yè)主要國(guó)家生產(chǎn)動(dòng)向分析報(bào)告》，在同期下游全球電子產(chǎn)業(yè)占比排名中，中國(guó)以37.2%的占比位居榜首，美國(guó)僅為12.6%［15］，相比之下，中國(guó)呈現(xiàn)出上下游倒掛局面。中國(guó)市場(chǎng)巨大，生產(chǎn)力持續(xù)發(fā)展會(huì)使市場(chǎng)進(jìn)一步壯大，這意味著未來(lái)市場(chǎng)潛力更大，且中國(guó)巨大的單一市場(chǎng)（相同的語(yǔ)言、文化，人口數(shù)量大）意味著趨同的使用習(xí)慣決定了市場(chǎng)上的產(chǎn)品品類和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)相同，大大降低了本土企業(yè)的發(fā)展成本，這一市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)是除了美國(guó)以外的其他半導(dǎo)體強(qiáng)國(guó)所不具備的，因此可以說(shuō)中國(guó)是民族半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一片沃土。對(duì)于中國(guó)芯片制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展的條件，則是有每年大量的高校理工類畢業(yè)人才（據(jù)中國(guó)工程院咨詢研究項(xiàng)目“世界頂級(jí)工學(xué)院戰(zhàn)略研究”結(jié)果，中國(guó)每年工科畢業(yè)生占世界1/3，數(shù)量上全球第一［16］）、全面覆蓋的工業(yè)基礎(chǔ)（據(jù)聯(lián)合國(guó)產(chǎn)業(yè)分類類別，現(xiàn)代人類工業(yè)體系有39 個(gè)大類，細(xì)分為191 個(gè)中類，再進(jìn)一步分為525 個(gè)小類，中國(guó)是目前唯一掌握525 個(gè)工業(yè)門類的國(guó)家［17］，世界上缺乏門類較少的國(guó)家主要是美國(guó)、日本）、國(guó)家產(chǎn)業(yè)鼓勵(lì)政策和巨額資金投入等，這意味著中國(guó)當(dāng)前已經(jīng)具備了發(fā)展半導(dǎo)體工業(yè)的相對(duì)優(yōu)勢(shì)。工業(yè)發(fā)展是一項(xiàng)高投入、回報(bào)周期長(zhǎng)的過(guò)程，高科技含量的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的這一特點(diǎn)更是突出，美國(guó)硅谷從1909 年啟動(dòng)至今也經(jīng)歷了一百多年的持續(xù)性投入與發(fā)展，因此，我們更需要保持經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和國(guó)家穩(wěn)定，才能在中長(zhǎng)期的芯片制造產(chǎn)業(yè)形成對(duì)其他國(guó)家超越的預(yù)期。

要想將中國(guó)芯片產(chǎn)業(yè)的整體水平提高到一個(gè)新的高度，應(yīng)該注意從哲學(xué)的維度去把握，從技術(shù)和工程兩個(gè)角度動(dòng)態(tài)思考這一產(chǎn)業(yè)發(fā)展問(wèn)題。陳昌曙教授［18］認(rèn)為，工程和技術(shù)往往被混為一談，似乎工程就是技術(shù)、技術(shù)就是工程，但從實(shí)質(zhì)上講，工程與技術(shù)之間存在不可忽視的差別，其中工程有其相對(duì)獨(dú)立性，需要對(duì)工程問(wèn)題做專門的探討。工程不僅單指技術(shù)，還包括經(jīng)濟(jì)、管理等諸多方面，而技術(shù)不能統(tǒng)攝造物活動(dòng)的所有領(lǐng)域，因?yàn)楣こ绦缘恼{(diào)配和利用也是造物過(guò)程，工程只有在工程的事實(shí)域中才能成為可能［19］。在中國(guó)芯片產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展領(lǐng)域，更要理解好技術(shù)與工程之間的辯證關(guān)系，不能僅僅因?yàn)樗鼈冎丿B的表象就將其混為一談，只有這樣才能真正破解中國(guó)芯片產(chǎn)業(yè)升級(jí)的時(shí)局迷霧。

首先，技術(shù)追求先進(jìn)性，而工程更多地去追求適用性，尤其是針對(duì)芯片的發(fā)展創(chuàng)新來(lái)說(shuō)，這兩種取向存在著區(qū)別。技術(shù)創(chuàng)新的要求是要將可能的生產(chǎn)力現(xiàn)實(shí)化，追求先進(jìn)性是技術(shù)發(fā)展的取向，更多的是在追求技術(shù)極致化的先進(jìn)性發(fā)展，如通過(guò)二極管的方式進(jìn)行計(jì)算自動(dòng)化的嘗試。而工程創(chuàng)新與技術(shù)創(chuàng)新是一種辯證關(guān)系，兩者之間既有相同又有不同：技術(shù)創(chuàng)新是工程創(chuàng)新的基礎(chǔ)，也是影響工程創(chuàng)新水平的重要因素；但工程的創(chuàng)新仍然有其自身規(guī)律，更重視適用性，其適用性、有效性比工程的技術(shù)先進(jìn)性更適合生產(chǎn)。因此，在工程創(chuàng)新過(guò)程中，在許多情況下，都要選擇適用的、成熟的技術(shù)，而不是貿(mào)然選用最先進(jìn)的創(chuàng)新性技術(shù)。如當(dāng)前量子芯片技術(shù)雖然百家爭(zhēng)鳴，但到底選擇哪一種體系的芯片作為未來(lái)量子計(jì)算機(jī)原型機(jī)的核心芯片方案，在工程上仍無(wú)法給出定論，因?yàn)槟壳暗男酒阅軘?shù)據(jù)還不足夠有說(shuō)服力，如比特?cái)?shù)最多的是超導(dǎo)約瑟夫森結(jié)方案、相干時(shí)間最長(zhǎng)的是離子體系方案、傳輸距離最遠(yuǎn)的是光子體系方案等等。那么，如何選擇合適的技術(shù)，或者說(shuō)在什么時(shí)候和什么條件下選擇最新技術(shù)對(duì)于工程創(chuàng)新至關(guān)重要［20］。更進(jìn)一步說(shuō)，工程活動(dòng)需要考慮的因素還包括文化、法律、生態(tài)、倫理等，所以，工程的最優(yōu)解更需要考慮社會(huì)利益、生態(tài)利益等問(wèn)題。在芯片制造領(lǐng)域，中國(guó)與其他半導(dǎo)體技術(shù)強(qiáng)國(guó)的區(qū)別在于，中國(guó)半導(dǎo)體技術(shù)進(jìn)步是關(guān)系到全國(guó)人民福祉的，國(guó)家的政策制定偏向于提高老百姓生活水平，而對(duì)于老牌資本主義國(guó)家，其產(chǎn)業(yè)政策更側(cè)重資本的趨利性，兩種出發(fā)點(diǎn)偏向性雖然不同，但外在表現(xiàn)是相同的。究其本質(zhì)區(qū)別，原因在于，當(dāng)產(chǎn)業(yè)步入“夕陽(yáng)”時(shí)，資本會(huì)毫不猶豫拋棄此項(xiàng)技術(shù)的繼續(xù)發(fā)展，而從人民所需出發(fā)的中國(guó)卻能夠從更長(zhǎng)期、更宏觀的效益進(jìn)行考量。這也是發(fā)達(dá)國(guó)家去工業(yè)化趨勢(shì)的原因之一。

其次，芯片產(chǎn)業(yè)的核心在于其研發(fā)環(huán)節(jié)，其中技術(shù)和工程兩個(gè)方面各有特色。技術(shù)涉及具體的方法、工具和流程，是為實(shí)現(xiàn)某一目標(biāo)而采用的手段；而工程則是一個(gè)更全面的框架，它包括規(guī)劃、設(shè)計(jì)、實(shí)施技術(shù)，并將其商業(yè)化以滿足市場(chǎng)和用戶的具體需求。實(shí)驗(yàn)室的研發(fā)是技術(shù)創(chuàng)新的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，但將這些技術(shù)突破成功轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用和商業(yè)產(chǎn)品仍面臨諸多挑戰(zhàn)。這種轉(zhuǎn)化過(guò)程可以被視為技術(shù)的工程化，中國(guó)在芯片制造領(lǐng)域的挑戰(zhàn)正是這一工程化過(guò)程中所遭遇的瓶頸。由于中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展起步晚，相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)科研院所的前沿研究?jī)?nèi)容與中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)當(dāng)前發(fā)展所遇到的實(shí)際問(wèn)題相距甚遠(yuǎn)，前沿研究具有導(dǎo)向性，需要圍繞世界前沿技術(shù)問(wèn)題開(kāi)展，而中國(guó)相對(duì)落后的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)程距離這一階段尚有距離。

合理地研究與工程的結(jié)合是解決這一矛盾的有效助力。這個(gè)過(guò)程涉及了從科學(xué)到技術(shù)到工程、直到社會(huì)應(yīng)用和倫理生態(tài)等諸多復(fù)雜環(huán)節(jié)，其中最重要的技術(shù)包括以下幾個(gè)部分：一是實(shí)驗(yàn)室技術(shù)?，F(xiàn)代實(shí)驗(yàn)室是進(jìn)行實(shí)驗(yàn)/試驗(yàn)的場(chǎng)所，實(shí)驗(yàn)室的技術(shù)成果主要是技術(shù)專利、技術(shù)新知識(shí)、樣品等，如IBM、谷歌、阿里巴巴等科技大企業(yè)的研發(fā)投入大多集中于此，但有些實(shí)驗(yàn)室技術(shù)并不意味著一定能投入生產(chǎn)，可能只是代表著能在實(shí)驗(yàn)中成功的技術(shù)。二是中間試驗(yàn)技術(shù)。中間試驗(yàn)技術(shù)是指把實(shí)驗(yàn)室的成果放在特定運(yùn)行位置上進(jìn)行試驗(yàn)，以取得各項(xiàng)工藝參數(shù)，確定產(chǎn)品規(guī)格、質(zhì)量，測(cè)試工藝的穩(wěn)定性，以及解決技術(shù)工程化和商業(yè)化過(guò)程中可能遇到的技術(shù)問(wèn)題［21］。中間試驗(yàn)是一種過(guò)渡性準(zhǔn)備的實(shí)驗(yàn)，關(guān)系到技術(shù)轉(zhuǎn)化和擴(kuò)散的關(guān)鍵，是達(dá)成工程化的前提。很多國(guó)家已經(jīng)著手建立專注中間試驗(yàn)的專業(yè)機(jī)構(gòu)，如日本的產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所。三是商業(yè)技術(shù)。技術(shù)產(chǎn)品投放到商業(yè)中同樣需要商業(yè)技術(shù)，商業(yè)化技術(shù)主要是指批量生產(chǎn)的，可獲得經(jīng)濟(jì)價(jià)值、社會(huì)價(jià)值的技術(shù)，主要包括品牌確定技術(shù)、推廣使用技術(shù)、產(chǎn)品使用技術(shù)、經(jīng)濟(jì)效益擴(kuò)大的營(yíng)銷技術(shù)以及市場(chǎng)信任度、美譽(yù)度的顯示技術(shù)等［22］?？偟膩?lái)說(shuō)，技術(shù)方法與工程方法也是一種辯證的關(guān)系，既相互區(qū)別又互相聯(lián)系。

最后，要想破解中國(guó)芯片產(chǎn)業(yè)升級(jí)的時(shí)局迷霧，還需要關(guān)注到工程與技術(shù)之間的協(xié)同關(guān)系。雖然工程和技術(shù)存在差異，但它們?cè)谛酒a(chǎn)業(yè)發(fā)展中是相互依存、相互促進(jìn)的：技術(shù)的創(chuàng)新需要通過(guò)工程的落地實(shí)現(xiàn)商業(yè)化價(jià)值，而工程的實(shí)踐過(guò)程也需要不斷地推動(dòng)技術(shù)的進(jìn)步。因此，芯片產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需要以技術(shù)和工程的協(xié)同為基礎(chǔ)，不斷進(jìn)行技術(shù)和工程的交叉融合，形成新的創(chuàng)新思路和創(chuàng)新模式。要想將中國(guó)芯片產(chǎn)業(yè)整體水平提高到一個(gè)新的高度，需要從哲學(xué)的維度去把握，認(rèn)識(shí)到技術(shù)與工程之間的差異和協(xié)同關(guān)系，注重技術(shù)創(chuàng)新和工程實(shí)踐的統(tǒng)籌發(fā)展，以及推動(dòng)科研院所和產(chǎn)業(yè)界的深度融合，共同推動(dòng)中國(guó)芯片產(chǎn)業(yè)的升級(jí)發(fā)展?？偟膩?lái)說(shuō)，工程包含著更多的內(nèi)容，技術(shù)更多是能體現(xiàn)在工程之中，但又不是說(shuō)工程領(lǐng)域完全包括技術(shù)的方方面面，兩者是存在差異性、在生活世界中的統(tǒng)一。

4 結(jié)論與啟示

本研究深入分析了芯片制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展特點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)了技術(shù)與工程之間的關(guān)系，為中國(guó)芯片產(chǎn)業(yè)的未來(lái)發(fā)展提供了有關(guān)見(jiàn)解供參考。首先，芯片制造業(yè)的發(fā)展表現(xiàn)為從綜合企業(yè)向?qū)I(yè)化企業(yè)的轉(zhuǎn)變，反映了高科技產(chǎn)業(yè)多學(xué)科融合的特征。芯片制造行業(yè)涵蓋芯片設(shè)計(jì)、晶圓加工、封裝測(cè)試等多個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)核心技術(shù)有著高要求，如光刻和刻蝕等反映了系統(tǒng)化精密裝備和重復(fù)性工藝。其次，技術(shù)和工程在芯片制造中扮演不同但協(xié)同的角色，技術(shù)研發(fā)側(cè)重創(chuàng)新，而工程研發(fā)注重實(shí)際應(yīng)用，兩者之間的辯證關(guān)系需要協(xié)同發(fā)展。中國(guó)有著龐大的市場(chǎng)和雄厚的工業(yè)基礎(chǔ)，為民族芯片產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了機(jī)遇，但必須正確理解技術(shù)與工程的關(guān)系，把握產(chǎn)業(yè)規(guī)律和特征。

根據(jù)以上結(jié)論，提出建議如下：首先，要認(rèn)識(shí)到芯片制造業(yè)的長(zhǎng)鏈條特點(diǎn)，不斷改善和優(yōu)化創(chuàng)新環(huán)境，促進(jìn)技術(shù)不斷創(chuàng)新。其次，應(yīng)注重工程技術(shù)研發(fā)，以滿足實(shí)際產(chǎn)業(yè)需求，推動(dòng)產(chǎn)學(xué)研深度協(xié)同；同時(shí)，應(yīng)支持專業(yè)化分工，提升產(chǎn)業(yè)鏈水平，還要把握產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)律，引導(dǎo)資本與產(chǎn)業(yè)相互協(xié)同，避免盲目投資。最后，要綜合考慮全局，促進(jìn)區(qū)域協(xié)同創(chuàng)新，以推動(dòng)整個(gè)產(chǎn)業(yè)的協(xié)同發(fā)展。

總之，本研究通過(guò)深入剖析芯片制造產(chǎn)業(yè)，強(qiáng)調(diào)了技術(shù)與工程之間的關(guān)系以及產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)律的重要性，以期為中國(guó)芯片產(chǎn)業(yè)的未來(lái)提供理論和政策支持。通過(guò)正確的政策和戰(zhàn)略，中國(guó)有望在全球芯片制造領(lǐng)域取得更大的成功，提高其國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。