突破技术瓶颈 “中国芯”走向世界——团队实力攻克半导体材料加工“卡脖子”难题

作者: 发布时间:2023-12-05 点击数量:

(重庆工业职业技术学院)

科技是第一生产力、人才是第一资源、创新是第一动力。党的二十大报告强调,加快实施创新驱动发展战略,加快实现高水平科技自立自强,以国家战略需求为导向,集聚力量进行原创性引领性科技攻关,坚决打赢关键核心技术攻坚战。

责任如磐,使命在肩。重庆工业职业技术学院借国家“双高计划”高水平高职学校专业之势,聚博士团队复合型高技术技能人才之能,立足重庆地区支柱产业之特色,成立项目攻坚团队,破解了芯片制造中12英寸半导体行星片的倒角机研发的“卡脖子”技术难题。

一、行业、产业背景

全球化下、国之重任。全球芯片仍然处于严重短缺的状态,提升芯片制造产能成为全球半导体产业发展的关键。中国如今正朝着制造强国和科技大国迈进,芯片制造产业对于提升国家竞争力和安全有重要意义。

市场限制,技之所需。在半导体晶圆的加工工艺中,对晶圆边缘磨削是非常重要的一环,对晶圆边缘进行倒角处理,可以防止晶圆边缘破裂及晶格缺陷产生,可使后续工序加工的合格率大幅提高。现有的半导体装备不能满足国内半导体企业生产需求,而半导体高精装备主要由国外垄断,导致国内半导体企业生产能力严重受限。我国半导体材料加工厂家大多使用日本东精精密产的W-GM系列倒角机和大途株式会社的WBM系列倒角机,不仅售价高昂,设备维护及升级等方面均受国外厂家束缚及受国际环境影响,还随时面临设备技术断供的风险。

关键核心技术是要不来、买不来、讨不来的。重庆超硅半导体有限公司针对半导体材料加工核心技术“卡脖子”难题,在了解到重庆工业职业技术学院智能装备研发科技创新团队的研发优势后,主动与学校寻求合作,进行半导体行星片的倒角机开发。经过前期市场调研和能力评估,发现半导体行业项目研究既符合当前市场企业发展需求,有利于提升我国关键技术的国际化水平,同时对职业教育发展方向起着重要指导作用。

此背景下,双方协同合力解决我国在半导体晶圆生产过程中的晶圆加工设备紧缺问题。

二、参与的有关主体

(一)高校主体——重庆工业职业技术学院

作为全国职业教育先进单位、国家双高计划建设学校、全国首批28国家示范性高等职业院校、国家职业教育产教融合项目学校、重庆市优质高等职业院校项目建设单位,学院坚持团队引领,深化产教融合、科教融汇,打通校企合作壁垒。在刘蒙恩博士的带领下,成立智能装备研发科技创新团队,主要研究方向包括汽车零部件测试方法与测试设备、自动焊接装备、半导体相关智能测试设备等。

(二)企业主体——重庆超硅半导体有限公司

重庆超硅是由国资控股的混合所有制高新技术企业,定期关注项目进度,派出技术人员与团队成员进行技术交流, 对研发的设备进行验证,组织专家评审鉴定,确保设备能够满足实际应用需求。

三、主要举措:

(一) 锻造核心“智囊团” 多元协同进中突破

人才强,则科技强,人才兴,则科技兴,要实现科技自立自强、产业自主可控,首要加强对战略人才力量的系统性布局。配强攻坚队,2021年在刘蒙恩博士的带领下,依托学院专业特色,结合技术难题,成立了项目攻坚团队。凝聚智囊团,以项目研发特色组建了由教师、学生、企业技术人员共同参与的跨专业、跨学院、跨领域的混编创新多元化团队,成员具有机械、电气等相关专业资深背景,多名教师拥有丰富的企业工作经验。激活动力源,完善团队运行机制,在半导体行星片的倒角机研发项目的开发过程中,团队成员扬优势、共探索、求新解,以整体协同促效率提升取得突破,不仅顺利攻克半导体材料加工“卡脖子”难题,而且实现产学研创新团队良性循环发展。

(二)项目驱动“加速跑” 突破极限树立标杆

破解难题需要智慧和耐心,更需要敢于担当的勇气。“面对困难不退缩,面对挫折不气馁,发扬钉钉子精神,一锤接着一锤敲,一项接着一项干。”团队负责人刘蒙恩以敢于正视难题的勇气和早日破解难题的决心,接下了半导体行星片的倒角机研发的项目。创新项目驱动法,树立团队共同目标,引领团队成员参与项目研发全过程,包括对国外半导体行星片倒角机进行分析、需求分析、晶圆倒角机各运动单元的机械结构设计、运动控制算法设计、设备调试、交付等。担项目研发之责,受交付压力之迫,团队成员主动学、积极研、创新做,在实践中不仅掌握了知识,打造了团队的标杆项目,又提高了整体创新能力。

(三)塑造独特“研发线” 以评促研跳得更高

审时度势,不负韶华,既谋划长远,又干在当下。从顶层设计、在高处蓄力,通过半导体行星片的倒角机研发项目实践,塑造了一整套独特的项目研发路线,包括前期对标、用户调研、项目计划、技术研发、产品设计开发、产品验证、反馈评估及优化等内容。借助这一流程建立高效运作的创新团队,并提升团队的设计开发能力、验证能力、协作能力、交流沟通能力等。在过半导体行星片的倒角机项目研发过程中进行全过程评价,最后再通过企业组织专家对产品进行评估验证,实现评价指标的多元化,使评价结果更为科学。

四、取得的成果成效

(一)研发成果国际先进 助推我国半导体行业领跑全球

时间流逝不舍昼夜,前进航程击鼓催征。项目攻坚团队经过两年多地努力,顺利开发了单晶硅晶圆倒角机控制软件,完成了晶圆倒角机20万转电驱主轴技术、晶元外径画像处理测量方法等研究工作,试制了0.001mm高精度单晶硅晶圆倒角机原型机。设备实现了晶圆的研磨、清洗、检测、传输和设备自检的一体化,且通过“互联网+”的手段实现了远程控制、远程报错和数据互通。经专家评审鉴定,该产品在与国外同类装备进行参数对比中,优于全球行业同类产品,达到了国际先进水平。

(二)形成科教融汇新路 积极培育国家战略人才力量

把牢改革发展“方向盘”,下好逆势转型“先手棋。在半导体行星片的倒角机研发项目的实施过程中,学校和企业的资源进行了有机结合,共同推进人才培养和科技创新。学校充分发挥高校培养基础研究人才主力军作用,制定出更为科学、实用的教学计划和培养方案。同时,企业借助学校的资源和人才优势,开展技术创新、成果转化等多种形式的合作,实现互惠互利的良性循环,促进了双方的融合与创新,共同推动了产学研结合,为培养高素质的创新人才提供坚实的支持和保障。

   (三)打造流程化新机制 形成提质增效可鉴经验

探索形成了产学研跨界的技术研发机制,建立了项目研发标准化管理流程,创新性地打造了完整的产学研创新团队建设方案与评估体系,提出了标准化项目研发步骤,建立了产学研三位一体实践教学基地,推动产教融合、科教融汇。

(四)以实力致胜 口碑与荣誉双赢齐飞

以实力破局,以口碑致胜。目前,团队与国内半导体企业签订12套倒角机700万技术研发合同,取得了5项实用新型发明专利,“半导体行星片的倒角机装备研发”项目获推第七届全国职工优秀技术创新成果。

五、解决的产业问题

破自主研发瓶颈,促进国产品牌振兴。项目的成功不仅为国内半导体企业解决了燃眉之急,又填补了我国在半导体高精度装备领域的空白,使自主研发、生产能满足我国半导体产业发展需要的高端制造装备成为可能,促进我国半导体产业的技术进步与可持续发展。

降企业生产成本,赢得市场激发活力。据不完全统计,我国每年约需从国外进口半导体高精度装备高达150亿美元。本项目的成功实施,可以充分利用国产半导体高精度装备在性价比方面的优势,以具有自主知识产权的国产产品替代进口产品,使半导体高精度装备能逐步占领国内市场,替代进口并出口、创汇,为国内半导体生产企业提高产能,降低生产成本,赢得市场激发市场活力。