「芯人物」王晖：深耕产业三十年 成就“学霸级工匠”

大家好，「芯人物」王晖：深耕产业三十年 成就“学霸级工匠”很多人还不知道，现在让我们一起来看看吧！

【本期人物】王晖，盛美半导体设备（上海）股份有限公司董事长。1978年考入清华大学精密仪器系，1984年赴日本大阪大学主攻半导体设备及工艺的工学硕士及博士。毕业后先入美国辛辛那提大学电机系纳米实验室从事博士后研究，后在美国硅谷从事半导体设备及工艺研发工作。1998年，在硅谷创办ACM Research，发明多阳极局部电镀铜、无应力铜抛光技术及工艺。2006年，带队归国二次创业。带领团队先后开发出SPAS、TEBO、Tahoe等全球领先的半导体清洗技术及设备，已凭借技术优势进入SK海力士、长江存储、华虹集团、中芯国际等国内外半导体制造商的生产线。2017年，盛美半导体在美国纳斯达克成功上市，现正推动公司在科创板上市。

盛美半导体设备（上海）股份有限公司董事长王晖

台积电诞生至今历经33个春秋、高通专注无线通信研发已有35年、至少经过三代人的精耕细作才有了今天的三星、英特尔的历史更是长达52年……历史的长度并不一定代表一家企业的高度，但毋庸置疑的是，半导体产业是一个绝对的“慢”行业。不同于求快求变的互联网行业，半导体产业需要漫长的技术积累、工艺积累，更需要几十年如一日深耕产业的“大国工匠”。而王晖无疑就是这样一名“学霸级工匠”。从1978年考入清华大学至今，王晖大半辈子都在做一件事：跟半导体设备打交道。

清华园传承

1977年，平地一声惊雷，中断了十年的高考制度恢复，上山下乡、靠工厂推荐上大学成为历史。那一年，王晖正读高一。“很突然，很振奋，人生的拐点在那一刻开始了。”他这样形容高考制度的恢复。

他无疑是幸运的，毕竟若非政策来得及时，他可能已经到农村、工厂了，再没时间用来复习。那时候高中只有两年，高二就会迎来高考。这意味着刚刚得知恢复高考的消息第二年，王晖和同学们就要走进高考的考场。

时间很紧张，据他回忆，当时学校把最好的老师集中起来，组织重点班进行突击学习。经过一年多努力，王晖以贵阳四中第一的成绩考入清华大学精密仪器系。当时他所在的贵阳市只有3名考生考入清华，整个贵州省那年考入清华的学生不过15名。

说起被清华精密仪器系录取，中间还有一段小插曲。事实上最初王晖并没有报考清华，他第一志愿填报的是当时最炙手可热的北大物理系，第二志愿则报了浙大。虽然成绩优异，但由于患有轻微色弱，不利于日后学习查看光谱，所以王晖被认为并不适合学习物理。于是，北大招生老师考虑其数理化的高分将他推荐给了招待所同屋的清华招生老师。恰好当年清华招生专业中精密仪器系对色弱没有限制。

于是，清华招生老师亲自到王晖家走访沟通，才让他最终进入清华精密仪器系。提起这段往事，王晖笑着说：“好像一到关键时刻，就有贵人相助。”

当时清华大学实行五年制，先用两年多时间学习数学、物理、化学等基础学科，第三年开始学习专业课，第五年进行毕业设计。这种严谨、踏实的培养方式为王晖日后在工科领域的深入发展打下了坚实的理论基础。他举例说：“当时我们学微积分，要选苏联最厉害的吉米诺维奇的习题来做，要做上千道微积分练习题。直到现在微积分在工作中也很少被用到，但那种思维训练根植下来受用无穷。”

回忆起在清华的学习，王晖充满感激：“清华当时有一批学风严谨、脚踏实地的老师，他们是解放后的第一代大学老师，得到了老一辈大师的栽培、熏陶与传承，对我们的教育非常到位，非常认真。那时候晚上6点开始答疑，老师们常常答疑到晚上11~12点才休息。”

除了在理论层面筑牢根基之外，清华也不乏对动手能力的培养。王晖介绍说：“当时做精密仪器，还让学生亲自操作车、洗、磨床等工序，学生们都有涉猎。我的机床加工手艺还是很不错的，在实验加工车间做的机械零件‘艺术品’还拿过头奖。”

初识半导体设备

1984年，王晖凭借优异的成绩获得了清华大学代招的教育部公派留学日本的指标，当时一共有4个名额。就是在那里他机缘巧合之下第一次接触到了半导体设备及工艺。

最初王晖与另一名来自清华精密仪器系的留学同学报名的是日本东京大学精密工学科工业机器人专业。不过，他们原定跟随的教授即将退休。于是，这名教授将王晖推荐到了同为七个帝国大学之一、且以精密工学研究见长的大阪大学。这次意外转学也带给王晖一次重新选择研究方向的机会。

由于非报考入学，大阪大学并不了解王晖个人的志愿。为此，大阪大学安排了7名导师对他们进行针对性的面试交流及双向选择。通过交流，王晖发现，自己原先想学习研究的工业机器人方向，理论已经成熟，在学校研究意义不大。这时，一位名叫森勇藏的教授的研究方向引起了王晖的注意。森勇教授所从事的方向是半导体精密加工和半导体设备。

上世纪八十年代，正是日本半导体生产与研发的鼎盛时期。日本学术界也掀起了半导体设备热，不少大学教授从精密加工转而研究半导体设备。彼时中国尚无半导体设备专业，半导体设备对于王晖来说是个全然陌生的名词。但在森勇教授的指导下，王晖开始了对半导体设备的研究，并用5年时间成功取得了工学硕士和博士学位。硕士时期，他做了化学机械抛光（CMP）的研究，博士期间他主要研究离子注入及表面的改质。

如果说清华大学5年的培养让王晖夯实了理论基础，那么大阪大学的五年学习则是对他动手能力的极大锻炼。王晖说道“我在日本做设备学博士的时候，基本上上课时间可能只有10％，80％-90％的时间都在做研究，而研究中起码有70％的内容是‘干活’——设计、装配机器、做实验等。”

前人得出的实验结果、推导定理当然是正确的，但纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行，如果不自己亲自做，实验过程中遇到的误差等各类情况就不会被意识到。

谈到在大阪大学的学习，王晖不无感慨：“如果没有当时的训练，不可能有现在的盛美。”在他看来，从小学到大学的学习是一个理论联系实践的过程，而大阪大学的培养则是从实践回归理论的溯源，极大地深化了自己对事物本质的理解。这一点对他后来创业以及公司运营过程中，研究选题的确定和问题的及时解决非常重要。

直到如今，盛美研发都受益于此，从研发立项到产品产出速度非常快，出错率较低且出错之后应对速度快。对于一家科技密集型创业公司来说，能否找准战略路线、把握好研发方案、考虑好可行性、开发过程中快速发现问题及解决问题关乎企业的生存及发展。“当年在日本的这段学习对后来公司（盛美）的发展有非常决定性的影响。”王晖如是说。

那一代人做实验的功底扎实程度几乎是今天绝大多数学子无法想象的。王晖介绍说，当时实验经费有限，他做离子研究实验时，连电源都是自己做的。他还举了这样一个例子：“用计算机计算离子的轨道，很多国家的大学都是购买成熟软件，输入初始及边界条件直接用，但当时日本学校为了节省经费就自己开发软件。采用电磁场公式推导离子在电磁场里的轨道方程式并自己编写软件Fortran程序，再到大阪大学计算中心对离子轨道进行精确模拟，最后才开始设计离子注入机。”基本上，从电源到软件，再到画机械图、做离子枪、离子镜头，全都是自己动手。5年的时间是熬人的过程，也是难得的积累经验的历练，获益匪浅。

到行业最先进的地方从事研究

在日本完成博士学业之后，王晖决定到半导体设备产业历史最悠久也更有发展潜力的美国去进一步发展。

在那里，他先是去了辛辛那提大学。在电机系的纳米实验室施特克尔教授名下进行了一年多的博士后研究。后加入新泽西的一家公司并顺利拿下NASA等机构的2个中小企业研究基金项目（SBIR）。1993年，他加入了Quester Technology公司，主要从事大气压CVD设备及工艺相关工作，从工艺工程师到研发部经理，期间获得6项美国专利，为该公司解决了CVD热板温度不稳定、温度不均匀等问题。带领技术团队成功将TEOS/03 CVD 5800系统由Alpha转移至Bete系统及后来的APT-5800生产系统，并完成Model Ⅱ（APT-5850）的2个项目（TMB与热挡板）。

1998年是半导体发展史上极不平凡的一年。就在这一年9月，IBM宣布推出世界上第一个采用铜金属材料的微处理器，半导体制程工艺由铝互连进入铜互连时代。由于在大阪大学期间系统学习过精密镀铜、电抛光、CMP等内容，王晖敏锐地意识到机会来了。

他创造性地提出了可用于超薄仔晶层的多阳极局部电镀铜（Multi Anode Partial Plating）技术，并找到天使投资10万美元和创业团队将想法付诸实施。

ACM Research于焉诞生。

多阳极局部镀铜技术的研究非常顺利，该技术的完成为ACM Research带来1400万美元的风险融资。然而，这项至今领先世界的技术在当时太过超前。彼时半导体制程工艺刚刚达到180nm节点，IBM的研究工程师告诉王晖该技术要到30nm以后才可能投入应用，180nm、130nm、100nm、90nm……太多代制程工艺横亘其间，让王晖不得不将该技术暂时搁置，转而研究起了与电镀反向的电抛光。研究成果就是后来颇受英特尔及LSI Logic青睐的无应力铜抛光(Stress Free Polishing)技术及工艺。

无应力铜抛光技术与CMP不同，其最大的特点是无应力，在抛光过程中对铜线也就不会有损伤，可用于超低k介电质（k<2）。众所周知，每个芯片内部会容纳多个不同的逻辑电路层，电路层之间不可避免地存在寄生电容，不仅影响芯片的速度，也对工作可靠性构成严重威胁，而减少电介质k值可以减小电容的容量，降低寄生电容，提升芯片性能。制程工艺进入130nm以下之后超低k介电质已经成为业界绕不过去的课题。由于超低k材料结构松软，使CMP变得艰难，还导致成品率下降和成本上升。

王晖团队研发的无应力铜抛光(SFP)技术可以有效解决这个问题。这项技术完成之后，很快引起英特尔及LSI Logic等公司的注意，先后成功卖出2台设备。然而，与多阳极局部镀铜技术一样，这项技术太过前沿，还不到市场化应用阶段，毕竟即使解决了抛光环节，尚没有相应技术可以解决超低k材料封装问题。这让ACM Research陷入一种尴尬境地，要么“卖身”给大企业，要么寻求更多投资。王晖一度考虑过把ACM Research卖掉。但如前所述，ACM Research掌握的两项技术前沿且有意义，却尚未迎来市场，这让其在谈判中很难拿到有吸引力的估值。于是王晖最终放弃卖公司，转而开始寻找投资。

落户上海二次创业

就在此时，王晖见到了访问硅谷的上海半导体产业代表团。以此会面为开端，王晖与上海市政府、国内半导体产业界进行了深入地交流，并最终促成了盛美半导体2006年落户上海。

事实上，在落户上海之前，王晖也曾接触过不少亚洲其他国家及中国其他省市政府和投资者，最终让王晖选择上海的是上海市政府对半导体设备发展的远见卓识。

本世纪初，中国半导体产业还处于发展初期，许多今天耳熟能详的国内半导体设计、制造企业刚刚建立，设备完全依赖进口，很少有人意识到中国需要建立自己的设备产业。当时的上海市政府不仅大力支持中微半导体、盛美半导体、睿励科技等企业落户上海，而且采用从海外引进创业团队的方式，让上海半导体产业发展一开始就站上了较高的起点。

在其中，已逝的前中芯国际董事长江上舟发挥了重要作用。江上舟与上海有很深的渊源，虽然2003年后他并未继续在上海市政府任职，但仍然会为政府引进海外项目做顾问工作。大飞机、中芯国际、中微半导体、盛美半导体、睿励科技等项目的落地，都与他所做的前瞻性的工作分不开。而中芯国际、华虹华力等半导体制造企业都落户在上海，也是盛美选择落户上海的一大原因。

在上海市政府的支持下，2006年王晖带领ACM Research美国公司部分团队成员回国二次创业。值得一提的是，盛美上海公司最初团队成员不少都是王晖归国后招募的大学生及研究生，如今这些人员的技术水平已经不输国际一流团队，是公司的核心研发人才。

差异化策略打开市场

企业归根到底是要靠产品说话的，成功落地上海只是第一步，做出产品打开市场才能生存下来。ACM Research在硅谷的两款产品过于超前，显然无法担此重任。凭借对半导体设备产业的理解，王晖很自然地选择了与电镀、抛光同属湿法工艺的清洗。清洗设备的市场规模较电镀和抛光之和还大，且当时国产清洗设备，特别是单片清洗设备还是一片空白。

2008年，盛美第一个兆声波清洗技术SAPS取得突破。兆声波清洗技术的原理是波在液体中产生正、负压，压力变化造成液体中的气泡大小变化，从而引起水流波动，“挤走”硅片表面杂质。这项技术一大难点是波在芯片表面分布的均匀性难以控制。兆声波与硅片之间需要形成驻波才能使能量在硅片表面最大化，而驻波与距离相关，也就是说兆声波发生器与硅片之间需要保持距离恒定。但硅片本身的翘曲是不可控的，这就让距离恒定条件难以达成。SAPS技术解决的就是这个难题，通过让兆声波发生器与硅片在半波长范围内进行交叉式运动，保证能量在硅片上的每一个点都实现完全均匀分布，从而让硅表面得到充分均匀的清洗。

这项技术让二次创业的王晖成功打开局面，2009年盛美首台12英寸单片清洗设备进入海力士（无锡）工厂。

这殊为不易。因为试错成本高昂，晶圆厂更愿意采用技术成熟的大公司的设备，几乎没有更换设备供应商的动力。因此，对于一家半导体设备创业公司来说，即使产品性能、成本及各项参数都与国际大公司同类产品一样，在国际市场上也没有机会与国际大公司竞争。那么清洗设备研发刚刚一年的盛美是如何进入海力士的呢？答案是差异化。

王晖回忆当时的情形说：“当时我们请了个很好的代理，帮我们引荐过去。师傅领进门，修行靠个人，进去之后就要靠技术说话了。如果（技术）跟别的公司一样，人家一点兴趣也没有。海力士一听兆声波技术，发现是大公司不能解决的方案，就有兴趣试试。我们分别做了2台DEMO设备给他们无锡工厂及韩国利川工厂进行测试，第三台就进单了。”

有了与国际大公司竞争的机会并不代表赢得竞争。虽然2009年盛美清洗设备已经进入海力士（无锡）产线测试，但直到2011年，才正式拿到海力士的订单。这期间虽然海力士认可其清洗效能，但作为一家非韩国公司，除非能产生直接的经济效益，否则海力士没有更换供应商的动力。

转机出现在2010年，彼时制程工艺进入45nm-40nm，杂质清洗难度增加，杂质颗粒对良率的影响被放大。而盛美的清洗设备被证明在两道工艺上可实现1.5％的良率提升。1.5％的良率提升意味着，月产10万片产品的产线，每年可以增加5000-7500万美元的利润！实实在在的经济价值终于让盛美的清洗设备正式进入这家全球领先半导体企业的大生产线。

王晖和团队对半导体清洗技术的创新并没有就此终止，此后又先后开发出TEBO技术和Tahoe技术。2015年，王晖团队第二项突破性的兆声波清洗技术TEBO问世。TEBO解决了兆声波清洗技术另一大难题——兆声波对图形硅片的破坏问题。2000年前后，全球各大设备公司及研究所几乎都做过兆声波清洗技术的研发，但十年之后，这些公司、机构几乎都放弃了这项技术。因为兆声波会导致液体中的气泡爆炸，把图形硅片表面的小结构打坏，70nm以下都不能幸免。最终，这个问题被盛美独家专利技术解决，这就是TEBO技术。

2018年，王晖带团队再下一城，发布Tahoe高温硫酸清洗设备。Tahoe技术可极大地减少硫酸的用量。半导体工艺的清洗过程中，通常要用到高温硫酸。据统计，仅上海的集成电路晶圆厂每年的硫酸使用量上限就是6万吨，不仅对企业来说是笔不小的成本，更是对环境的一大威胁。而Tahoe技术可以节省80％以上硫酸用量，每年至少为企业节省1200万美元成本。

正是通过这些全球领先的技术，王晖带领团队走出了一条差异化发展道路。王晖指出，与其他行业不同，半导体设备市场很难仅靠价格战取得竞争优势，因为相比于设备价格，晶圆厂更看重技术能力及未来的技术节点的延展能力。半导体设备企业只能走差异化、系统创新道路，才能进入国际市场。在国产替代浪潮下，国产设备厂更容易拿到订单，趁此时机国内厂商可以开发出差异化技术，唯有如此，中国半导体设备企业才能打入全球产业链，自身成为国际大厂并且与其它国际大厂良性竞争，共同为全球半导体产业贡献解决方案。

成为全球半导体产业链不可或缺一环

半导体是个真正的全球化产业，产业链环节众多，没有任何一个国家可以凭自己的力量建立一条先进的半导体生产线，包括美国、日本、欧洲等半导体设备先进地区。王晖认为，中国未来需要做的就是为全球半导体产业贡献力量，用创新的技术产品打入全球产业链，打造真正的人类命运共同体。过去很多半导体设备技术都是国外发明的，如今中国已经有实力做原始创新，也可以完成原始创新设备的验证，比如盛美的世界领先的TEBO清洗设备及Tahoe高温硫酸清洗设备就是在华力微电子完成首台验证的。也就是说中国半导体产业链已经可以实现初步产业协同。所以，除了完成备用性的国产替代，中国还可以放眼全球，为全球半导体业提供解决方案，体现技术实力，这也是人类命运共同体的关键所在。

王晖是这么说的也是这么做的。2017年，盛美登陆纳斯达克交易所，成为国内首家赴美上市的半导体设备企业。当被问及为什么选择到纳斯达克上市时，王晖说：“第一，我认为半导体设备是个全球化产业，为了我们未来全球化的战略，到美国上市比较适合。第二，美国投资者对半导体设备比较了解。”截至4月23日16时，盛美纳斯达克报价35.83美元，与发行价5.6美元相比，上涨6.4倍，市值达6.5亿美元。

王晖表示，下一个目标就是进军科创版，使盛美更加深植于中国市场，与中国半导体业共同成长，未来也会保持在中美双边的上市架构，服务好中国及全球客户，为科创版及纳斯达克的盛美股民创造价值。

在技术方面，盛美已经掌握SAPS、TEBO、Tahoe、无应力铜抛光、局部镀铜等全球领先技术，并做了全球专利布局。目前，除了已经进入海力士、中芯国际、华虹华力等企业的清洗设备之外，其镀铜设备也已进入产业链前道和后道，抛光设备已进入后道，未来会切入前道，并继续向5nm、3nm等先进制程工艺探索。

与此同时，由湿法设备切入干法设备已从王晖的规划变为现实。他表示，盛美刚刚发布了一款干法设备——立式LPCVD炉管设备。目前立式炉管设备全球市场规模有将近17亿美元，且只有东京电子、日立国际、北方华创等极少数国内外厂商有能力生产这一设备。

展望未来，王晖认为，中国半导体设备行业同一种设备保持两到三家企业是理想状态，既可以保持竞争，又不会形成资源浪费。这样一来，通过国内市场把国产技术培育做大，进而进军国际市场。他表示，盛美将继续依托国内市场，坚持系统化创新，走差异化道路，不断服务好国内外客户，积极向全球市场扩张。

天道酬勤，厚积薄发，从踏进清华园至今，匆匆四十余载，王晖每一步都走得异常扎实，扎根半导体设备大半生方成就今日的盛美。而在半导体这个“慢”行业，显然中国还需要更多如王晖一般兢兢业业开拓创新的行业深耕者。（校对/艾檬）