集成电路产业是半导体产业的核心，也是大国博弈的战略制高点。集成电路制造设备则是集成电路产业发展的基础，其中，离子注入机与光刻机、刻蚀机和镀膜设备并称为芯片制造的四大核心工艺装备。
2023年9月15日，青岛四方思锐智能技术有限公司（以下简称“思锐智能”）成功推出的国内首台能量达到8MeV（兆电子伏特）的高能离子注入机交付到国内头部企业，而这也意味着国产集成电路核心制造装备实现了重大突破，不仅填补了国内空白，也打破了西方国家的技术封锁，开启了国产高能离子注入机的自主可控的新征程。
思锐智能高能离子注入机
高能离子注入机实现国产化替代
如今，我们已经很难想象，生活中如果没有智能手机、电脑等电子设备，会变成什么样子。这些电子设备的核心部件是芯片，也就是集成电路。而几乎所有集成电路的生产，都要用到离子注入工艺进行掺杂。
占地48平方米，重达38吨，从外观上看，思锐智能高能离子注入机就像是一台工业车间里普通的大型生产装备。这台看似普通的机器，正是集成电路的核心制造装备。
“在芯片制造过程中，需要掺入不同种类的元素来改变材料的电性能，离子注入机就是执行这一掺杂工艺的芯片制造关键设备，其技术难度仅次于光刻机。”思锐智能董事长聂翔解释。
调研数据显示，2022年全球半导体离子注入设备的市场规模为206亿元，预计2023年增至211亿元；而2022年中国大陆的离子注入设备市场规模为66亿元，预计2023年有望增至74亿元，增速高于全球平均值。
在如此巨大的市场规模之下，离子注入机的国产化率却不超过5%，离子注入机中难度最高的机型高能离子注入机的国产化进程几乎为空白。
在国家高层次人才特殊支持计划、山东省重大科技创新工程项目的支持下，思锐智能的研发团队成功突破射频加速技术，创新设计束流加速系统及主要控制部件，实现高离子束的能量注入，成功推出国内首台能量达到8MeV的高能离子注入机，实现了高能离子注入机的国产化替代，整体技术达到国内领先、国际先进水平。
不同型号离子注入机应用范围
微米级的深度注入掺杂
离子注入是半导体器件和集成电路生产的关键工艺之一，其提供的高精度和高均匀性可以大幅度提高集成电路的成品率。离子注入机通常分为高能离子注入机（HEI）、低能大束流离子注入机（HCI）和中束流离子注入机（MCI）三种类型。其中，高能离子注入机是技术难度最大，经济附加值最高的机型。
经过数十年的发展，我国已经初步实现了低能大束流和中束流离子注入机的研制，但是技术难度最高的高能离子注入机被美国应用材料、美国亚舍立、日本住友等企业垄断。此前，国内集成电路用高能离子注入机处于研发阶段，且最高能量仅达到4.5MeV，无法满足超高灵敏CIS图像传感器等高性能器件的需求。
CIS芯片，即图像传感器芯片，是相机、手机、平板电脑等电子产品中不可或缺的核心组件。“超高灵敏CIS图像传感器等高性能器件，在掺杂工艺上必须具备能量达到8MeV的高能离子注入。”聂翔说。
能量达到8MeV意味着什么？
高能离子注入机可以将离子能量提升到百万电子伏特级，需要十数个射频加速系统协调工作，涉及几十个联调参数，最终实现微米级的深度注入掺杂，从而应用于功率器件、IGBT、CMOS图像传感器、5G射频、逻辑芯片等集成电路主要器件的制备。
“十四五”末销售产值将超10亿元
实现技术的突破并非易事。思锐智能董事长聂翔曾在第十一届（2023年）半导体设备材料与核心部件展示会（CSEAC）上介绍，为了应对离子注入机国产化的迫切需求，自2021年开始，该公司充分发挥整合海外技术资源优势，组建了一支海外技术研发专家与本土技术团队相结合的核心技术团队，开启离子注入设备的研发攻关。
据悉，这支团队中，硕博占比46%。核心团队由长期从事集成电路装备研发的中科院、清华大学、北京大学专家以及海外专家领衔。同时，思锐智能与欧洲IMEC、CEA/LETI、VTT/Micronova，浙江大学现代光学国家重点实验室等多家世界顶尖公司及实验室保持长期战略合作关系，全面融入全球主流研发体系。
目前，思锐智能产品已在芯片制造头部企业推广应用，预计“十四五”末，思锐智能将具备年产50台的规模化生产能力，产值超10亿元。该成果的成功研制也推动了我国集成电路制造设备的快速发展，有力保障了半导体产业链的自主可控。
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