“星星之火，可以燎原。現(xiàn)在雖只有一點(diǎn)小小的力量，但它的發(fā)展會(huì)是很快的。”—— 《毛澤東選集》第一卷

2001年2月27日，中科院院士、北大微電子研究院院長(zhǎng)王陽(yáng)元在中南海作了一場(chǎng)報(bào)告，分析我國(guó)發(fā)展微電子和集成電路產(chǎn)業(yè)的必要性、緊迫性、措施和建議。這次報(bào)告讓與會(huì)者對(duì)半導(dǎo)體的戰(zhàn)略地位有了進(jìn)一步理解。

當(dāng)時(shí)主持會(huì)議的國(guó)務(wù)院副總理在聽(tīng)取報(bào)告后，隨即指出：集成電路是電子產(chǎn)品的“心臟”，是信息產(chǎn)業(yè)的核心基礎(chǔ)，因此必須大力發(fā)展集成電路產(chǎn)業(yè)。無(wú)疑，這一結(jié)論給國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來(lái)了舉足輕重的動(dòng)力。

1975年，王陽(yáng)元主持研制成功國(guó)內(nèi)第一塊三種類(lèi)型的1024位MOS

動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器 。

2002年，光刻機(jī)被正式列入“863重大科技攻關(guān)計(jì)劃”。隨后，在科技部和上海市政府牽頭下，國(guó)內(nèi)多家科技企業(yè)共同組建了上海微電子，以承擔(dān)攻堅(jiān)項(xiàng)目任務(wù)。其中重點(diǎn)研發(fā)的是100nm步進(jìn)式掃描投影光刻機(jī)。

大任降于誰(shuí)？時(shí)任上海電氣總公司執(zhí)行副總裁賀榮明挑起擔(dān)子，任上海微電子總經(jīng)理。公司剛成立不久，他就躊躇滿(mǎn)志的帶著技術(shù)團(tuán)隊(duì)去歐洲、美國(guó)等地開(kāi)展技術(shù)合作。但沒(méi)想到是，對(duì)方卻幾乎都把他當(dāng)“國(guó)際騙子”。

在賀榮明提出“中國(guó)人也要做光刻機(jī)”時(shí)，外國(guó)專(zhuān)家的眼神里充滿(mǎn)了詫異和不信任，而且多多少少帶著對(duì)中國(guó)科技人員的不屑和蔑視，一名德國(guó)工程師甚至撂下一句狠話：“就是給你們?nèi)讏D紙，你們也做不出來(lái)！”

自尊心受到此番刺激，賀榮明很不服氣。在回國(guó)后很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，他都是懷著賭氣的心思帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)奮斗。而這樣的憤懣直到多年后，上海微電子設(shè)計(jì)并交付了第一臺(tái)國(guó)產(chǎn)封裝光刻機(jī)，給中國(guó)臺(tái)灣客戶(hù)時(shí)才得以消解。

“我們真的從來(lái)沒(méi)想到中國(guó)人可以做出光刻機(jī)，作為中國(guó)人我為此感到自豪。”客戶(hù)的肯定似乎引發(fā)了情感宣泄口，后來(lái)賀榮明在一次公司大會(huì)上說(shuō)，“如果我們的存在和努力能夠獲得同行尊重，做什么都值了！”

時(shí)至今日，上海微電子已成為國(guó)內(nèi)最先進(jìn)的光刻機(jī)設(shè)備廠商，在封裝光刻產(chǎn)品國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率達(dá)80%、全球市場(chǎng)占有率為40%。另外，其LED/MEMS/功率器件光刻機(jī)性能指標(biāo)領(lǐng)先，而且LED光刻機(jī)市場(chǎng)占有率第一。

但在用于芯片制造的前道光刻機(jī)領(lǐng)域，上海微電子可量產(chǎn)的最先進(jìn)設(shè)備僅處于90nm工藝制程節(jié)點(diǎn)。縱然其披露將于2021年交付28nm制程光刻機(jī)，也與荷蘭企業(yè)阿斯麥（ASML）的5nm以下制程設(shè)備相差甚遠(yuǎn)。

顯然，在光刻機(jī)的自主攻堅(jiān)之路上，國(guó)內(nèi)企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)等依然任重道遠(yuǎn)。而如果鉤沉歷史，國(guó)產(chǎn)光刻機(jī)的星星之火，有過(guò)旺盛，有過(guò)湮滅，有過(guò)重燃，最終走到了現(xiàn)在的模樣。若展望將來(lái)，這把火是否還能燎原？

01

曙光

1952年，戰(zhàn)爭(zhēng)硝煙剛剛散去，中國(guó)便開(kāi)啟了一項(xiàng)科技事業(yè)：成立電子計(jì)算機(jī)科研小組，由中科院數(shù)學(xué)所所長(zhǎng)華羅庚負(fù)責(zé)。隨后十余年，國(guó)內(nèi)陸續(xù)試制成功第一只晶體三極管、第一只鍺晶體管和第一代硅平面晶體管。

時(shí)至1965年，北京、石家莊和上海等地相繼誕生第一塊集成電路。這標(biāo)志著中國(guó)開(kāi)始用光刻技術(shù)制造芯片。而接著經(jīng)歷近十年停滯不前后，隨著高考恢復(fù)及科研事業(yè)興起，國(guó)人重新燃起了對(duì)半導(dǎo)體技術(shù)的追求與渴望。

1977年，江蘇吳縣專(zhuān)門(mén)舉行了全國(guó)性的光刻機(jī)技術(shù)座談會(huì)。參會(huì)代表們達(dá)成共識(shí)：要在半導(dǎo)體設(shè)備上趕超世界先進(jìn)水平。于是，清華大學(xué)精密儀器系、中科院光電技術(shù)研究所、中電科45所等先后投入研制光刻機(jī)。

同年，行業(yè)就傳來(lái)捷報(bào)：中國(guó)第一臺(tái)GK-3型半自動(dòng)接觸式光刻機(jī)誕生。但這種光刻機(jī)相對(duì)粗糙，只是將光罩直接壓在硅片上、再用燈光照射。因此，其光罩易變形和造成污染、難以重復(fù)使用，與國(guó)際水平差距較大。

對(duì)比來(lái)看，美國(guó)早在五十年代已擁有接觸式光刻機(jī)。這意味著中美技術(shù)相差達(dá)20年左右。1978年，美國(guó)GCA公司又推出真正意義的自動(dòng)化步進(jìn)式光刻機(jī)。而當(dāng)年中科院1445所升級(jí)開(kāi)發(fā)的GK-4，仍沒(méi)有擺脫接觸式。

不過(guò)，在思潮拐點(diǎn)來(lái)臨前，人心齊泰山移。1980年，清華大學(xué)研制出分布式投影光刻機(jī)，精度3微米；1981年，中科院半導(dǎo)體所研制出JK-1型半自動(dòng)接近式光刻機(jī)；1982年，中科院109廠研制出KHA-75-1光刻機(jī)...

這些設(shè)備水平均不低，甚至接近國(guó)際主流水平。到了1985年，中電科45所研制出的分步式投影光刻機(jī)，被電子部技術(shù)鑒定為：達(dá)到GCA在1978年推出的4800DSW光刻機(jī)水平。這使中美光刻機(jī)技術(shù)差距縮短至7年。

但也有行業(yè)人士指出：這些設(shè)備偏科研項(xiàng)目，沒(méi)有經(jīng)過(guò)產(chǎn)線驗(yàn)證，并不能代表真實(shí)水平。另外，有一段時(shí)間，國(guó)內(nèi)相關(guān)研究成果及論文，在通過(guò)專(zhuān)家評(píng)審后即被束之高閣，導(dǎo)致光刻機(jī)技術(shù)停留在“紙上談兵”階段。

不過(guò)，受此影響，且在市場(chǎng)化剛啟動(dòng)下攻克技術(shù)、制造出設(shè)備，就更能代表硬核實(shí)力。如果梳理國(guó)產(chǎn)光刻機(jī)早期發(fā)展脈絡(luò)也可以發(fā)現(xiàn)：五十年代奠基，六七十年代一路向前，而八十年代前期僅次于美國(guó)，甚至比肩日本、領(lǐng)先韓臺(tái)。

整體上，在二十余年間，老一輩革命者和建造者奉獻(xiàn)自己的青春，造就了中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的特殊榮光：從單晶制備、設(shè)備制造、集成電路制造的全產(chǎn)業(yè)鏈，自給自足性之強(qiáng)逐步達(dá)到了頂峰，且基本不依賴(lài)國(guó)外進(jìn)口。

02

內(nèi)憂

伴隨著國(guó)門(mén)初開(kāi)，中國(guó)半導(dǎo)體的盛景下也存有隱憂。1980年，無(wú)錫的江南無(wú)線電器材廠（742廠）引進(jìn)日本東芝的電視機(jī)集成電路5微米全套產(chǎn)線后，迅速崛起成為國(guó)內(nèi)產(chǎn)能最大、工序最全的現(xiàn)代化集成電路制造廠。

這意味著，中國(guó)第一次從國(guó)外引進(jìn)集成電路技術(shù)產(chǎn)線獲得了極大成功。此后，全國(guó)有33家單位不同程度地引進(jìn)各種集成電路生產(chǎn)線設(shè)備，累計(jì)投資約13億元。但由于面臨多重困難，最終只有少數(shù)幾條產(chǎn)線建成使用。

出現(xiàn)這種情況也有其特殊時(shí)代背景。1984年，十二屆三中全會(huì)明確提出：進(jìn)一步貫徹執(zhí)行對(duì)內(nèi)搞活經(jīng)濟(jì)、對(duì)外實(shí)行開(kāi)放的方針。其中為搞活經(jīng)濟(jì)，“撥改貸”政策應(yīng)運(yùn)而生。此后，一些半導(dǎo)體項(xiàng)目因貸不到款而停滯。

但是，仍有極少部分重點(diǎn)項(xiàng)目一直在跟進(jìn)研發(fā)。如中電科45所，分別在1985年和1994年別研制出g線1.5微米和0.8微米分步式投影光刻機(jī)；中科院光電所，于1991年研制出分辨率1微米同步輻射X-射線光刻機(jī)等等。

另外，在擴(kuò)大對(duì)外開(kāi)放環(huán)境下，“造不如買(mǎi)”的思潮迅速蔓延全國(guó)。于是，各地政府大量引進(jìn)國(guó)外的半導(dǎo)體設(shè)備和產(chǎn)線；一大批企業(yè)拋棄獨(dú)立自主、自力更生的方針，盲目引進(jìn)開(kāi)放，走上以“貿(mào)工技”為指導(dǎo)的發(fā)展路線。

比如1986年，國(guó)家制定改革開(kāi)放以來(lái)首個(gè)發(fā)展集成電路的重大舉措——531戰(zhàn)略，即普及推廣以742廠為基點(diǎn)的5微米技術(shù)，同時(shí)開(kāi)發(fā)3微米、攻關(guān)1微米技術(shù)。但是，742廠后兩種技術(shù)的設(shè)備和技術(shù)仍然全從國(guó)外引進(jìn)。

1987年，724廠與電子部第24所無(wú)錫分所合并，成立無(wú)錫微電子，即華晶電子前身。

此后，由于缺少支持和頂層設(shè)計(jì)等，國(guó)產(chǎn)集成電路的科研、教育及產(chǎn)業(yè)上出現(xiàn)脫節(jié)。在科研上，國(guó)內(nèi)追隨國(guó)外制定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)體系；在教育上，與金融貿(mào)易相關(guān)的專(zhuān)業(yè)都成了熱門(mén)，軟件工程師則變成冷門(mén)職業(yè)。

在產(chǎn)業(yè)上，一些半導(dǎo)體企業(yè)熱衷于為外企做組裝，以大量廉價(jià)勞動(dòng)力來(lái)?yè)Q取經(jīng)濟(jì)利益。而極少數(shù)堅(jiān)持自主路線的企業(yè)，只能在買(mǎi)辦和外資的擠壓夾縫中生存。于是，中國(guó)原有的獨(dú)立半導(dǎo)體科研和產(chǎn)業(yè)體系已然崩塌。

伴隨著東亞尤其韓國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的突飛猛進(jìn)，政府也意識(shí)到發(fā)展集成電路的重要和緊迫性。九十年代中期，中央領(lǐng)導(dǎo)更指示，“砸鐵賣(mài)鐵也要把半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)搞上去。”于是，橫跨十年的908、909工程宣告啟動(dòng)。

但最終，兩項(xiàng)工程的主體承擔(dān)企業(yè)無(wú)錫華晶和上海華虹，要么失敗要么收效甚微。而覆巢之下，安有完卵？沒(méi)有市場(chǎng)、資金和人才等支撐，國(guó)產(chǎn)光刻機(jī)在整個(gè)九十年代再無(wú)更大建樹(shù)，且與國(guó)際水平差距越拉越大。

03

外患

國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的起伏跌宕，外部因素同樣十分重要。八十年代初，在自動(dòng)化步進(jìn)式光刻機(jī)出現(xiàn)后，全球正式開(kāi)啟了群雄爭(zhēng)霸的光刻機(jī)大發(fā)展時(shí)代。日本的尼康、佳能開(kāi)始與美國(guó)GCA、Ultratech、Eaton等一較高下。

1984年，尼康已經(jīng)和GCA平起平坐，各占全球三成市場(chǎng)，Ultratech占約一成，剩余幾家每家都不足5%的市占率。也是這一年，阿斯麥成立。后來(lái)，由于日本動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)芯片出現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)能過(guò)剩，價(jià)格大幅下跌近80%。

自此，美國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)遭受巨大打擊，包括GCA、Ultratech等一眾光刻機(jī)廠商出現(xiàn)嚴(yán)重財(cái)務(wù)危機(jī)，從而在被邊緣化的道路一去不復(fù)返。于是美國(guó)政府開(kāi)始反制。倒是阿斯麥因?yàn)楣倔w量小，損失不大，繼續(xù)開(kāi)發(fā)新品。

而這時(shí)在國(guó)內(nèi)持續(xù)擴(kuò)大對(duì)外開(kāi)放下，一方面，半導(dǎo)體企業(yè)紛紛轉(zhuǎn)向在國(guó)際光刻機(jī)廠商之間“精挑細(xì)選”。另一方面，908、909等大型工程也分別選擇與美、日企業(yè)合作。這導(dǎo)致國(guó)內(nèi)光刻機(jī)產(chǎn)業(yè)受到嚴(yán)重沖擊與擠壓。

此外，國(guó)際政治環(huán)境變化也帶來(lái)極大挑戰(zhàn)。早在“巴黎統(tǒng)籌協(xié)會(huì)”框架下，西方就一直對(duì)社會(huì)主義國(guó)家實(shí)施高技術(shù)禁運(yùn)，其中包括對(duì)光刻機(jī)限制性出口。而隨著冷戰(zhàn)結(jié)束、“巴統(tǒng)”解散，中國(guó)便成為被針對(duì)的主要矛頭。

1996年7月，在美國(guó)主導(dǎo)下，33個(gè)西方國(guó)家簽署了《關(guān)于常規(guī)武器和兩用物品及技術(shù)出口控制的瓦森納協(xié)定》。要知道，“巴統(tǒng)”曾只有17個(gè)成員國(guó)，而《瓦森納協(xié)定》現(xiàn)已擁有42個(gè)成員國(guó)。俄羅斯也成了其中一員。

在這一框架下，西方國(guó)家對(duì)中國(guó)半導(dǎo)體技術(shù)及光刻機(jī)等設(shè)備出口，一般都遵循“N-2”的原則審批，即比最先進(jìn)技術(shù)落后兩代。如果再在審批過(guò)程中適當(dāng)拖延一下，基本上中國(guó)能拿到的設(shè)備技術(shù)就落后三代甚至更多。

即便是已出口的光刻機(jī)也有保留條款，包括禁止給國(guó)內(nèi)自主芯片做代工，不得生產(chǎn)用于軍事科研和國(guó)防領(lǐng)域的芯片。此外，《瓦森納協(xié)定》還限制華裔工程師進(jìn)入歐美知名半導(dǎo)體公司的核心部門(mén)，以防技術(shù)泄露。

同樣重要是的，雖然《瓦森納協(xié)定》允許成員國(guó)在自愿基礎(chǔ)上對(duì)各自的技術(shù)出口實(shí)施控制，但實(shí)際成員國(guó)在重要技術(shù)出口決策上都受到美國(guó)的影響。比如美國(guó)就曾干預(yù)阻斷西方國(guó)家對(duì)華出口光刻機(jī)、雷達(dá)系統(tǒng)等。

在外部發(fā)展空間日益逼仄下，為了開(kāi)辟一條生路，國(guó)內(nèi)曾提出“以市場(chǎng)換技術(shù)”，大幅降低關(guān)稅。但這卻導(dǎo)致國(guó)內(nèi)集成電路產(chǎn)業(yè)，包括光刻機(jī)受到狂風(fēng)暴雨般的沖擊。此后，國(guó)內(nèi)光刻機(jī)市場(chǎng)成為歐美日企業(yè)的天下。

04

覺(jué)醒

1999年，北約入侵科索沃時(shí)，美國(guó)的電子信息戰(zhàn)癱瘓了南聯(lián)盟幾乎所有網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)。這讓中國(guó)政府為之一震。當(dāng)時(shí)的信產(chǎn)部、科技部多次召開(kāi)緊急會(huì)議討論：一旦與美國(guó)鬧掰，國(guó)家信息安全將面臨怎樣的威脅？

基于國(guó)家信息安全及產(chǎn)業(yè)發(fā)展考慮，2000年6月，國(guó)務(wù)院印發(fā)《鼓勵(lì)軟件產(chǎn)業(yè)和集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的若干政策》，即18號(hào)文件。在政策補(bǔ)助和龐大市場(chǎng)等刺激下，中國(guó)整個(gè)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)出現(xiàn)海歸創(chuàng)業(yè)和自主發(fā)展熱潮。

2001年，胡偉武主動(dòng)請(qǐng)纓組建龍芯課題組。

緊接著，2002年，光刻機(jī)被列入“863重大科技攻關(guān)計(jì)劃”。其中，上海微電子是攻關(guān)項(xiàng)目主體承擔(dān)企業(yè)，而中電科45所原分布式投影光刻機(jī)研發(fā)團(tuán)隊(duì)整體遷至上海參與“助攻”。自此，國(guó)產(chǎn)光刻機(jī)事業(yè)才再度覺(jué)醒。

但這時(shí)的光刻機(jī)對(duì)技術(shù)、精度、速度要求已高到難以想象，逐步成為一種集合數(shù)學(xué)、光學(xué)、流體力學(xué)、高分子物理與化學(xué)、表面物理與化學(xué)、精密儀器、機(jī)械、自動(dòng)化、軟件、圖像識(shí)別等領(lǐng)域頂尖技術(shù)的產(chǎn)物。

另外，溫度、濕度、光線等都會(huì)影響到最終的研制成敗。連賀榮明也不得不承認(rèn)：“其難度相當(dāng)于兩架大飛機(jī)從起飛到降落，始終齊頭并進(jìn)。一架飛機(jī)上伸出一把刀，在另一架飛機(jī)的米粒上刻字，不可以出差錯(cuò)。”

因此，上海微電子要造出光刻機(jī)，無(wú)異于在沙漠上蓋起一棟摩天大樓。沒(méi)有人才團(tuán)隊(duì)，沒(méi)有技術(shù)積累，沒(méi)有配套的供應(yīng)鏈。一切幾乎都從零開(kāi)始，而且西方國(guó)家的限制很多。但是，“世上無(wú)難事，只要肯登攀?！?/p>

2002年，在上海張江高科技園區(qū)張東路1525號(hào)，一片農(nóng)田開(kāi)始“換新顏”。在其中一方魚(yú)塘旁，上海微電子開(kāi)工建設(shè)，落地扎根。而賀榮明帶著幾位滿(mǎn)懷夢(mèng)想的“戰(zhàn)友”來(lái)到張江，開(kāi)啟了研制國(guó)產(chǎn)光刻機(jī)的艱難之路。

上海微電子公司建筑外景

“除了出差，每天早上7點(diǎn)出門(mén)，晚上10點(diǎn)回家，周六保證不休息，周日休息不保證。這就是我十幾年生活的全部。”賀榮明在接受《解放日?qǐng)?bào)》采訪時(shí)說(shuō)，“我講不出你們要聽(tīng)的精彩故事，只不過(guò)十幾年干了一件事。”

當(dāng)記者提問(wèn)，“如果你干幾年就離開(kāi)，會(huì)不會(huì)發(fā)展得比現(xiàn)在好？”他回答道：通常賽馬的雙目邊都有塊“板”，這樣馬的視覺(jué)廣角小一點(diǎn)，就更專(zhuān)心往前跑?！皻v史賦予我們研發(fā)中國(guó)光刻機(jī)的任務(wù)，也就不該再想別的了。”

雖然公司得到政府資金支持，但賀榮明認(rèn)為，企業(yè)如果不具備在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中“自我造血”能力，是不會(huì)長(zhǎng)久的。于是他在攻堅(jiān)100nm前道光刻機(jī)時(shí)，抽調(diào)部分人員研制封裝光刻機(jī)。后來(lái)，事實(shí)證明他這次“賭”對(duì)了。

05

破局

就在上海微電子成立時(shí)，國(guó)際光刻機(jī)技術(shù)取得了重大突破。此前，光刻光源已被卡在193nm無(wú)法進(jìn)步長(zhǎng)達(dá)20年。各國(guó)科學(xué)家和產(chǎn)業(yè)界一直在探討解決方案。最終，2002年，臺(tái)積電提出的浸入式193nm方案獲得成功。

此后，阿斯麥抓住機(jī)會(huì)與臺(tái)積電合作，在一年的時(shí)間內(nèi)就開(kāi)發(fā)出了樣機(jī)，并在之后推出浸入式光刻機(jī)XT:1700i。這臺(tái)設(shè)備比之前最先進(jìn)的干法光刻機(jī)分辨率提高了30%，可用于45nm量產(chǎn)，助推阿斯麥加速走向霸主。

而同期中國(guó)剛剛啟動(dòng)193nm ArF光刻機(jī)項(xiàng)目，即落后了國(guó)際水平20多年。于是，上海微電子開(kāi)啟艱苦追趕，并在2007年宣布突破365nm光波長(zhǎng)的DUV（深紫外）光刻技術(shù)，研制出90nm工藝的分布式投影光刻機(jī)。

歷時(shí)五年研發(fā)，相對(duì)原計(jì)劃已有所推遲。但雪上加霜的是，中科院微電子所官網(wǎng)一篇文章指出：由于這臺(tái)機(jī)器大部分關(guān)鍵元器件是外國(guó)的，西方默契地對(duì)上海微電子禁運(yùn)。這導(dǎo)致樣機(jī)成了擺設(shè)，無(wú)法投入商業(yè)生產(chǎn)。

于是，2008年，國(guó)家成立了“極大規(guī)模集成電路制造裝備與成套工藝專(zhuān)項(xiàng)”（02專(zhuān)項(xiàng)），主攻高端裝光機(jī)技術(shù)，以及材料和工藝等產(chǎn)業(yè)配套能力。根據(jù)02專(zhuān)項(xiàng)，國(guó)產(chǎn)光刻機(jī)研發(fā)工作采用類(lèi)似“Out House”研發(fā)模式。

此后，除了整機(jī)制造，國(guó)家扶持了一批配套企業(yè)的研發(fā)，如長(zhǎng)春光電所、上海光電所和國(guó)科精密研究曝光光學(xué)系統(tǒng)，北京華卓精科承擔(dān)雙工件臺(tái)，南大光電研制光刻膠，啟爾機(jī)電負(fù)責(zé)突破DUV光刻機(jī)液浸系統(tǒng)等。

在持續(xù)的投入攻堅(jiān)下，光刻機(jī)產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)開(kāi)始取得突破。2016年，國(guó)科精密研發(fā)的國(guó)內(nèi)首套用于高端IC制造的NA=0.75投影光刻機(jī)物鏡系統(tǒng)，國(guó)望光學(xué)研發(fā)的首套90nm節(jié)點(diǎn)ArF投影光刻機(jī)曝光光學(xué)系統(tǒng)都已交付。

同年，上海微電子SSX600系列三款步進(jìn)掃描投影光刻機(jī)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，其中SSA600/20光刻機(jī)分辨率達(dá)到了90nm。但是，這也意味著上海微電子用了九年時(shí)間才實(shí)現(xiàn)90nm光刻機(jī)量產(chǎn)，而且仍沒(méi)有做出更先進(jìn)的產(chǎn)品。

具體而言，90nm制程的光刻機(jī)一般用于電源管理芯片、MCU等非核心芯片的生產(chǎn)，并不能滿(mǎn)足智能手機(jī)處理器等產(chǎn)品的需求。目前，大陸芯片代工龍頭中芯國(guó)際14nm晶圓代工產(chǎn)線上，即采用阿斯麥的DUV光刻機(jī)。

不過(guò)，雖然國(guó)產(chǎn)光刻機(jī)還沒(méi)走出困境，但細(xì)枝末節(jié)處已見(jiàn)微光。2016年，華卓精科成功研制出兩套雙工作臺(tái)樣機(jī)，并通過(guò)02專(zhuān)項(xiàng)驗(yàn)收。自此，華卓精科打破了阿斯麥的壟斷，成為世界第二家掌握這項(xiàng)技術(shù)的企業(yè)。

06

燎原？

相比阿斯麥背靠歐美先進(jìn)研究成果，手持英特爾、三星和臺(tái)積電等股權(quán)投資換來(lái)的巨額研發(fā)資金等，頂著《瓦森納協(xié)定》的國(guó)產(chǎn)光刻機(jī)產(chǎn)業(yè)，成長(zhǎng)基石明顯處在低洼劣勢(shì)。那么國(guó)產(chǎn)光刻機(jī)的星星之火，還能燎原嗎？

在光刻機(jī)的復(fù)雜產(chǎn)業(yè)鏈上，可分為兩大部分，一是光刻機(jī)核心組件，包括光源、鏡頭、雙工件臺(tái)、浸液、曝光光學(xué)等關(guān)鍵子系統(tǒng)；二是光刻配套設(shè)施，包括光刻膠、光掩膜版、涂膠顯影、光刻氣體和缺陷檢測(cè)等。

在矮人一截情況下，國(guó)產(chǎn)光刻機(jī)產(chǎn)業(yè)鏈在成長(zhǎng)路上達(dá)成的一點(diǎn)一滴突破，似乎都讓人振奮。2017年6月21日，中科院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所（現(xiàn)北京國(guó)望光學(xué)）牽頭研發(fā)的“極紫外光刻關(guān)鍵技術(shù)”通過(guò)驗(yàn)收。

2018年11月，中科院研制的“超分辨光刻裝備”通過(guò)驗(yàn)收。其光刻分辨力達(dá)22nm，結(jié)合雙重曝光技術(shù)后，未來(lái)還可用于制造10nm級(jí)芯片；2019年，清華大學(xué)和華卓精科的雙工件臺(tái)系統(tǒng)完成研發(fā)和試產(chǎn)基地建設(shè)。

曝光系統(tǒng)和雙工件臺(tái)關(guān)鍵系統(tǒng)的成功，成為國(guó)產(chǎn)光刻機(jī)產(chǎn)業(yè)鏈燎原的起點(diǎn)星火。目前，浙江大學(xué)流體動(dòng)力與機(jī)電系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和啟爾機(jī)電研發(fā)的浸液系統(tǒng)，水平排名世界第三。而前兩名分別是阿斯麥和尼康。

此外，中科院光電研究院負(fù)責(zé)的準(zhǔn)分子激光光源系統(tǒng)，由北京科益虹源負(fù)責(zé)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化，研究成果40W 4kHz ArF光源已經(jīng)交付。這項(xiàng)成果繼美國(guó)Cymer（已被阿斯麥?zhǔn)召?gòu)）、日本Gigaphoton公司后，位列全球第三。

具體而言，上海微電子將交付的28nm光刻機(jī)，由其自身負(fù)責(zé)光刻機(jī)設(shè)計(jì)和總體集成，科益虹源提供光源系統(tǒng)，國(guó)望光學(xué)提供物鏡系統(tǒng)，國(guó)科精密提供曝光光學(xué)系統(tǒng)，華卓精科提供雙工作臺(tái)，啟爾機(jī)電提供浸沒(méi)系統(tǒng)。

“如今在我們超潔凈度的廠房里，一臺(tái)臺(tái)占地幾十平方米的光刻機(jī)，就像一個(gè)個(gè)思想的巨人矗立在那里?！辟R榮明時(shí)常隔著玻璃，凝視這那些由幾萬(wàn)個(gè)超精密零件和數(shù)百萬(wàn)代碼組成的復(fù)雜系統(tǒng)，似乎能從中看到光量。

為了使整個(gè)研制過(guò)程處于良好受控狀態(tài)，賀榮明一邊努力學(xué)習(xí)并借鑒世界上大型復(fù)雜工程項(xiàng)目的管理案例，一邊將創(chuàng)新視為企業(yè)的生命和永恒的“發(fā)動(dòng)機(jī)”。而他的夢(mèng)想是：讓國(guó)際同行增加對(duì)中國(guó)科技工作者的尊重。

目前，我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)運(yùn)轉(zhuǎn)高度依賴(lài)進(jìn)口半導(dǎo)體，對(duì)外依存度達(dá)八成。預(yù)計(jì)2020年芯片進(jìn)口額將繼續(xù)逾3000億美元，并仍遠(yuǎn)超排名第二的原油進(jìn)口額。而一旦國(guó)產(chǎn)光刻機(jī)突破28nm以下技術(shù)，將產(chǎn)生極大“燎原”之勢(shì)。

07

前路

在設(shè)備類(lèi)別上，光刻機(jī)分為前道和后道光刻機(jī)，前道光刻機(jī)用于芯片制造，后道光刻機(jī)則主要用于芯片封裝。目前，全球前道光刻機(jī)市場(chǎng)完全被阿斯麥、尼康和佳能壟斷，而上海微電子是后道光刻機(jī)領(lǐng)域的霸主。

近年阿斯麥、尼康、佳能光刻機(jī)出貨量

而在前道光刻機(jī)領(lǐng)域，即便上海微電子披露將于2021年交付28nm制程設(shè)備，也仍與阿斯麥5nm制程的光刻機(jī)，足足存在22nm、14nm、10nm、7nm四代差距。但上海微電子的DUV光刻機(jī)水平，仍然有望追平阿斯麥。

在工藝技術(shù)上，光刻機(jī)可分為無(wú)掩模和有掩模光刻機(jī)，前者技術(shù)壁壘相對(duì)較低，一般用于高分辨率掩模版、集成電路原型驗(yàn)證芯片等特定芯片領(lǐng)域。而技術(shù)壁壘較高的有掩模光刻機(jī)，多用于先進(jìn)制程的前道工藝中。

如果再細(xì)分，無(wú)掩模光刻機(jī)又可分為電子束直寫(xiě)光刻機(jī)、離子束直寫(xiě)光刻機(jī)、激光直寫(xiě)光刻機(jī)。而有掩模光刻機(jī)可分為接觸/接近式光刻機(jī)，及投影式光刻機(jī)。此外，有掩模光刻機(jī)還可按照光刻光源的代際進(jìn)行劃分。

目前，上海微電子正在研發(fā)的193nm光波長(zhǎng)ArF（氟化氬）浸沒(méi)式光刻機(jī)屬于第四代光刻機(jī)，可用于45-22nm制程芯片生產(chǎn)。而第五代的EUV光刻機(jī)采用13.5nm波長(zhǎng)的光源，是突破7nm芯片制程節(jié)點(diǎn)必備的工具。

作為有掩模光刻機(jī)歷史上第四代光源，193nm光波長(zhǎng)ArF已經(jīng)是DUV光刻機(jī)的世界領(lǐng)先水平。因此，如果上海微電子成功設(shè)計(jì)集成出193nm光波長(zhǎng)ArF浸沒(méi)式光刻機(jī)，將意味著其在DUV光刻機(jī)領(lǐng)域接近或趕上阿斯麥。

另?yè)?jù)方正證券2020年發(fā)布的一份研報(bào)，在02專(zhuān)項(xiàng)光刻機(jī)項(xiàng)目二期中，設(shè)定于2020年12月驗(yàn)收193nm光波長(zhǎng)ArF浸沒(méi)式DUV光刻機(jī)。而這臺(tái)設(shè)備直接對(duì)標(biāo)的就是，阿斯麥現(xiàn)階段最強(qiáng)DUV光刻機(jī)TWINSCAN NXT：2000i。

雖然在短時(shí)間內(nèi)，上海微電子可能無(wú)法實(shí)現(xiàn)193nm光波長(zhǎng)ArF浸沒(méi)式DUV光刻機(jī)的量產(chǎn)，但這一技術(shù)突破的戰(zhàn)略意義毋庸置疑。要知道，理論上來(lái)說(shuō)，193nm光波長(zhǎng)ArF浸沒(méi)式DUV光刻機(jī)可以用于7nm制程芯片的生產(chǎn)。

至于將來(lái)更長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展，曾有專(zhuān)家說(shuō)過(guò)，EUV光刻機(jī)并不是必需的。而常被拿來(lái)佐證這一觀點(diǎn)的案例是，中芯國(guó)際N+1、N+2代工藝都不會(huì)使用到EUV工藝，而臺(tái)積電也是在第三代7nm工藝才開(kāi)始引入EUV光刻機(jī)。

但制程越小工藝就越高級(jí)，集成電路里的線寬越小，就越需要更高級(jí)的光刻機(jī)。雖然EUV技術(shù)對(duì)7nm制程不是必需的，但EUV技術(shù)的注入能提高產(chǎn)品的良品率和效果。而這一點(diǎn)是先進(jìn)光刻機(jī)非常重要的價(jià)值體現(xiàn)。

08

挑戰(zhàn)

凡事預(yù)則立，不預(yù)則廢。當(dāng)前，國(guó)產(chǎn)前道光刻機(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展仍面臨不少問(wèn)題與挑戰(zhàn)。首先，在組織方面，參與國(guó)內(nèi)光刻機(jī)研發(fā)的有高校、企業(yè)和研究所，力量相對(duì)分散，產(chǎn)、學(xué)、研各界整體存在“各自為政”的情況。

雖然02專(zhuān)項(xiàng)在梳理，但仍有待設(shè)立一個(gè)由政府和企業(yè)共同管及運(yùn)行的聯(lián)盟組織，來(lái)統(tǒng)一規(guī)劃、推動(dòng)整個(gè)國(guó)產(chǎn)光刻機(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。多位業(yè)內(nèi)人士也認(rèn)為，建立一個(gè)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，多方吸納、分層引導(dǎo)的思路或許更可取。

其次，光刻機(jī)需要與產(chǎn)業(yè)緊密結(jié)合。國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體企業(yè)目前大部分采用阿斯麥的光刻機(jī)，而非選擇與上海微電子共研，支持最新工藝的光刻機(jī)。但芯片制造的卡脖子之痛，會(huì)讓產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)對(duì)國(guó)產(chǎn)設(shè)備比之前更為重視。

另外，光刻機(jī)產(chǎn)業(yè)技術(shù)的創(chuàng)新能力，本質(zhì)還在于人才。以上海微電子為例，公司研發(fā)人員較長(zhǎng)期只有數(shù)百人，2019年初達(dá)到1150名，但僅為阿斯麥的1/6。因此，源源不斷地增強(qiáng)新的儲(chǔ)備人才，同樣十分重要。

EUV光刻機(jī)

隨著全球化的演變，供應(yīng)鏈國(guó)際化仍是不可阻擋的發(fā)展趨勢(shì)。比如在阿斯麥EUV光刻機(jī)的超10萬(wàn)個(gè)零件中，就有90％的關(guān)鍵設(shè)備并非來(lái)自荷蘭。但是在西方的技術(shù)限制下，中國(guó)一直很難獲得世界先進(jìn)水平的設(shè)備供應(yīng)。

當(dāng)前，國(guó)際貿(mào)易環(huán)境似乎正變得更加嚴(yán)峻。2018年，中芯國(guó)際花費(fèi)約1.2億美元，向阿斯麥訂購(gòu)了一臺(tái)EUV光刻機(jī)。但在美國(guó)千方百計(jì)阻撓下，目前這臺(tái)光刻機(jī)還未成功交付。由此，自主攻關(guān)光刻技術(shù)已變得意義非凡。

不過(guò)，一味強(qiáng)調(diào)“完全國(guó)產(chǎn)化”，倒不如放眼長(zhǎng)遠(yuǎn)，站在全球系統(tǒng)的視野來(lái)制定正確發(fā)展策略，在加大技術(shù)和專(zhuān)利積累同時(shí)，密切國(guó)內(nèi)外合作關(guān)系。國(guó)產(chǎn)光刻機(jī)的發(fā)展路徑，應(yīng)不局限于國(guó)內(nèi)，而是全球化的“國(guó)產(chǎn)化”。

而在國(guó)產(chǎn)光刻機(jī)努力追趕的路上，動(dòng)不動(dòng)就鼓吹“突破技術(shù)封鎖”論調(diào)，不僅容易滋長(zhǎng)盲目自信、引發(fā)外部恐慌或更強(qiáng)壓制，對(duì)國(guó)內(nèi)科技領(lǐng)空的發(fā)展也沒(méi)什么益處。因此，對(duì)外強(qiáng)調(diào)產(chǎn)業(yè)鏈的合作與共贏是重要方向。

在國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中，光刻機(jī)技術(shù)創(chuàng)新與發(fā)展是一場(chǎng)多維較量。有一次工作匯報(bào)，賀榮明做了一個(gè)特別的分享。期間，他提到曾用自有專(zhuān)利對(duì)很多在中國(guó)申請(qǐng)專(zhuān)利保護(hù)范圍過(guò)大的專(zhuān)利進(jìn)行阻擊，將其保護(hù)范圍縮小一半。

2017年，在上海市科創(chuàng)爭(zhēng)先鋒先進(jìn)事跡報(bào)告會(huì)上，賀榮明作為“科創(chuàng)先鋒人物”發(fā)言。

此外，賀榮明還說(shuō)：“我深深感到和體會(huì)到在未來(lái)的世界中，一個(gè)國(guó)家的大小已經(jīng)不是由疆土的面積來(lái)衡量了，而是由科技領(lǐng)空的大小來(lái)決定。守護(hù)和拓展我們國(guó)家的科技領(lǐng)空，如果我們這代人不擔(dān)當(dāng)，誰(shuí)來(lái)?yè)?dān)當(dāng)？”

09

尾聲

浮沉五十載，國(guó)產(chǎn)光刻機(jī)大崛起到來(lái)前，道阻且長(zhǎng)。如果梳理發(fā)展軌跡，它便類(lèi)似一個(gè)“N”字形。其中前二十年，科研人員將20年的差距縮短到7年；中間十五年，將7年差距重新送回20年。而近十五年又在大力追趕。

在最初時(shí)期，中國(guó)科研人員有強(qiáng)烈的憂患意識(shí)。他們?cè)谘邪l(fā)初期，就將半導(dǎo)體供應(yīng)鏈本土化渠道、成品率、可靠性和穩(wěn)定性等多種因素?cái)M定在整體項(xiàng)目方案中。但伴隨中美建交及改革開(kāi)放推進(jìn)，情形開(kāi)始發(fā)生變化。

加大對(duì)外開(kāi)放也引發(fā)了思潮震蕩。在產(chǎn)業(yè)政策、頂層設(shè)計(jì)變化及與外界交流增多等情況下，許多企業(yè)為短期或生存利益受到“造不如買(mǎi)”思想侵蝕。但這條路顯然會(huì)使科技強(qiáng)國(guó)越強(qiáng)、弱國(guó)越弱，是中國(guó)當(dāng)前不可取的。

進(jìn)入新世紀(jì)，整個(gè)中國(guó)半導(dǎo)體幡然醒來(lái)。此后歷經(jīng)9年，上海微電子突破90nm光刻機(jī)技術(shù)，然后用9年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)；足足歷時(shí)近20年，其193nm光波長(zhǎng)ArF浸沒(méi)式光刻機(jī)才將突破。而同樣時(shí)間內(nèi)，阿斯麥已登頂世界之巔。

在西方世界的嚴(yán)格技術(shù)出口限制下，可能無(wú)法確定上海微電子的步調(diào)是快了還是慢了。但不妨放眼全球半導(dǎo)體關(guān)鍵發(fā)展節(jié)點(diǎn)，從中尋找那些政府與企業(yè)共同引導(dǎo)與投入的可參照經(jīng)驗(yàn)。當(dāng)然，借鑒可以，但不能盲目。

英國(guó)一位經(jīng)濟(jì)學(xué)家曾指出，政府與企業(yè)長(zhǎng)期而富有戰(zhàn)略性的引導(dǎo)和投入，是突破性創(chuàng)新的絕對(duì)先決條件。是的，在光刻機(jī)領(lǐng)域，需要國(guó)家的戰(zhàn)略投入，及引導(dǎo)政府、科研與企業(yè)等協(xié)同發(fā)展。因?yàn)檫@是一場(chǎng)民族圖騰。

如今，賀榮明的頭發(fā)已全然花白，但他仍在引導(dǎo)公司向“兩彈一星”團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)自力更生、大力協(xié)同，并經(jīng)常對(duì)員工們表示：如今國(guó)家對(duì)自主創(chuàng)新的支持力度史無(wú)前例，一定要珍惜這個(gè)時(shí)代。那為什么要珍惜這個(gè)時(shí)代？

不難發(fā)現(xiàn)，光刻機(jī)產(chǎn)業(yè)背后的邏輯是：其可以制造手機(jī)、電腦、電視、導(dǎo)彈和航天飛機(jī)等等設(shè)備芯片，因而涉及國(guó)計(jì)民生，以及科技、軍事和社會(huì)經(jīng)濟(jì)方方面面發(fā)展。而在一個(gè)人民國(guó)家，必然會(huì)大力支持這項(xiàng)事業(yè)。

當(dāng)前，資金到位、產(chǎn)業(yè)鏈聚集，圍繞著一家大陸有且僅有的光刻機(jī)未來(lái)巨頭，雙工作臺(tái)、光學(xué)、光源、物鏡及浸沒(méi)系統(tǒng)等產(chǎn)業(yè)鏈的各環(huán)節(jié)都被撬動(dòng)起來(lái)。一個(gè)暫時(shí)落后卻也能夠基本自足的產(chǎn)業(yè)鏈，已在慢慢長(zhǎng)成。

有人將國(guó)內(nèi)光刻機(jī)產(chǎn)業(yè)鏈當(dāng)成星星之火。但在一起，才能匯聚成一團(tuán)星火，才能旺盛，才能燎原。而經(jīng)歷五十載跌宕洗練，以及國(guó)際形勢(shì)風(fēng)云變化，這星火的斗志已不容稍減！

原文標(biāo)題：國(guó)產(chǎn)光刻機(jī)五十年：星星之火，可以燎原？

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