“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王陽元在中南海作了一場報告，分析我國發(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。這次報告讓與會者對半導(dǎo)體的戰(zhàn)略地位有了進(jìn)一步理解。

當(dāng)時主持會議的國務(wù)院副總理在聽取報告后，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)。無疑，這一結(jié)論給國內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來了舉足輕重的動力。

1975年，王陽元主持研制成功國內(nèi)第一塊三種類型的1024位MOS

動態(tài)隨機(jī)存儲器 。

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？時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，他就躊躇滿志的帶著技術(shù)團(tuán)隊(duì)去歐洲、美國等地開展技術(shù)合作。但沒想到是，對方卻幾乎都把他當(dāng)“國際騙子”。

在賀榮明提出“中國人也要做光刻機(jī)”時，外國專家的眼神里充滿了詫異和不信任，而且多多少少帶著對中國科技人員的不屑和蔑視，一名德國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！”

自尊心受到此番刺激，賀榮明很不服氣。在回國后很長一段時間內(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)并交付了第一臺國產(chǎn)封裝光刻機(jī)，給中國臺灣客戶時才得以消解。

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

時至今日，上海微電子已成為國內(nèi)最先進(jìn)的光刻機(jī)設(shè)備廠商，在封裝光刻產(chǎn)品國內(nèi)市場占有率達(dá)80%、全球市場占有率為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，國產(chǎn)光刻機(jī)的星星之火，有過旺盛，有過湮滅，有過重燃，最終走到了現(xiàn)在的模樣。若展望將來，這把火是否還能燎原？

01

曙光

1952年，戰(zhàn)爭硝煙剛剛散去，中國便開啟了一項(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)所所長華羅庚負(fù)責(zé)。隨后十余年，國內(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)志著中國開始用光刻技術(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，國人重新燃起了對半導(dǎo)體技術(shù)的追求與渴望。

1977年，江蘇吳縣專門舉行了全國性的光刻機(jī)技術(shù)座談會。參會代表們達(dá)成共識：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)就傳來捷報：中國第一臺GK-3型半自動接觸式光刻機(jī)誕生。但這種光刻機(jī)相對粗糙，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，與國際水平差距較大。

對比來看，美國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GCA公司又推出真正意義的自動化步進(jìn)式光刻機(jī)。而當(dāng)年中科院1445所升級開發(fā)的GK-4，仍沒有擺脫接觸式。

不過，在思潮拐點(diǎn)來臨前，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，沒有經(jīng)過產(chǎn)線驗(yàn)證，并不能代表真實(shí)水平。另外，有一段時間，國內(nèi)相關(guān)研究成果及論文，在通過專家評審后即被束之高閣，導(dǎo)致光刻機(jī)技術(shù)停留在“紙上談兵”階段。

不過，受此影響，且在市場化剛啟動下攻克技術(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，甚至比肩日本、領(lǐng)先韓臺。

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，且基本不依賴國外進(jìn)口。

02

內(nèi)憂

伴隨著國門初開，中國半導(dǎo)體的盛景下也存有隱憂。1980年，無錫的江南無線電器材廠（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，中國第一次從國外引進(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代背景。1984年，十二屆三中全會明確提出：進(jìn)一步貫徹執(zhí)行對內(nèi)搞活經(jīng)濟(jì)、對外實(shí)行開放的方針。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)大對外開放環(huán)境下，“造不如買”的思潮迅速蔓延全國。于是，各地政府大量引進(jìn)國外的半導(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)開放，走上以“貿(mào)工技”為指導(dǎo)的發(fā)展路線。

比如1986年，國家制定改革開放以來首個發(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)，同時開發(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)仍然全從國外引進(jìn)。

1987年，724廠與電子部第24所無錫分所合并，成立無錫微電子，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，國內(nèi)追隨國外制定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)體系；在教育上，與金融貿(mào)易相關(guān)的專業(yè)都成了熱門，軟件工程師則變成冷門職業(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，以大量廉價勞動力來換取經(jīng)濟(jì)利益。而極少數(shù)堅(jiān)持自主路線的企業(yè)，只能在買辦和外資的擠壓夾縫中生存。于是，中國原有的獨(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半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的突飛猛進(jìn)，政府也意識到發(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。

但最終，兩項(xiàng)工程的主體承擔(dān)企業(yè)無錫華晶和上海華虹，要么失敗要么收效甚微。而覆巢之下，安有完卵？沒有市場、資金和人才等支撐，國產(chǎn)光刻機(jī)在整個九十年代再無更大建樹，且與國際水平差距越拉越大。

03

外患

國內(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，在自動化步進(jìn)式光刻機(jī)出現(xiàn)后，全球正式開啟了群雄爭霸的光刻機(jī)大發(fā)展時代。日本的尼康、佳能開始與美國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，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，由于日本動態(tài)存儲芯片出現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)能過剩，價格大幅下跌近80%。

自此，美國半導(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。于是美國政府開始反制。倒是阿斯麥因?yàn)楣倔w量小，損失不大，繼續(xù)開發(fā)新品。

而這時在國內(nèi)持續(xù)擴(kuò)大對外開放下，一方面，半導(dǎo)體企業(yè)紛紛轉(zhuǎn)向在國際光刻機(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)致國內(nèi)光刻機(jī)產(chǎn)業(yè)受到嚴(yán)重沖擊與擠壓。

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

1996年7月，在美國主導(dǎo)下，33個西方國家簽署了《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個成員國，而《瓦森納協(xié)定》現(xiàn)已擁有42個成員國。俄羅斯也成了其中一員。

在這一框架下，西方國家對中國半導(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。如果再在審批過程中適當(dāng)拖延一下，基本上中國能拿到的設(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，包括禁止給國內(nèi)自主芯片做代工，不得生產(chǎn)用于軍事科研和國防領(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，以防技術(shù)泄露。

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

在外部發(fā)展空間日益逼仄下，為了開辟一條生路，國內(nèi)曾提出“以市場換技術(shù)”，大幅降低關(guān)稅。但這卻導(dǎo)致國內(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，國內(nèi)光刻機(jī)市場成為歐美日企業(yè)的天下。

04

覺醒

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

基于國家信息安全及產(chǎn)業(yè)發(fā)展考慮，2000年6月，國務(wù)院印發(fā)《鼓勵軟件產(chǎn)業(yè)和集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的若干政策》，即18號文件。在政策補(bǔ)助和龐大市場等刺激下，中國整個半導(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，胡偉武主動請纓組建龍芯課題組。

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，國產(chǎn)光刻機(jī)事業(yè)才再度覺醒。

但這時的光刻機(jī)對技術(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、自動化、軟件、圖像識別等領(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。”

因此，上海微電子要造出光刻機(jī)，無異于在沙漠上蓋起一棟摩天大樓。沒有人才團(tuán)隊(duì)，沒有技術(shù)積累，沒有配套的供應(yīng)鏈。一切幾乎都從零開始，而且西方國家的限制很多。但是，“世上無難事，只要肯登攀。”

2002年，在上海張江高科技園區(qū)張東路1525號，一片農(nóng)田開始“換新顏”。在其中一方魚塘旁，上海微電子開工建設(shè)，落地扎根。而賀榮明帶著幾位滿懷夢想的“戰(zhàn)友”來到張江，開啟了研制國產(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，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《解放日報》采訪時說，“我講不出你們要聽的精彩故事，只不過十幾年干了一件事。”

當(dāng)記者提問，“如果你干幾年就離開，會不會發(fā)展得比現(xiàn)在好？”他回答道：通常賽馬的雙目邊都有塊“板”，這樣馬的視覺廣角小一點(diǎn)，就更專心往前跑。“歷史賦予我們研發(fā)中國光刻機(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)如果不具備在市場競爭中“自我造血”能力，是不會長久的。于是他在攻堅(jiān)100nm前道光刻機(jī)時，抽調(diào)部分人員研制封裝光刻機(jī)。后來，事實(shí)證明他這次“賭”對了。

05

破局

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

此后，阿斯麥抓住機(jī)會與臺積電合作，在一年的時間內(nèi)就開發(fā)出了樣機(jī)，并在之后推出浸入式光刻機(jī)XT:1700i。這臺設(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。

而同期中國剛剛啟動193nm ArF光刻機(jī)項(xiàng)目，即落后了國際水平20多年。于是，上海微電子開啟艱苦追趕，并在2007年宣布突破365nm光波長的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)。

歷時五年研發(fā)，相對原計(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：由于這臺機(jī)器大部分關(guān)鍵元器件是外國的，西方默契地對上海微電子禁運(yùn)。這導(dǎo)致樣機(jī)成了擺設(shè)，無法投入商業(yè)生產(chǎn)。

于是，2008年，國家成立了“極大規(guī)模集成電路制造裝備與成套工藝專項(xiàng)”（02專項(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專項(xiàng)，國產(chǎn)光刻機(jī)研發(fā)工作采用類似“Out House”研發(fā)模式。

此后，除了整機(jī)制造，國家扶持了一批配套企業(yè)的研發(fā)，如長春光電所、上海光電所和國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，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)開始取得突破。2016年，國科精密研發(fā)的國內(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間才實(shí)現(xiàn)90nm光刻機(jī)量產(chǎn)，而且仍沒有做出更先進(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際14nm晶圓代工產(chǎn)線上，即采用阿斯麥的DUV光刻機(jī)。

不過，雖然國產(chǎn)光刻機(jī)還沒走出困境，但細(xì)枝末節(jié)處已見微光。2016年，華卓精科成功研制出兩套雙工作臺樣機(jī)，并通過02專項(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、三星和臺積電等股權(quán)投資換來的巨額研發(fā)資金等，頂著《瓦森納協(xié)定》的國產(chǎn)光刻機(jī)產(chǎn)業(yè)，成長基石明顯處在低洼劣勢。那么國產(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、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等。

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

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

曝光系統(tǒng)和雙工件臺關(guān)鍵系統(tǒng)的成功，成為國產(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)流體動力與機(jī)電系統(tǒng)國家重點(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Cymer（已被阿斯麥?zhǔn)召彛⑷毡綠igaphoton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)，國望光學(xué)提供物鏡系統(tǒng)，國科精密提供曝光光學(xué)系統(tǒng)，華卓精科提供雙工作臺，啟爾機(jī)電提供浸沒系統(tǒng)。

“如今在我們超潔凈度的廠房里，一臺臺占地幾十平方米的光刻機(jī)，就像一個個思想的巨人矗立在那里。”賀榮明時常隔著玻璃，凝視這那些由幾萬個超精密零件和數(shù)百萬代碼組成的復(fù)雜系統(tǒng)，似乎能從中看到光量。

為了使整個研制過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)動機(jī)”。而他的夢想是：讓國際同行增加對中國科技工作者的尊重。

目前，我國經(jīng)濟(jì)社會運(yùn)轉(zhuǎn)高度依賴進(jìn)口半導(dǎo)體，對外依存度達(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。而一旦國產(chǎn)光刻機(jī)突破28nm以下技術(shù)，將產(chǎn)生極大“燎原”之勢。

07

前路

在設(shè)備類別上，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)可分為無掩模和有掩模光刻機(jī)，前者技術(shù)壁壘相對較低，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，無掩模光刻機(jī)又可分為電子束直寫光刻機(jī)、離子束直寫光刻機(jī)、激光直寫光刻機(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ArF（氟化氬）浸沒式光刻機(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ArF浸沒式光刻機(jī)，將意味著其在DUV光刻機(jī)領(lǐng)域接近或趕上阿斯麥。

另據(jù)方正證券2020年發(fā)布的一份研報，在02專項(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ArF浸沒式DUV光刻機(jī)。而這臺設(shè)備直接對標(biāo)的就是，阿斯麥現(xiàn)階段最強(qiáng)DUV光刻機(jī)TWINSCAN NXT：2000i。

雖然在短時間內(nèi)，上海微電子可能無法實(shí)現(xiàn)193nm光波長ArF浸沒式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，理論上來說，193nm光波長ArF浸沒式DUV光刻機(jī)可以用于7nm制程芯片的生產(chǎn)。

至于將來更長遠(yuǎn)的發(fā)展，曾有專家說過，EUV光刻機(jī)并不是必需的。而常被拿來佐證這一觀點(diǎn)的案例是，中芯國際N+1、N+2代工藝都不會使用到EUV工藝，而臺積電也是在第三代7nm工藝才開始引入EUV光刻機(jī)。

但制程越小工藝就越高級，集成電路里的線寬越小，就越需要更高級的光刻機(jī)。雖然EUV技術(shù)對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)非常重要的價值體現(xiàn)。

08

挑戰(zhàn)

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

雖然02專項(xiàng)在梳理，但仍有待設(shè)立一個由政府和企業(yè)共同管及運(yùn)行的聯(lián)盟組織，來統(tǒng)一規(guī)劃、推動整個國產(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，會讓產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)對國產(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)鏈國際化仍是不可阻擋的發(fā)展趨勢。比如在阿斯麥EUV光刻機(jī)的超10萬個零件中，就有90％的關(guān)鍵設(shè)備并非來自荷蘭。但是在西方的技術(shù)限制下，中國一直很難獲得世界先進(jìn)水平的設(shè)備供應(yīng)。

當(dāng)前，國際貿(mào)易環(huán)境似乎正變得更加嚴(yán)峻。2018年，中芯國際花費(fèi)約1.2億美元，向阿斯麥訂購了一臺EUV光刻機(jī)。但在美國千方百計(jì)阻撓下，目前這臺光刻機(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，一味強(qiáng)調(diào)“完全國產(chǎn)化”，倒不如放眼長遠(yuǎn)，站在全球系統(tǒng)的視野來制定正確發(fā)展策略，在加大技術(shù)和專利積累同時，密切國內(nèi)外合作關(guān)系。國產(chǎn)光刻機(jī)的發(fā)展路徑，應(yīng)不局限于國內(nèi)，而是全球化的“國產(chǎn)化”。

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

在國際競爭中，光刻機(jī)技術(shù)創(chuàng)新與發(fā)展是一場多維較量。有一次工作匯報，賀榮明做了一個特別的分享。期間，他提到曾用自有專利對很多在中國申請專利保護(hù)范圍過大的專利進(jìn)行阻擊，將其保護(hù)范圍縮小一半。

2017年，在上海市科創(chuàng)爭先鋒先進(jìn)事跡報告會上，賀榮明作為“科創(chuàng)先鋒人物”發(fā)言。

此外，賀榮明還說：“我深深感到和體會到在未來的世界中，一個國家的大小已經(jīng)不是由疆土的面積來衡量了，而是由科技領(lǐng)空的大小來決定。守護(hù)和拓展我們國家的科技領(lǐng)空，如果我們這代人不擔(dān)當(dāng)，誰來擔(dān)當(dāng)？”

09

尾聲

浮沉五十載，國產(chǎn)光刻機(jī)大崛起到來前，道阻且長。如果梳理發(fā)展軌跡，它便類似一個“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。

在最初時期，中國科研人員有強(qiáng)烈的憂患意識。他們在研發(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放推進(jìn)，情形開始發(fā)生變化。

加大對外開放也引發(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”思想侵蝕。但這條路顯然會使科技強(qiáng)國越強(qiáng)、弱國越弱，是中國當(dāng)前不可取的。

進(jìn)入新世紀(jì)，整個中國半導(dǎo)體幡然醒來。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)；足足歷時近20年，其193nm光波長ArF浸沒式光刻機(jī)才將突破。而同樣時間內(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。

英國一位經(jīng)濟(jì)學(xué)家曾指出，政府與企業(yè)長期而富有戰(zhàn)略性的引導(dǎo)和投入，是突破性創(chuàng)新的絕對先決條件。是的，在光刻機(jī)領(lǐng)域，需要國家的戰(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)常對員工們表示：如今國家對自主創(chuàng)新的支持力度史無前例，一定要珍惜這個時代。那為什么要珍惜這個時代？

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，因而涉及國計(jì)民生，以及科技、軍事和社會經(jīng)濟(jì)方方面面發(fā)展。而在一個人民國家，必然會大力支持這項(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)未來巨頭，雙工作臺、光學(xué)、光源、物鏡及浸沒系統(tǒng)等產(chǎn)業(yè)鏈的各環(huán)節(jié)都被撬動起來。一個暫時落后卻也能夠基本自足的產(chǎn)業(yè)鏈，已在慢慢長成。

有人將國內(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，以及國際形勢風(fēng)云變化，這星火的斗志已不容稍減！

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

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