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中国光刻机开发50年，为什么还落后国际7代以上( 二 )

中国光刻机开发50年，为什么还落后国际7代以上
同年 ， 行业传来捷报 ， 中国第一台GK—3型接触式光刻机诞生 。 这种光刻机相对粗糙 ， 就是光罩直接压在硅片上 ， 再用灯光照射 ， 但光罩易变形 ， 难以重复使用 ， 还会造成污染 。 上世纪70年代初 ， 美国、日本等国家已经研制出了更先进的1:1投影光刻机和分步投影光刻机 ， 但这些技术要求苛刻 ， 当时国内光刻工艺难以达到 。为了追赶世界先进水平 ， 原机电部45所投入研制 ， 终于在1985年研制出第一台分步投影式光刻机 。 当时的电子部技术鉴定认为 ， 这达到了1978年美国GCA公司推出的分步光刻机4800DSW的水平 。 表面上看 ， 中国技术也就落后美国7年 。 但有行业人士指出 ， 这些设备偏科研项目 ， 没有经过产线验证 ， 并不代表真实水平 。在很长一段时间 ， 国内研究成果在论文发表、专家评审后即被束之高阁 ， 导致光刻机技术也长期停留在“纸上谈兵”的阶段 。那一年 ， 光刻机老大ASML刚成立一年 ， 终于把办公地点从母公司飞利浦大厦紧挨垃圾桶的木棚房搬到新厂房 。 ASML脱胎于飞利浦实验室 ， 早年想和美国光刻机企业GCA、P&E合作 ， 但这些大佬都不理它 ， 唯有一家叫ASM International 的荷兰小公司主动要求合作 。 飞利浦犹豫了一年 ， 勉强同意成立股权对半的合资公司 ， 没人能预料到 ， 这个30人的小团队会在日后改写整个半导体行业 。然而 ， 国产光刻机刚有一点起色 ， 很快就被时代的大浪拍倒在了沙滩上 。 上世纪80年代开始 ， 随着改革开放的深入 ， 越来越多的外国公司进入中国市场 ， 当时国内奉行“造不如买 ， 买不如租” 。 各地政府大量引进国外的半导体设备和产线 ， 国内半导体技术自研陷入被动 。1984年中国还实行了“拨改贷”政策 ， 原来靠国家拨款的企业 ， 转向银行贷款 ， 一些科研项目因贷不到款而停滞 。雪上加霜的是 ， 1996年 ， 以美国为首的西方国家签署了《瓦森纳协定》 ， 对中国出口技术进行封锁 。 为了开辟一条生路 ， 国内提出“以市场换技术” ， 大幅降低关税 ， 导致国内集成电路产业 ， 包括光刻机受到了狂风暴雨般的冲击 。没有市场、没有资金 ， 国产光刻机在上世纪90年代再未有更大进展 。但在我国技术停滞不前的这段时间里 ， 日韩在半导体行业加大投资、奋起直追 。 其中 ， 日本半导体公司尼康就把美国光刻机企业SVG、Ultratech打得七零八落 ， 占据了全球30%的半导体市场 。 随后日本国内的日立、佳能等企业也开始崭露头角 。星星之火2001年2月27日 ， 中科院院士、北大微电子研究院院长王阳元教授在中南海作了关于《微电子科学技术和集成电路产业》的报告 。 上世纪70年代 ， 王阳元曾主持研制成功我国第一块1024位随即存储器 ， 是国内半导体行业的领军人物之一 。 这次报告让与会者对半导体的战略地位有了进一步理解 。中国光刻机开发50年，为什么还落后国际7代以上
图/来源网络时任国务院副总理李岚清在报告结束后给出一个结论：集成电路是电子产品的“心脏” ， 没有先进的集成电路产业就没有先进的信息产业 ， 因此 ， 必须大力发展集成电路产业 。 这一结论无疑给中国芯片产业带来新生 。同年 ， 李岚清主持工作会议 ， 下发了鼓励集成电路产业发展的文件 。 基于此 ， 财政部、国家税务总局推出相关税收政策 ， 产业和资本活跃起来 。2002年 ， 光刻机也正式列入“863重大科技攻关计划” 。 这一年 ， 科技部和上海市政府共同牵头 ， 国内多家企业共同组建了上海微电子 ， 重点研发100nm步进扫描投影光刻机 。时任上海电气总公司执行副总裁的贺荣明肩负起这个任务 ， 带领团队走上了艰难的光刻机自主研发之路 。1985年从同济大学毕业的贺荣明 ， 进入上海机电工业管理局从事国外技术的引进 。 在此后的工作中 ， 他体会到了“真正的核心技术是买不来的” 。上海微电子刚成立时 ， 贺荣明去欧洲谈光刻机技术合作 ， 对方都把他当成“国际骗子” 。 “那种看我的眼神 ， 我觉得很刺眼 。 现在想来 ， 或许那算不上歧视 ， 而是一个西方工程师在听说发展中国家也要搞光刻机时的正常反应 。 ”一位德国工程师甚至对他扔下一句狠话：“就是给你们全套图纸 ， 你们也做不出来！”实现光刻机自主 ， 的确像一个有点不切实际的梦 。 媒体今天经常引用的一组数据是 ， “目前最先进的EUV光刻机 ， 单台设备超过十万个零件 ， 软管加起来就有两公里长 。 这么一台庞大的设备 ， 重量足足有180吨 ， 单次发货需要动用40个货柜、20辆卡车以及3架货机” 。 更不要说 ， 研发涉及几百家公司的技术 。 而上海微电子几乎是一穷二白 ， 要造出光刻机 ， 难度无异于在沙漠上盖起一栋摩天大楼 。光刻机霸主ASML也并不是凭一己之力崛起的 。 上世纪八九十年代 ， 光刻机被光源卡在193nm长达20年 。 为了突破 ， 英特尔说服了美国总统克林顿组织起一个EUV LLC联盟 ， 集合了当时科技界大牛摩托罗拉、IBM以及美国三大国家实验室等 。当时正值美日科技争霸 ， 美国没有让日本企业加入 ， 反而允许荷兰ASML共享研究成果 。 为表诚意 ， ASML在美国建了研发中心 ， 还保证55%的零部件均从美国采购并定期接受审查 。 这也是如今荷兰公司ASML必须遵守美国规矩 ， 不给中芯国际提供7nm EUV光刻机的根源 。异常艰苦的条件下 ， 2007年 ， 上海微电子曾研制出一台90nm工艺的投影光刻机 。 但中科院微电子所官网一篇文章指出 ， 由于这台机器大部分关键元器件是外国的 ， 西方默契地对上海微电子禁运 ， 样机成了摆设 ， 无法投入商业化生产 。于是 ， 2008年国家启动了主攻装备、材料和工艺等配套能力的“02专项” ， 扶持国内光刻机产业链 。 除了上海微电子负责整机制造 ， 还扶持了一批配套企业的研发：比如长春光电所、上海光电所和国科精密研究曝光光学系统 ， 华卓精科承担双工件台 ， 南大光电研制光刻胶 ， 启尔机电负责突破DUV光刻机液浸系统等 。一位光刻机资深从业人士记得 ， 2010年左右 ， 曾有国产光刻机产业界的人来拜访 ， 提到国内已几十年没人做过准分子激光器 ， 而这是光刻机的核心部件 。 当时国内连镜头的材料都做不出来 ， 更别说做激光器了 。 “国内产业就是在这样薄弱的基础上做出了光刻机 ， 是个奇迹 。 ”如今 ， 国产光刻机在艰难中已有了星星之火 。 12年的持续投入下 ， 国内产业链在光源系统、曝光光学系统等方面取得突破 。 2016年 ， 国科精密研发的国内首套用于高端 IC 制造的 NA=0.75 投影光刻机物镜系统、国望光学研发的首套90nm节点ArF投影光刻机曝光光学系统都已交付 。但总的来说 ， 这些成绩还不足以解决光刻机之痛 。 一位行业人士告诉AI财经 ， 在国家启动的扶持芯片设备的02专项中 ， 光刻机是花钱最多的项目 ， 一投就是10多年 ，但仍然没有做出比上海微电子90nm光刻机更先进的产品 。 而在90nm之后 ， 还有65nm、45nm、28nm、22nm、14nm、10nm、7nm足足7代工艺 ， 才算与全球先进水平持平 。“之前花了10多年来趟路 ， 也让我们发现 ， 原先的做法 ， 部分需要调整 。 ”行业人士称 ， 目前参与国内光刻机研发的有高校、企业和研究所 ， 力量分散 ， 而选择的技术路径难度也过高 。从技术路径来说 ， ASML主要生产两类光刻机——193nm光源光刻机和EUV光刻机 。 193nm光源光刻机只能做到7nm制程 ， 往下需要EUV光刻机 。 但EUV涉及的技术和零部件是全球化的 ， 且2018年至今全球出货量总计只有57台 。 “在西方制定协议对我国进行技术封锁的情况下 ， 做科研可以 ， 但在EUV这条路做商业化既困难又得不偿失 。 ”上述行业人士认为 ， “我们不妨先把193nm光源光刻机做好 。 ”同时 ， 行业人士提出 ， 当下更要补齐我国在光刻机领域人才的缺失 。 2000年初 ， 大批留学的半导体人士怀揣家国情怀选择回国发展 ， 带来了一个繁荣的产业开端 ， 但可惜的是后期人才培育没有跟上步伐 。 “总想着靠钱挖人 ， 这并不能建起一个扎实的产业人才基础 。 ”另一位资深人士指出 ， 光刻机需要与产业紧密结合 。 中芯国际目前先进工艺采用的是ASML的光刻机 ， 而非选择与上海微电子共研 ， 支持最新工艺的光刻机 。 而中芯国际则表达了生存和追赶目标下的不得已 。 但芯片制造卡脖子之痛 ， 会让产业链企业对国产设备比之前更为重视 。光刻机只是中国无芯之痛的一个缩影 ， 背后折射出的是整个产业追赶的艰难 。 “在种种困难之下 ， 除了卧薪尝胆 ， 加强研发 ， 别无捷径 。 ”一位从业几十年的行业人士说 。光刻机产业落后很大程度上是此前策略导致的 ， 最近两年芯片行业发生的事件是一记警钟 ， 更是一剂强心剂 。 当人们认清光刻机的重要性后 ， 随着策略的调整、资本的投入以及产业链更清晰的合作 ， 国产光刻机将有希望一步步实现突围 。


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