在芯片制造過程中，光刻機(jī)是不可或缺的設(shè)備，其作用主要是利用光源和工藝來精確復(fù)制預(yù)定的電路圖案至硅片上�？梢哉f，光刻機(jī)的先進(jìn)程度直接決定了芯片的制程水平和性能水平。

此前業(yè)內(nèi)一直有消息稱，上海微電子的 28 nm 浸沒式光刻機(jī)將在2023年底面世，但上海微電子方面并未對(duì)此作出正面回應(yīng)。

但借此機(jī)會(huì)，我們可以回顧一下國(guó)產(chǎn)光刻機(jī)的發(fā)展歷程和面臨的挑戰(zhàn)。

起步與停滯

中國(guó)的半導(dǎo)體和微電子研究起步于20世紀(jì)五六十年代。當(dāng)時(shí)周總理在《1956—1967年科學(xué)技術(shù)發(fā)展遠(yuǎn)景規(guī)劃》中將半導(dǎo)體技術(shù)和其他三項(xiàng)技術(shù)列入四項(xiàng)“緊急措施”，開啟了國(guó)內(nèi)的半導(dǎo)體自研之路。

我國(guó)在光刻工藝研究方面的起步也并不晚，早在1965年，國(guó)內(nèi)中科院就研制出65型接觸式光刻機(jī)，與日本基本同時(shí)起步，甚至比韓國(guó)、中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)都要早10年。

從1965年的65型接觸式光刻機(jī)，到1981年中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體所研制的JK-1型半自動(dòng)接近式光刻機(jī)；再到1985年中電科45所研制的分步投影式光刻機(jī)。截止到二十世紀(jì) 80 年代，我國(guó)的光刻機(jī)技術(shù)與全球最先進(jìn)的技術(shù)差距不超過 10 年。

而這個(gè)階段，荷蘭的光刻機(jī)巨頭 ASML 剛剛成立。

但往后的十余年，我國(guó)的光刻機(jī)研究陷入了停滯。主要原因是對(duì)外開放后，國(guó)內(nèi)可以直接購(gòu)買發(fā)達(dá)國(guó)家的成品光刻機(jī)，買成品的“性價(jià)比”，比苦哈哈地自研要高太多。

當(dāng)國(guó)內(nèi)普遍存在“造不如買”的想法的時(shí)候，缺乏市場(chǎng)刺激的本土企業(yè)就再也沒有研發(fā)動(dòng)力了。盡管還有一些掩膜和光源之類的研究，但所有光刻機(jī)的研究都只停留在實(shí)驗(yàn)室的紙面數(shù)據(jù)上。

“卡脖子”的半導(dǎo)體技術(shù)

落后就要挨打，“造不如買”始終要付出代價(jià)。

1996年，歐美聯(lián)合簽訂了《瓦森納協(xié)議》，協(xié)議中宣布禁止中國(guó)人進(jìn)入發(fā)達(dá)國(guó)家的半導(dǎo)體行業(yè)，且對(duì)中國(guó)的半導(dǎo)體技術(shù)貿(mào)易實(shí)行“N-2”原則（N-2指比最新技術(shù)低兩個(gè)世代）。

這紙協(xié)議決定了中國(guó)只能進(jìn)口落后的光刻機(jī)設(shè)備，在全球半導(dǎo)體范圍內(nèi)只能停留在代工、測(cè)試等最末端的地位。

為了解決光刻機(jī)卡脖子問題。2002年我國(guó)正式將新型光刻機(jī)列入我國(guó)“863重大科技攻關(guān)計(jì)劃”中。同年，上海微電子裝備有限公司在上海張江高科技園區(qū)正式成立。

彼時(shí)的上海微電子主要研發(fā)人員均來自中電科45所等國(guó)家隊(duì)，目標(biāo)就是國(guó)產(chǎn)開發(fā)自主可控、能批量投產(chǎn)的光刻機(jī)。

而在上海微電子成立的同一年，ASML聯(lián)合臺(tái)積電研發(fā)的新一代光刻機(jī)，已經(jīng)將芯片制程推進(jìn)到45nm。此時(shí)的上海微電子和ASML的光刻機(jī)技術(shù)差距，猶如原始人之于鋼鐵俠。

艱難的國(guó)產(chǎn)之路

光刻機(jī)的研發(fā)本身是一件極為復(fù)雜的事情，它不僅受限于機(jī)器本身的生產(chǎn)技術(shù)，還要有對(duì)應(yīng)的產(chǎn)業(yè)鏈和合作伙伴。

一臺(tái)光刻機(jī)的主要部件包括激光光源、物鏡系統(tǒng)、工作臺(tái)系統(tǒng)、掩模工作臺(tái)系統(tǒng)、掩模傳輸系統(tǒng)、硅傳輸系統(tǒng)和曝光系統(tǒng)等，總共需要十萬多種零部件。這些零部件來自不同國(guó)家：美國(guó)的光源和光學(xué)軟件、德國(guó)的鏡頭、日本的光刻膠...

ASML 本身就站在巨人的肩膀上，它的母公司是飛利浦，提供了足夠的資金和人才。此外，ASML 參與了克林頓政府為突破193nm 芯片瓶頸而創(chuàng)立的 EVU LLC 組織，共享了摩托羅拉、AMD、美光等企業(yè)的先進(jìn)半導(dǎo)體技術(shù)，最終成功研發(fā)出 EVU 光刻機(jī)，飛身一躍成為全球光刻機(jī)龍頭。

而相比之下，上海微電子的起步除了國(guó)家隊(duì)背景可以說是什么也沒有，還要頂著《瓦森納協(xié)議》的禁運(yùn)協(xié)議。2007年，上海微電子成功研發(fā)了365nm光波長(zhǎng)的DUV分布式投影光刻機(jī)，可用于90nm芯片制程的生產(chǎn)。但這臺(tái)DUV光刻機(jī)的大部分零件都無法國(guó)產(chǎn)，在禁運(yùn)協(xié)議下，這項(xiàng)巨大的突破竟完全無法落地。

所幸，由國(guó)家牽頭安排的國(guó)產(chǎn)供應(yīng)鏈也在成長(zhǎng)。比如負(fù)責(zé)光刻機(jī)雙工件臺(tái)系統(tǒng)的清華大學(xué)和北京華卓精科，負(fù)責(zé)光學(xué)部分的中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所和上海光機(jī)所、負(fù)責(zé)激光光源系統(tǒng)的中科院光電研究院...這些光刻機(jī)零部件的供應(yīng)鏈伙伴近幾年來獲得了多項(xiàng)重大突破，才共同鑄就了上海微電子的 28nm 光刻機(jī)計(jì)劃。

結(jié)語

先進(jìn)半導(dǎo)體領(lǐng)域沒有百花齊放，只有贏家通吃。

2022年，全球光刻機(jī)市場(chǎng)規(guī)模約258.4億美元，其中ASML靠著全球獨(dú)家的EVU技術(shù)營(yíng)收1562億人民幣，占了市場(chǎng)總額的82.4%，排名第二的佳能10.2% ，尼康7.65%排行第三。

作為全球四家光刻機(jī)廠商的最后一位，上海微電子的營(yíng)收預(yù)估在34億—36億元，甚至沒有資格出現(xiàn)在市場(chǎng)份額的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中。

28nm芯片工藝的光刻機(jī)是國(guó)產(chǎn)光刻機(jī)的一大步，也是一小步。道阻且長(zhǎng)，無論是技術(shù)研發(fā)、供應(yīng)鏈發(fā)展還是人才生態(tài)的培養(yǎng)，上海微電子和它的光刻機(jī)都還有很長(zhǎng)的路要追趕。