《電子技術(shù)應(yīng)用》
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中國光刻機(jī)往事

2022-08-15
來源:華商韜略

國人普遍對光刻機(jī)唉聲嘆氣之時,,全球光刻機(jī)龍頭ASML首席執(zhí)行官彼得·溫寧克卻曾表示:

“如果不將光刻機(jī)賣給中國,五年之內(nèi),,他們必將掌握所有的EUV光刻技術(shù),,十五年之后,,ASML公司或?qū)⑹バ袠I(yè)話語權(quán),!”

我們能做到嗎,?

【1】艱難開局

1956年,,周恩來總理收到了一份六百萬字的草案,,在這份《十二年科學(xué)技術(shù)發(fā)展遠(yuǎn)景規(guī)劃》中,,中科院的學(xué)部委員們提出了57項(xiàng)重點(diǎn)發(fā)展任務(wù)。

看著厚厚的資料,,周總理向?qū)<覀冋埥蹋骸斑@么多重點(diǎn),,國務(wù)院應(yīng)該主要抓哪些?”

最終,,57項(xiàng)任務(wù)被凝結(jié)為四大緊急措施:計(jì)算技術(shù),、無線電電子學(xué)、自動學(xué)和遠(yuǎn)距離操縱技術(shù),,以及半導(dǎo)體技術(shù),。

新中國對半導(dǎo)體的重視的確不算晚。兩年后,,美國德州儀器的基爾比,、仙童半導(dǎo)體的諾伊斯,才幾乎同時做出人類史上的第一塊集成電路,,打開了潘多拉魔盒,。

作為集成電路(芯片)制造的必備設(shè)備,光刻機(jī)從此走上歷史舞臺,走進(jìn)發(fā)展快車道,。中國光刻機(jī)的發(fā)展,,也從此時開始。

1961年,,美國GCA公司制造出了第一臺接觸式光刻機(jī),。而一個廣為流傳的說法是,1966年,,中科院下屬109廠就與上海光學(xué)儀器廠協(xié)作,,研制成功了我國第一臺65型接觸式光刻機(jī)。

早期的光刻機(jī)復(fù)雜程度和照相機(jī)差不多,,技術(shù)難度不高,,所以大家的差距也沒那么大。

半導(dǎo)體市場的快速發(fā)展,,推動著光刻機(jī)的需求和生長,。日本的佳能,、尼康,,美國的GCA公司,以及接受軍方投資的Perkin Elmer公司,,都開始進(jìn)入這一領(lǐng)域,,中國雖然相對落后,但在相當(dāng)長時間內(nèi),,也算是亦步亦趨地緊跟產(chǎn)業(yè)步伐,。

即便在動蕩年代,中國也依然在向光刻機(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)起沖鋒,,雖然這個過程充滿艱辛,。

1971年,在江西鄱陽湖畔學(xué)習(xí)水稻種植的徐端頤,,突然接到一個來自北京的電話,,原本就是清華大學(xué)精密儀器系教師的他,要回京負(fù)責(zé)新一代光刻機(jī)的研發(fā),。

清華大學(xué)為徐端頤配備了數(shù)百人的團(tuán)隊(duì),,有技術(shù)超群的鉗工,有搞精密機(jī)械加工的,,還有從其他單位調(diào)來的搞計(jì)算機(jī)控制的老師和技術(shù)工人,。群賢畢至,卻沒有一個人搞過光刻機(jī),。

組建這樣一個“草臺”班子,,多少有些無奈。

新中國剛成立沒多久,美國,、英國,、日本等17個國家,搞了個國際巴黎統(tǒng)籌委員會(簡稱巴統(tǒng)),,旨在限制成員國向社會主義國家出口戰(zhàn)略物資和高技術(shù),,列入禁運(yùn)清單的有軍事武器裝備、尖端技術(shù)產(chǎn)品,,中國也在封禁之列,。

隨著半導(dǎo)體的蓬勃發(fā)展,光刻機(jī)也被巴統(tǒng)列為尖端產(chǎn)品,,對華實(shí)行禁運(yùn),。而國內(nèi)很少有從事光刻機(jī)的專業(yè)人才,只能從相關(guān)學(xué)科中調(diào)兵遣將,。

底子薄,、基礎(chǔ)差,還有“巴統(tǒng)”這樣的鐐銬,,落后在所難免,。

1973年,美國PerkinElmer公司推出首臺掃描投影光刻機(jī),,這種光刻機(jī)精度高,,又改變了把光掩模壓在光刻膠上的技術(shù)路線,芯片生產(chǎn)的良率從10%一夜之間提升到70%,。但國內(nèi)仍停留在接觸式光刻機(jī)時代,。

落后就要挨打,深深地刻在一代人的印記里,,得到消息的中國決心奮起直追,。

1977年,在江蘇吳縣(今蘇州吳中區(qū)),,專門開了一場光刻機(jī)技術(shù)座談會,,與會的67名代表指出:光刻設(shè)備和工藝極為重要,要提高光刻機(jī)技術(shù),,讓中國半導(dǎo)體設(shè)備趕超世界先進(jìn)水平,。

人的潛力,在中國第一代光刻機(jī)從業(yè)者身上發(fā)揮到極致,。

沒有資料,,只能靠自己摸索,徐端頤和團(tuán)隊(duì)成員邊干邊學(xué),,沒日沒夜地加班攻關(guān),,終于在1980年造出了國內(nèi)第一臺投影光刻機(jī),。

1985年,中科院45所在光刻機(jī)領(lǐng)域取得了重大進(jìn)展,,研制出分步投影式光刻機(jī),,被認(rèn)定達(dá)到了1978年美國GCA公司推出的光刻機(jī)水準(zhǔn)。當(dāng)時,,日后的光刻機(jī)巨頭ASML公司才剛剛誕生,。

國產(chǎn)光刻機(jī)有一個好的起點(diǎn),但尷尬的是,,因?yàn)楫?dāng)時國內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)整體太薄弱,。國產(chǎn)光刻機(jī)雖然研發(fā)出來,卻沒有很好的下游應(yīng)用市場,,無法真正走上市場和商業(yè)化的道路,,只能停留在實(shí)驗(yàn)室研究階段。

此后的二三十年,,這種現(xiàn)實(shí)愈演愈烈,,中國光刻機(jī)對外的差距,也越來越大,。

【2】蹉跎歲月

1977年7月,,鄧小平邀請30位科技界代表在人民大會堂召開座談會。

在那場座談會上,,中國半導(dǎo)體靈魂人物王守武說得很直接:

“全國共有600多家半導(dǎo)體生產(chǎn)工廠,,一年生產(chǎn)的集成電路總量,只等于日本一家大型工廠月產(chǎn)量的十分之一,。”

王守武的一句話,,將中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的家底抖了個干凈,。

在20世紀(jì)60年代后期,中國一度采用群眾運(yùn)動的方式搞半導(dǎo)體,。當(dāng)時,,報紙上甚至出現(xiàn)了如此報道:街道老太太在弄堂里架一臺擴(kuò)散爐,也能做出半導(dǎo)體,。

蠻干硬上,,產(chǎn)業(yè)發(fā)展違背科學(xué)規(guī)律,國內(nèi)的芯片產(chǎn)業(yè)基本處于分散的手工式生產(chǎn),。在同一個時期,,日本則依靠“產(chǎn)、官,、學(xué)”相互協(xié)作體系,,成為全球半導(dǎo)體市場的有力競爭者,,其光刻機(jī)技術(shù)也取得長足的進(jìn)步。

1984年,,尼康推出量產(chǎn)型自動化步進(jìn)式光刻機(jī),,憑借良好的性能,一如太平洋戰(zhàn)爭初期那般,,印刻著“Made in Japan”的光刻機(jī),,把美國廠商打得節(jié)節(jié)敗退。尼康甚至從美國廠商GCA手里奪下了IBM,、英特爾,、AMD等一系列大客戶。

一消一漲之間,,中國與世界先進(jìn)水平的差距,,被拉得更大了。這種差距感染了規(guī)劃工作者,,中國半導(dǎo)體行業(yè)由此開始了急進(jìn)式的追趕之路,。

從1986年到1995年,國家部委先后組織了半導(dǎo)體領(lǐng)域的“三大戰(zhàn)役”:531戰(zhàn)略,、908工程,、909工程。規(guī)劃工作者希望通過市場化和運(yùn)動式的集中攻關(guān)并行,,換取半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)跨越的發(fā)展,。

但國內(nèi)如火如荼的造芯運(yùn)動,卻沒有成為國產(chǎn)光刻機(jī)的幸運(yùn)時刻,。

改革開放,,讓美、日光刻機(jī)廠商緊盯著中國市場,,再加上國產(chǎn)光刻機(jī)性能本就落后,,國內(nèi)好不容易起來的半導(dǎo)體企業(yè)和光刻機(jī)市場需求,卻成了送給外資的禮物,。

為迅速搶占中國光刻機(jī)市場,,國際廠商除了常規(guī)競爭,可謂是千方百計(jì),。一些企業(yè)甚至還推出特別福利:買光刻機(jī),,送出國游。

國門剛開,,中國的廠長經(jīng)理們總想出去看一看,、玩一玩,順便學(xué)些先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)回來,。再加上對方的產(chǎn)品的確優(yōu)秀,,所以國內(nèi)企業(yè)普遍就選擇了國外光刻機(jī),。

許多原本購買徐端頤團(tuán)隊(duì)投影光刻機(jī)的公司,紛紛取消了訂單,。

本身就落后,,且沒有什么市場的國產(chǎn)光刻機(jī),此時處境更加尷尬,。產(chǎn)品賣不出去,,從市場上找不到錢的同時,連生存也被釜底抽薪:

在20世紀(jì)80年代初,,我國實(shí)行“撥改貸”的政策,,將政府對國有企業(yè)的財政撥款,改為企業(yè)向銀行貸款,,導(dǎo)致國家對電子工業(yè)投入的減少,。

既贏不了市場,也沒了國家經(jīng)費(fèi)支持,,國產(chǎn)光刻機(jī)因此站到懸崖邊,,許多光刻機(jī)項(xiàng)目紛紛下馬。

芯片產(chǎn)業(yè)日新月異,,光刻機(jī)亦是如此,。當(dāng)步伐停下后,曾經(jīng)尚可奮力一爭的國產(chǎn)光刻機(jī),,與國際同行的差距因此被迅速拉大,,甚至幾乎處于停滯狀態(tài)。

曾經(jīng)編寫過《光刻掩模版的制造》武漢無線電元件三廠,,一度還賣起了副食品,。徐端頤團(tuán)隊(duì)也退出了光刻機(jī)的研究,轉(zhuǎn)向光盤技術(shù)領(lǐng)域,,還拿到了國家發(fā)明二等獎,。

【3】從頭再來

2002年,荷蘭南部的邊境小鎮(zhèn)費(fèi)爾德霍芬,,來了一批西裝革履的中國人,他們身上背著一項(xiàng)沉重的使命——研發(fā)剛被列入“863重大科技攻關(guān)計(jì)劃”的新型光刻機(jī),。

帶隊(duì)的人,,名叫賀榮明,他掌舵的上海微電子公司,,由科技部和上海市政府牽頭成立,,承擔(dān)著攻堅(jiān)光刻機(jī)技術(shù)的重任。

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),,讓人們看到了一場信息戰(zhàn)的威力??萍疾慷啻握匍_緊急會議討論:一旦和美國鬧掰,,國家信息安全將面臨怎樣的威脅?

在缺芯少魂的擔(dān)憂下,,中國喊出了“砸鍋賣鐵也要研制芯片”的口號,。在政策的鼓勵下,中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)出現(xiàn)了海歸創(chuàng)業(yè)和自主發(fā)展的熱潮,,國產(chǎn)光刻機(jī)再度覺醒,。

賀榮明考察ASML的那一年,國際上的光刻機(jī)技術(shù)迎來重大突破,。臺機(jī)電聯(lián)合ASML成功研發(fā)出的新一代光刻機(jī),,將芯片制程推進(jìn)到45nm。ASML憑此脫穎而出,,在日后擊敗尼康,,成為新一代光刻機(jī)霸主。

賀榮明的目標(biāo)很明確,,想和光刻機(jī)巨頭ASML公司合作,,最不濟(jì)也能學(xué)到點(diǎn)東西,但對方壓根沒把這群來自中國的客人放在眼里,。

ASML公司一位德國工程師直接將光刻機(jī)的圖紙拿給他們看,,并撂下一句狠話:“就算給你們?nèi)讏D紙,你們也做不出來光刻機(jī)”,。

賀榮明很是生氣,,但外國專家的話不無道理,光刻機(jī)制造難度太高了,,對精度,、速度要求已高到難以想象——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,。

巴統(tǒng)雖然解體了,,但以美國為首的西方國家又搞出了瓦森納協(xié)定。

在瓦森納協(xié)議下,,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,,中國能拿到的,,只怕落后三代不止。

在中國必須掌握集成電路的主動權(quán)的戰(zhàn)略重視下,,國產(chǎn)光刻機(jī)還是艱難地重新起步——曾經(jīng)研發(fā)出投影光刻機(jī)的45所,,被調(diào)至上海微電子,他們的任務(wù)是100nm以下光刻機(jī)的研究,。

2007年,,上海微電子宣布研制出90nm工藝的分布式投影光刻機(jī)。由于這臺機(jī)器大部分元器件是國外的,,西方國家立即實(shí)行了禁運(yùn),。辛苦研制的光刻機(jī),遲遲無法量產(chǎn)又成為了擺設(shè),。

2008年,,國家又成立“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))。吸取了前車之鑒后,,除了強(qiáng)攻整機(jī)制造,,還扶持了一批配套產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)。

比如,,中科院微電子所與科益虹源合作研究光源系統(tǒng),、清華大學(xué)與華卓精科的開發(fā)雙工作臺系統(tǒng)、浙江大學(xué)與啟爾機(jī)電共同研制浸沒系統(tǒng)等,。

持續(xù)的攻關(guān)下,,光刻機(jī)產(chǎn)業(yè)開始取得突破。2016年,,上海微電子終于實(shí)現(xiàn)了90nm光刻機(jī)的量產(chǎn),。

同年,清華大學(xué)團(tuán)隊(duì)和華卓精科成功研發(fā)出光刻機(jī)雙工作臺系統(tǒng)樣機(jī),,成為繼ASML之后第二個掌握光刻機(jī)雙工作臺系統(tǒng)的企業(yè),。

然而,就在形勢不斷向好時,,美國揮舞著大棒來了,。

2019年5月,美國突然宣布對華為制裁,,并且很快將制裁范圍從芯片擴(kuò)展到更多領(lǐng)域,,其中最重要的一個就是,限制國際領(lǐng)先光刻機(jī)對華銷售,。

【4】持續(xù)突破

2019年6月3日,一架波音C-32A飛機(jī)降落在荷蘭首都阿姆斯特丹,,專機(jī)里坐著的是時任美國國務(wù)卿蓬佩奧,,美國政壇二號人物,。

他此行目的之一,是要阻止一樁中荷企業(yè)間的交易:一年前,,中芯國際花費(fèi)1.5億美元,,向荷蘭ASML公司購買了一臺EUV光刻機(jī)。

小于5納米的芯片晶圓,,只能用EUV光刻機(jī)生產(chǎn),。有了這臺光刻機(jī),中芯國際將有望在芯片制程上繼續(xù)追趕,,縮短差距,。

向來崇尚市場經(jīng)濟(jì)、自由貿(mào)易的美國政府,,此次索性自打自臉,,向荷蘭施壓,并獲得了成功,,包括中芯國際在內(nèi)的中國芯片制造企業(yè),,也因此被卡住了脖子。

2021年11月9日,,第三屆進(jìn)出口博覽會上,,全球光刻機(jī)龍頭ASML副總裁、中國區(qū)總裁沈波對媒體表示:公司對向中國出口光刻機(jī)持開放態(tài)度,。

這下可捅了馬蜂窩,。因?yàn)槊绹吡σ笃鋵θA禁售產(chǎn)品,并且步步緊逼,,不但要禁售先進(jìn)制程的EUV光刻機(jī),,還要禁售成熟制程的DUV光刻機(jī)。

目前,,雙方的博弈還在繼續(xù)中,。

美國在繼續(xù)施壓,但已經(jīng)禁了EUV的ASML,,顯然不愿意再禁DUV,,其CEO彼得·溫寧克就表示,“中國是非常重要的全球市場供應(yīng)方,,世界‘不能忽視這種現(xiàn)實(shí)’,。”

話說得很委婉,,但意思很明確,,“一旦向中國斷供光刻機(jī),全球的半導(dǎo)體市場都會有影響?!?/p>

與之對應(yīng),,2022年第一季度,ASML共交付62臺光刻機(jī),,其中有21臺DUV都是銷往了中國大陸,。

ASML傾向于支持中國的態(tài)度,并非完全來自國際友誼,,也更包括其自身的巨大利益,。因?yàn)榻裉斓闹袊侨魏我粋€全球化企業(yè)不堪承受失去之痛的市場,。

2021年,,我國集成電路產(chǎn)量3594億塊,出口的集成電路為3107億塊,,同比增長了19.6%,。谷歌前CEO施密特甚至稱,到了2025年,,中國大陸或?qū)⒊蔀槿蜃畲笮酒a(chǎn)地,。

ASML因此擔(dān)心:“如果不將光刻機(jī)賣給中國,五年之內(nèi),,我們必將掌握所有的EUV光刻技術(shù),,十五年之后,ASML公司或?qū)⑹バ袠I(yè)話語權(quán),!”

但歸根到底,,核心技術(shù)還是得掌握在自己手上。就在美國持續(xù)加碼打壓的同時,,中國光刻機(jī)也迎來了史無前例的再次奮起追趕,。

2019年10月,國家大基金二期注冊成立,,注冊資本2041.5億,,其投資方向之一就是光刻機(jī)等核心設(shè)備及關(guān)鍵零部件。

2020年8月4日,,國務(wù)院印發(fā)了《新時期促進(jìn)集成電路產(chǎn)業(yè)和軟件產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展若干政策》,,對進(jìn)口掩模版等制造光刻機(jī)所需要的原材料,實(shí)施免征關(guān)稅,。

2021年2月,,全國集成電路標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會成立,包括華為,、小米,、中芯國際,、上海微電子、北大,、清華等90家單位,,基本涵蓋了我國集成電路產(chǎn)業(yè)鏈主要的企業(yè)、科研院所,、高校。大家抱團(tuán)取暖,,進(jìn)一步促進(jìn)產(chǎn)業(yè)上下游對接,。

國產(chǎn)光刻機(jī)產(chǎn)業(yè)也迎來突破。上海微電子披露:有望在2022年交付第一臺28nm工藝國產(chǎn)光刻機(jī),。盡管這和7nm,、5nm仍隔著數(shù)代距離,但是差距已經(jīng)大大縮小,。

回想新中國成立之初,,一沒資金、二沒產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ),,三沒人才儲備,,國產(chǎn)光刻機(jī)愣是做到了緊跟世界先進(jìn)水平。

當(dāng)下,,國家政策持續(xù)發(fā)力,,相關(guān)企業(yè)也在奮力突圍。更為關(guān)鍵的是,,產(chǎn)業(yè)環(huán)境也今非昔比,,國內(nèi)光刻機(jī)的科研基礎(chǔ)、資金實(shí)力,、產(chǎn)業(yè)上下游,,都已達(dá)到世界級。集中力量實(shí)現(xiàn)再次成功突破,,已經(jīng)到達(dá)了臨界點(diǎn),。

在光刻機(jī)之前,中國被卡脖子的行業(yè)其實(shí)有很多,,比如面板產(chǎn)業(yè),,一度這是日韓企業(yè)的天下。沒有技術(shù),,處于產(chǎn)業(yè)鏈下游的中國廠商不得不耗巨資采購,。

在以京東方為代表的面板企業(yè)努力下,現(xiàn)在,,中國已成為全球最大的面板產(chǎn)地,。數(shù)據(jù)顯示,2022上半年中國大陸面板廠商以8400萬片出貨量以及67%市場占有率,雄冠全球,。

參照面板行業(yè),,乃至于更多中國產(chǎn)業(yè)突圍的歷史,ASML“或?qū)⑹バ袠I(yè)話語權(quán)”的擔(dān)心,,不是沒有可能,。




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