國人普遍對光刻機唉聲嘆氣之時,全球光刻機龍頭ASML首席執(zhí)行官彼得·溫寧克卻曾表示:
“如果不將光刻機賣給中國,,五年之內,,他們必將掌握所有的EUV光刻技術,十五年之后,,ASML公司或將失去行業(yè)話語權,!”
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《十二年科學技術發(fā)展遠景規(guī)劃》中,中科院的學部委員們提出了57項重點發(fā)展任務,。
看著厚厚的資料,,周總理向專家們請教:“這么多重點,,國務院應該主要抓哪些,?”
最終,57項任務被凝結為四大緊急措施:計算技術,、無線電電子學,、自動學和遠距離操縱技術,以及半導體技術,。
新中國對半導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)制造的必備設備,,光刻機從此走上歷史舞臺,走進發(fā)展快車道,。中國光刻機的發(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,。而一個廣為流傳的說法是,1966年,中科院下屬109廠就與上海光學儀器廠協(xié)作,,研制成功了我國第一臺65型接觸式光刻機,。
早期的光刻機復雜程度和照相機差不多,技術難度不高,,所以大家的差距也沒那么大,。
半導體市場的快速發(fā)展,推動著光刻機的需求和生長,。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,,都開始進入這一領域,中國雖然相對落后,,但在相當長時間內,,也算是亦步亦趨地緊跟產業(yè)步伐。
即便在動蕩年代,,中國也依然在向光刻機產業(yè)發(fā)起沖鋒,,雖然這個過程充滿艱辛。
1971年,,在江西鄱陽湖畔學習水稻種植的徐端頤,,突然接到一個來自北京的電話,原本就是清華大學精密儀器系教師的他,,要回京負責新一代光刻機的研發(fā),。
清華大學為徐端頤配備了數(shù)百人的團隊,有技術超群的鉗工,,有搞精密機械加工的,,還有從其他單位調來的搞計算機控制的老師和技術工人。群賢畢至,,卻沒有一個人搞過光刻機,。
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,,列入禁運清單的有軍事武器裝備,、尖端技術產品,,中國也在封禁之列。
隨著半導體的蓬勃發(fā)展,,光刻機也被巴統(tǒng)列為尖端產品,,對華實行禁運。而國內很少有從事光刻機的專業(yè)人才,,只能從相關學科中調兵遣將,。
底子薄、基礎差,,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,,這種光刻機精度高,又改變了把光掩模壓在光刻膠上的技術路線,,芯片生產的良率從10%一夜之間提升到70%,。但國內仍停留在接觸式光刻機時代。
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技術座談會,與會的67名代表指出:光刻設備和工藝極為重要,,要提高光刻機技術,,讓中國半導體設備趕超世界先進水平,。
人的潛力,,在中國第一代光刻機從業(yè)者身上發(fā)揮到極致。
沒有資料,,只能靠自己摸索,,徐端頤和團隊成員邊干邊學,沒日沒夜地加班攻關,,終于在1980年造出了國內第一臺投影光刻機,。
1985年,中科院45所在光刻機領域取得了重大進展,,研制出分步投影式光刻機,,被認定達到了1978年美國GCA公司推出的光刻機水準。當時,,日后的光刻機巨頭ASML公司才剛剛誕生,。
國產光刻機有一個好的起點,但尷尬的是,因為當時國內半導體產業(yè)整體太薄弱,。國產光刻機雖然研發(fā)出來,,卻沒有很好的下游應用市場,無法真正走上市場和商業(yè)化的道路,,只能停留在實驗室研究階段,。
此后的二三十年,這種現(xiàn)實愈演愈烈,,中國光刻機對外的差距,,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,中國半導體靈魂人物王守武說得很直接:
“全國共有600多家半導體生產工廠,,一年生產的集成電路總量,,只等于日本一家大型工廠月產量的十分之一?!?/p>
王守武的一句話,,將中國半導體產業(yè)的家底抖了個干凈。
在20世紀60年代后期,,中國一度采用群眾運動的方式搞半導體,。當時,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散爐,,也能做出半導體,。
蠻干硬上,產業(yè)發(fā)展違背科學規(guī)律,,國內的芯片產業(yè)基本處于分散的手工式生產,。在同一個時期,日本則依靠“產,、官,、學”相互協(xié)作體系,成為全球半導體市場的有力競爭者,,其光刻機技術也取得長足的進步,。
1984年,尼康推出量產型自動化步進式光刻機,,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,,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,,中國半導體行業(yè)由此開始了急進式的追趕之路。
從1986年到1995年,,國家部委先后組織了半導體領域的“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動式的集中攻關并行,,換取半導體技術的進步和產業(yè)跨越的發(fā)展。
但國內如火如荼的造芯運動,,卻沒有成為國產光刻機的幸運時刻,。
改革開放,讓美,、日光刻機廠商緊盯著中國市場,,再加上國產光刻機性能本就落后,國內好不容易起來的半導體企業(yè)和光刻機市場需求,,卻成了送給外資的禮物,。
為迅速搶占中國光刻機市場,國際廠商除了常規(guī)競爭,,可謂是千方百計,。一些企業(yè)甚至還推出特別福利:買光刻機,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,,順便學些先進經(jīng)驗回來,。再加上對方的產品的確優(yōu)秀,,所以國內企業(yè)普遍就選擇了國外光刻機,。
許多原本購買徐端頤團隊投影光刻機的公司,紛紛取消了訂單,。
本身就落后,,且沒有什么市場的國產光刻機,此時處境更加尷尬,。產品賣不出去,,從市場上找不到錢的同時,,連生存也被釜底抽薪:
在20世紀80年代初,我國實行“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)費支持,國產光刻機因此站到懸崖邊,,許多光刻機項目紛紛下馬,。
芯片產業(yè)日新月異,光刻機亦是如此,。當步伐停下后,,曾經(jīng)尚可奮力一爭的國產光刻機,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,。徐端頤團隊也退出了光刻機的研究,,轉向光盤技術領域,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)費爾德霍芬,來了一批西裝革履的中國人,,他們身上背著一項沉重的使命——研發(fā)剛被列入“863重大科技攻關計劃”的新型光刻機,。
帶隊的人,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,承擔著攻堅光刻機技術的重任,。
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)絡通訊系統(tǒng),,讓人們看到了一場信息戰(zhàn)的威力,。科技部多次召開緊急會議討論: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,,中國半導體產業(yè)出現(xiàn)了海歸創(chuàng)業(yè)和自主發(fā)展的熱潮,,國產光刻機再度覺醒。
賀榮明考察ASML的那一年,,國際上的光刻機技術迎來重大突破,。臺機電聯(lián)合ASML成功研發(fā)出的新一代光刻機,將芯片制程推進到45nm,。ASML憑此脫穎而出,,在日后擊敗尼康,成為新一代光刻機霸主,。
賀榮明的目標很明確,,想和光刻機巨頭ASML公司合作,最不濟也能學到點東西,,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的圖紙拿給他們看,并撂下一句狠話:“就算給你們全套圖紙,,你們也做不出來光刻機”,。
賀榮明很是生氣,但外國專家的話不無道理,,光刻機制造難度太高了,,對精度、速度要求已高到難以想象——相當于兩架大飛機從起飛到降落,,始終齊頭并進,,一架飛機上伸出一把刀,在另一架飛機的米粒上刻字,,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體技術及光刻機等設備出口,一般都遵循“N-2”的原則審批,,即比最先進技術落后兩代,。如果再在審批過程中適當拖延一下,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的戰(zhàn)略重視下,國產光刻機還是艱難地重新起步——曾經(jīng)研發(fā)出投影光刻機的45所,,被調至上海微電子,,他們的任務是100nm以下光刻機的研究。
2007年,,上海微電子宣布研制出90nm工藝的分布式投影光刻機,。由于這臺機器大部分元器件是國外的,西方國家立即實行了禁運,。辛苦研制的光刻機,,遲遲無法量產又成為了擺設。
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”(02專項),。吸取了前車之鑒后,除了強攻整機制造,,還扶持了一批配套產業(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),、清華大學與華卓精科的開發(fā)雙工作臺系統(tǒng),、浙江大學與啟爾機電共同研制浸沒系統(tǒng)等。
持續(xù)的攻關下,,光刻機產業(yè)開始取得突破,。2016年,上海微電子終于實現(xiàn)了90nm光刻機的量產,。
同年,,清華大學團隊和華卓精科成功研發(fā)出光刻機雙工作臺系統(tǒng)樣機,成為繼ASML之后第二個掌握光刻機雙工作臺系統(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展到更多領域,,其中最重要的一個就是,,限制國際領先光刻機對華銷售。
4 持續(xù)突破
2019年6月3日,,一架波音C-32A飛機降落在荷蘭首都阿姆斯特丹,,專機里坐著的是時任美國國務卿蓬佩奧,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1.5億美元,,向荷蘭ASML公司購買了一臺EUV光刻機,。
小于5納米的芯片晶圓,只能用EUV光刻機生產,。有了這臺光刻機,,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,、自由貿易的美國政府,,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,,第三屆進出口博覽會上,全球光刻機龍頭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持開放態(tài)度,。
這下可捅了馬蜂窩。因為美國正竭力要求其對華禁售產品,,并且步步緊逼,,不但要禁售先進制程的EUV光刻機,還要禁售成熟制程的DUV光刻機,。
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方,,世界‘不能忽視這種現(xiàn)實’?!?/p>
話說得很委婉,,但意思很明確,“一旦向中國斷供光刻機,,全球的半導體市場都會有影響,。”
與之對應,,2022年第一季度,,ASML共交付62臺光刻機,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。因為今天的中國,,是任何一個全球化企業(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,中國大陸或將成為全球最大芯片產地,。
ASML因此擔心:“如果不將光刻機賣給中國,,五年之內,我們必將掌握所有的EUV光刻技術,,十五年之后,,ASML公司或將失去行業(yè)話語權!”
但歸根到底,,核心技術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等核心設備及關鍵零部件,。
2020年8月4日,國務院印發(fā)了《新時期促進集成電路產業(yè)和軟件產業(yè)高質量發(fā)展若干政策》,,對進口掩模版等制造光刻機所需要的原材料,,實施免征關稅。
2021年2月,,全國集成電路標準化技術委員會成立,,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業(yè)鏈主要的企業(yè)、科研院所,、高校,。大家抱團取暖,進一步促進產業(yè)上下游對接。
國產光刻機產業(yè)也迎來突破,。上海微電子披露:有望在2022年交付第一臺28nm工藝國產光刻機,。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,、二沒產業(yè)基礎,,三沒人才儲備,國產光刻機愣是做到了緊跟世界先進水平,。
當下,,國家政策持續(xù)發(fā)力,相關企業(yè)也在奮力突圍,。更為關鍵的是,,產業(yè)環(huán)境也今非昔比,國內光刻機的科研基礎,、資金實力,、產業(yè)上下游,都已達到世界級,。集中力量實現(xiàn)再次成功突破,,已經(jīng)到達了臨界點。
在光刻機之前,,中國被卡脖子的行業(yè)其實有很多,,比如面板產業(yè),一度這是日韓企業(yè)的天下,。沒有技術,,處于產業(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),,乃至于更多中國產業(yè)突圍的歷史,,ASML“或將失去行業(yè)話語權”的擔心,不是沒有可能,。
更多信息可以來這里獲取==>>電子技術應用-AET<<