這是最好的時代，也是最壞的時代。

中國的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)正在不斷蘇醒，但有些地方卻仍掣肘于他國。

別的不說，先來談?wù)劰饪虣C吧。在芯片制造漫長的產(chǎn)業(yè)鏈中，光刻機是最為耀眼的明珠，它代表了人類科技發(fā)展的頂級水平(另一個是航空發(fā)動機)，它是芯片制造中必不可少的精密設(shè)備。

簡單來說，做芯片缺了光刻機就相當(dāng)于被人掐住了脖子，在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)逐漸抬頭的這一年，光刻機卻并沒有多大起色。很遺憾的說，在高端光刻機領(lǐng)域，中國沒有發(fā)言權(quán)。

難道光刻機從發(fā)明之初，中國就一直落于人后？不好下定論。文學(xué)史上有一句話：“脫離時代背景去分析人物事件都是耍流氓?！?/span>

因此，小編盡可能將自己投身于時代的洪流，站在幾十年后的今天，用淺薄的歷史觀去揭開沉重的枷鎖。走進(jìn)最初的光刻機時代，順著時間脈絡(luò)，找出中國光刻機發(fā)展的歷程。此文僅為拋磚引玉，各位看官若有更獨到的見解也不妨指點一二。

緣起70年代

1952年，二戰(zhàn)的硝煙剛剛散去，中國開啟了計算機事業(yè)，國家成立電子計算機科研小組，由數(shù)學(xué)研究所所長華羅庚負(fù)責(zé)。從這一年開始中國第一次有了經(jīng)濟數(shù)據(jù)，GDP總量是日本的1.76倍，卻僅僅達(dá)到美國的8.3%。總量大于日本，但人均比日本少，發(fā)展水平與日本有一定差距，但差距并不算大。也就是說1950年代的中國和日本基本處在同一水平線上，但跟美國比根本不夠看。

1952-1959中美兩國GDP對比(美元)

1952-1959中日兩國GDP對比(美元)

1956年，我國第一只晶體三極管誕生，自此與發(fā)達(dá)國家一樣，中國也進(jìn)入半導(dǎo)體新紀(jì)元。此時距離貝爾實驗室研發(fā)的世界上第一只點接觸三極管已經(jīng)過去了9年。

世界上第一個晶體管

1958年我國第一枚鍺晶體管試制成功。

1961年我國第一個集成電路研制課題組成立。

1962年我國第一代硅平面晶體管問世。

1965年，我國第一塊集成電路在北京、石家莊和上海等地相繼問世。其中包括中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所、河北半導(dǎo)體研究所(簡稱13所)、北京市無線電技術(shù)研究所(簡稱沙河器件所)等。

劃重點，在1962年，我國出現(xiàn)了硅平面晶體管。何為平面晶體管？

據(jù)百度百科資料：“采用平面工藝制作的晶體管，就叫做平面晶體管?！倍@所謂的平面工藝，主要就是利用光刻技術(shù)和二氧化硅膜的掩蔽作用來進(jìn)行選擇擴散和電極的蒸發(fā)。而對比上文可知，我國1965年第一塊集成電路誕生，可以大膽推測，我國利用光刻技術(shù)制造集成電路芯片的時間，差不多處于1965年前后。

1977年，中國恢復(fù)高考制度，中國年輕人被壓抑10年的悸動與渴望得到釋放，而正是在這一年，我國最早的光刻機-GK-3型半自動光刻機誕生，這是一臺接觸式光刻機(就目前所能得到的資料而言)。資料如圖所示：

GK-3光刻機

當(dāng)時的美國在20世紀(jì)50年代就已經(jīng)擁有了接觸式光刻機，期間相差了二十幾年，并且在一年之后，GCA又推出真正現(xiàn)代意義的自動化步進(jìn)式光刻機(Stepper)，分辨率比投影式高5倍達(dá)到1微米。

此時的光刻機巨頭ASML還沒有出現(xiàn)，日本的尼康和佳能已于60年代末開始進(jìn)入這個領(lǐng)域。

之后一年，改革開放，也就是1978年，1445所在GK-3的基礎(chǔ)上開發(fā)了GK-4，把加工圓片直徑從50毫米提高到75毫米，自動化程度有所提高，但還是沒有擺脫接觸式光刻機。

通過查閱《光電工程》1981年第05期期刊得知，同一年，中國科學(xué)院半導(dǎo)體所開始研制JK-1型半自動接近式光刻機，并在1981年研制成功兩臺樣機。

文中同時也提到了：

這兩段文字很明顯可以看出，當(dāng)時中國已經(jīng)知道分步投影光刻技術(shù)的顯著優(yōu)點，但是苦于國內(nèi)生產(chǎn)工藝尚不成熟，所以很難實現(xiàn)。

1982年科學(xué)院109廠的KHA-75-1光刻機，這些光刻機在當(dāng)時的水平均不低，最保守估計跟當(dāng)時最先進(jìn)的canon相比最多也就不到4年，而且從jkg系列至今仍再銷售的情況來看，都具有不錯的使用價值。

1985年，機電部45所研制出了分步光刻機樣機，通過電子部技術(shù)鑒定，認(rèn)為達(dá)到美國4800DSW的水平。如果資料沒有錯誤，這應(yīng)當(dāng)是中國第一臺分步投影式光刻機，采用的是436納米G線光源。按照這個時間節(jié)點算，中國在分步光刻機上與國外的差距不超過7年(美國是1978年)。

時間捋到這里，我們再來回顧一下五十年代-八十年代整個中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。五十年代開了個好頭，到六七十年代的時候，中國大陸的電子工業(yè)、半導(dǎo)體工業(yè)僅次于美國，領(lǐng)先于韓、臺、日。1979年上海元件五廠和無線電十四廠甚至成功仿制英特爾公司1974年推出的8080CPU，比德國仿制成功還早一年。

國產(chǎn)仿制CPU

一切都向著美好的方向發(fā)展，老一輩革命者和建造者奉獻(xiàn)自己的青春，造就了中國的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，很多資料顯示，當(dāng)時中國的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)雖然沒有超越當(dāng)時世界最先水平，但是差距并不大。更重要的是，打造了從單晶制備、設(shè)備制造、集成電路制造的全產(chǎn)業(yè)鏈，基本不依賴國外進(jìn)口，也就是說，中國以一國的供應(yīng)鏈去追趕整個西方發(fā)達(dá)國家聯(lián)盟的供應(yīng)鏈。要知道，當(dāng)時英特爾也是用的日本的光刻機。

被丟失的80年代

然而80年代來了。

1984年，實屬平常也不平常的一年，有一些東西開始悄然發(fā)生改變。脫下樸素的衣著，年輕人開始穿喇叭褲跳霹靂舞，理發(fā)店永遠(yuǎn)排滿人，那是個以夢為馬的年代。

同年，蘋果發(fā)布了營銷史上最偉大的電視廣告《1984》

還是這一年尼康已經(jīng)和GCA平起平坐，各享三成市占率。Ultratech占約一成，Eaton、P&E、佳能、日立等剩下幾家每家都不到5%。

就是這一年，日后的光刻機市場的絕對霸主ASML誕生了。

80年代底，中國開始奉行的“造不如買”的政策，一大批企業(yè)紛紛以“貿(mào)工技”為指導(dǎo)思想。產(chǎn)業(yè)拋卻獨立自主，自力更生的指導(dǎo)方針，盲目對外開放。

沒有頂層設(shè)計，中國的集成電路在科研，教育以及產(chǎn)業(yè)方面出現(xiàn)了脫節(jié)，中國獨立的科研和產(chǎn)業(yè)體系被摧毀，研發(fā)方面是單打獨斗，科研成果轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品的微乎其微。

產(chǎn)業(yè)在硬件上淪為組裝廠，為外資企業(yè)提供廉價勞動力；在軟件上圍繞國外制定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)體系馬首是瞻，軟件工程師轉(zhuǎn)變?yōu)榱畠r的碼農(nóng)。

極其少數(shù)堅持獨立自主路線的企業(yè)，在買辦和外資的夾縫中求生存。

眼看他起朱樓，眼看他樓塌了，中國半導(dǎo)體在五十年代到七十年代創(chuàng)造的盛景成了泡沫。

覆巢之下無完卵，此時的光刻機產(chǎn)業(yè)又能好到哪里去？

雖然后續(xù)一直在跟進(jìn)研發(fā)，但大環(huán)境的落后加上本來就與世界先進(jìn)企業(yè)有差距，縱使中國在各個時間點上都有代表性成果，卻終究沒有在高端光刻機領(lǐng)域留下痕跡。

千禧年的醒悟

九十年代，光刻光源已被卡在193納米無法進(jìn)步長達(dá)20年，科學(xué)家和產(chǎn)業(yè)界一直在探討超越193納米的方案，當(dāng)然這個難點最后在2002年被臺積電的林本堅博士所攻破，他在一次研討會上提出了浸入式193nm的方案，最終通過獲得成功。

此時的中國才剛剛開始啟動193納米ArF光刻機項目，足足落后ASML20多年，這時候ASML已經(jīng)開始EUV光刻機的研發(fā)工作，并于2010年研發(fā)出第一臺EUV原型機，由三星、臺積電、英特爾共同入股推動研發(fā)。

這時候的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)突然活了過來，2000年之后，中國芯片進(jìn)入了海歸創(chuàng)業(yè)和民企崛起的時代。中星微的鄧中翰于1999年回國，中芯的張汝京于2000年回國，展訊的武平和陳大同于2001年回國，芯原的戴偉民于2002年回國，兆易的朱一明于2004年回國，他們帶著豐富的經(jīng)驗和珍貴的火種，跳進(jìn)了中國半導(dǎo)體行業(yè)的歷史進(jìn)程之中。

2002年，上海微電子裝備有限公司承擔(dān)了“十五”光刻機攻關(guān)項目，中電科45所把此前從事分步投影光刻機的團隊遷到了上海，參與這個項目。至2016年，上海微電子已經(jīng)量產(chǎn)90納米、110納米和280納米三種光刻機，其中性能最好的是90nm光刻機。目前，我國從事集成電路前道制造用光刻機的生產(chǎn)廠商只有上海微電子(SMEE)和中國電科(CETC)旗下的電科裝備。

到這個節(jié)點，國際上已經(jīng)放棄了157納米的光源，除ASML掌握了EUV光源技術(shù)之外，其他各家使用的都是193納米ArF光源，中國在這點上與除ASML之外的“外國”是同步的。

總結(jié)來說，中國光刻機研制起于70年代后期，初期型號為接觸式或接近式光刻機，85年完成第一臺分步光刻機，此后技術(shù)一直在推進(jìn)，各個時間點均有代表性成果，并未出現(xiàn)所謂完全放棄研發(fā)的情況，但也并沒有多大的起色。

不知有多少人會可惜曾經(jīng)失去的80年代。

星星之火

40年過去了，中國仍舊沒有走出困境，但細(xì)枝末節(jié)處已見微光。

2015年4月，北京華卓精科科技股份有限公司“65nmArF干式光刻機雙工件臺”通過整機詳細(xì)設(shè)計評審，具備投產(chǎn)條件。目前，65nm光刻機雙工件臺已獲得多臺訂單。接下來公司要完成28nm及以下節(jié)點浸沒式光刻機雙工件臺產(chǎn)品化開發(fā)并具備小批量供貨能力，為國產(chǎn)浸沒光刻機產(chǎn)品化奠定堅實基礎(chǔ)。作為世界上第二家掌握雙工件臺核心技術(shù)的公司，華卓精科成功打破了ASML公司在工件臺上的技術(shù)壟斷。

2017年6月21日，中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所牽頭研發(fā)的“極紫外光刻關(guān)鍵技術(shù)”通過驗收。

2018年11月29日，中科院研制的“超分辨光刻裝備”通過驗收。光刻分辨力達(dá)到22納米，結(jié)合雙重曝光技術(shù)后，未來還可用于制造10納米級別的芯片。

曝光系統(tǒng)和雙工件臺系統(tǒng)的成功，成為了燎原的點點星火，為我國高端光刻機的研發(fā)生產(chǎn)提供了奠定堅實基礎(chǔ)。

更好還是更壞？沒有人可以預(yù)測，正如華為創(chuàng)始人兼總裁任正非在最近的一次訪談中說道：“自研芯片光砸錢不行，企業(yè)更需要物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家等?！?/span>

光刻機想要進(jìn)入高端領(lǐng)域不光要砸錢還要人才。

不破，則不立。

附：光刻機簡介

光刻機簡單來說就是放大的單反，將光罩上的設(shè)計好集成電路圖形通過光線的曝光印到光感材料上，形成圖形。最核心的就是鏡頭，這個不是一般的鏡頭，可以達(dá)到高2米直徑1米，甚至更大。

到今天，根據(jù)使用光源的改進(jìn)，光刻機已經(jīng)經(jīng)歷了五代產(chǎn)品的發(fā)展：

1.436nm g-line

可以滿足0.8-0.35 微米制程芯片的生產(chǎn)，對應(yīng)設(shè)備有接觸式和接近式光刻機。

2.365nm i-line

同樣可以滿足0.8-0.35 微米制程芯片的生產(chǎn)。設(shè)備于上相同。

最早的光刻機采用接觸式光刻，即掩模貼在硅片上進(jìn)行光刻，容易產(chǎn)生污染，且掩模壽命較短。此后的接近式光刻機對接觸式光刻機進(jìn)行了改良， 通過氣墊在掩模和硅片間產(chǎn)生細(xì)小空隙，掩模與硅片不再直接接觸，但受氣墊影響，成像的精度不高。

3.248nm KrF

最小工藝節(jié)點提升至350-180nm 水平，在光刻工藝上也采用了掃描投影式光刻，即現(xiàn)在光刻機通用的，光源通過掩模， 經(jīng)光學(xué)鏡頭調(diào)整和補償后， 以掃描的方式在硅片上實現(xiàn)曝光。

4.193nm ArF

最小制程提升至 65nm 的水平。第四代光刻機是目前使用最廣的光刻機，也是最具有代表性的一代光刻機。

5.13.5nm EUV

1-4 代光刻機使用的光源都屬于深紫外光， 第五代 EUV光刻機使用的則是波長 13.5nm 的極紫外光。目前只有ASML有能力生產(chǎn)。

目前光刻機市場主要的光刻機供應(yīng)商有荷蘭的ASML、日本的NIKON和CANON，以及中國大陸的上海微電子裝備(SMEE)。但高端光刻機市場是由ASML一家，ASML公司掌握80%的國際市場份額，2018年營收109億歐元(折合人民幣825億)。

文章來自：https://mp.weixin.qq.com/s?src=11&timestamp=1589765802&ver=2345&signature=PNywhhHQHNleb2QuFVmx7UyUirlJCULrBV4n5QiSBD0hCNFEzQWC6TVHjIxLHTh82R8KwRaxYeF7vKyfSLornbiuKNNf8snaaFSP7-JiUC5TXgVePXFNoJt-wVbgxLob&new=1?

看完文章的可以再看我昨天分享的華為芯片研發(fā)歷史，你才能真正感受到國家和民營企業(yè)一直在追逐芯片自研的道路上到底付出了什么。

華為芯片研發(fā)：鳳凰涅槃終有時！