7月，中科院網(wǎng)站刊登一則國產(chǎn)5nm光刻技術(shù)獲突破的新聞，隨后又被刪除。這則新聞介紹，中科院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所某研究員與國家納米中心某研究員合作，成功開發(fā)出一種新型5nm激光光刻加工方法。而這種光刻技術(shù)，使用了具有完全知識(shí)產(chǎn)權(quán)的激光直寫設(shè)備，可以1小時(shí)制備約5×105個(gè)納米狹縫電極，展示出規(guī)模量產(chǎn)的潛力。

消息一出，社交媒體上一片沸騰。但伴隨這條新聞被刪除，有人質(zhì)疑，有人失落。在最近兩年頻繁的芯片大事件中，“光刻機(jī)”登上了熱榜。光刻是芯片制造最核心、最難的環(huán)節(jié)，而且占到芯片成本的30%。中芯國際花了1.2億美元向荷蘭光刻機(jī)巨頭ASML訂購的中國首臺(tái)EUV光刻機(jī)，足足等了三年，也沒能迎娶進(jìn)門。光刻機(jī)的水平直接決定了中國芯片制造的水平，它的突破無疑代表了中國芯片制造的水平。

圖/ASML官網(wǎng)

在國人的期盼下，今年以來，幾乎每兩個(gè)月都有中國光刻機(jī)獲突破的消息。但根據(jù)AI財(cái)經(jīng)社了解，這些突破有的是內(nèi)部驗(yàn)收，不能解決當(dāng)下產(chǎn)業(yè)問題，有的是被夸大的假新聞。要做到真的光刻機(jī)國產(chǎn)替代，前路漫漫。“除了臥薪嘗膽，加強(qiáng)研發(fā)，別無捷徑。”

嚴(yán)峻的當(dāng)下

中科院突破5nm光刻技術(shù)的新聞，恰逢華為遭遇美國技術(shù)封鎖、艱難尋求出路的時(shí)刻。中科院此時(shí)在光刻機(jī)上的突破，讓國人看到了希望。于是，“打破封鎖了！中科院攻克5nm光刻機(jī)關(guān)鍵技術(shù)，華為迎來最大希望”的新聞在社交媒體上被大量轉(zhuǎn)發(fā)。

而針對(duì)新聞隨后被刪的情況，有人士分析，由于光刻機(jī)同行并沒有發(fā)聲，因此關(guān)于這個(gè)技術(shù)的真?zhèn)魏陀行裕€是要交給專業(yè)人士判斷。但現(xiàn)在將實(shí)驗(yàn)室技術(shù)拿出來高調(diào)宣傳，可能是一種“放高炮、打雞血”的做法，解決不了實(shí)際的產(chǎn)業(yè)問題。

圖/上海微電子官網(wǎng)

無獨(dú)有偶，今年6月，“上海微電子2021年或2022年將交付28nm沉浸式光刻機(jī)”的消息也在網(wǎng)上引發(fā)沸騰，上海微電子大股東上海電氣的股票一度漲停。

上海微電子并未發(fā)布這一新聞。而一位行業(yè)人士對(duì)AI財(cái)經(jīng)社透露，據(jù)他了解，目前上海微電子僅有一臺(tái)尚沒有量產(chǎn)、能做到90nm制程的光刻機(jī)，使用的實(shí)際上是海外20年前的光源技術(shù)。而全球光刻機(jī)霸主ASML已經(jīng)沖向5nm和3nm制程。

幾位自稱是上海微電子的員工也在社交平臺(tái)上疾呼，科研不需要炒作，公司有國外合作廠商，此時(shí)高調(diào)無疑會(huì)給中國光刻機(jī)研發(fā)帶來更多麻煩。

也有行業(yè)人士對(duì)AI財(cái)經(jīng)社進(jìn)一步分析，當(dāng)年英特爾曾采用與上海微電子類似的技術(shù)實(shí)現(xiàn)了55nm制程，但如今上海微電子只能實(shí)現(xiàn)90nm制程，“說明它在技術(shù)上大概率遇到了問題，比如卡在了光學(xué)系統(tǒng)、激光器或者最難做的光學(xué)鏡頭上”。

實(shí)際上，在基礎(chǔ)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)積累都很薄弱的情況下，整個(gè)國產(chǎn)光刻機(jī)產(chǎn)業(yè)鏈仍很弱小。比如，最近準(zhǔn)備沖刺科創(chuàng)板的“光刻機(jī)第一股”華卓精科，主要為上海微電子提供光刻機(jī)所需的雙工件臺(tái)。但招股書披露，公司在2017年、2018年形成小規(guī)模收入后，因?yàn)樵谘邪l(fā)上遇到問題，交付延期，導(dǎo)致2019年沒有任何收入。

業(yè)界認(rèn)為，中國光刻機(jī)與全球老大ASML至少還有幾十年差距。而產(chǎn)業(yè)界的缺失攪動(dòng)起了資本圈。一位投資人向AI財(cái)經(jīng)社透露，有某高校團(tuán)隊(duì)出來做的光刻機(jī)，每年?duì)I收加政府補(bǔ)貼才1億元出頭，技術(shù)距離先進(jìn)水平很遠(yuǎn)，然而估值已到了80億元，比有些估值虛高的AI獨(dú)角獸還要高出很多倍。

就算有了光刻機(jī)，芯片制造涉及數(shù)百種設(shè)備，比如離子注入機(jī)、刻蝕機(jī)等，雖然目前北方華創(chuàng)、中微半導(dǎo)體等企業(yè)做到了突破，但這些設(shè)備中超過一半的零部件也依賴進(jìn)口。一位設(shè)備企業(yè)高管對(duì)AI財(cái)經(jīng)社說，這樣算下來，“可能芯片制造100道工序里國內(nèi)能做10道”。

上述人士進(jìn)一步介紹，某A股上市國產(chǎn)半導(dǎo)體設(shè)備明星企業(yè)的技術(shù)水平被夸大，“連公司董事長自己都看不下去了”；某薄膜設(shè)備領(lǐng)軍企業(yè)，量產(chǎn)不足幾千臺(tái)，這個(gè)領(lǐng)域還是被卡脖子卡得厲害；檢測設(shè)備市場雖大，但精測設(shè)備剛剛起步，OCD設(shè)備差距還比較大。“總之，國產(chǎn)設(shè)備還有相當(dāng)差距，企業(yè)也魚龍混雜，一些企業(yè)不是搞技術(shù)的，純粹折騰資本”。

起大早趕晚集

實(shí)際上，光刻并不是一種新工藝，早在1965年，中國就在用光刻技術(shù)制造芯片。如今光刻機(jī)的原理跟投影儀類似，以激光為刀，將設(shè)計(jì)好的電路圖投射到硅片之上，在指甲蓋大小的芯片上實(shí)現(xiàn)數(shù)百億個(gè)晶體管的集成。

上世紀(jì)70年代，國內(nèi)清華大學(xué)精密儀器系、中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所、中電科45所已經(jīng)開始投入研制光刻機(jī)。

在中國高考恢復(fù)的1977年，江蘇吳縣還專門舉行了一場光刻機(jī)技術(shù)座談會(huì)，這則幾百字的會(huì)議消息刊登在一張微微泛白的報(bào)紙上。雖然內(nèi)容簡短，參會(huì)代表們達(dá)成了共識(shí)：光刻設(shè)備和工藝極為重要，要提高光刻機(jī)技術(shù)，以在半導(dǎo)體設(shè)備上趕超世界先進(jìn)水平。

同年，行業(yè)傳來捷報(bào)，中國第一臺(tái)GK—3型接觸式光刻機(jī)誕生。這種光刻機(jī)相對(duì)粗糙，就是光罩直接壓在硅片上，再用燈光照射，但光罩易變形，難以重復(fù)使用，還會(huì)造成污染。上世紀(jì)70年代初，美國、日本等國家已經(jīng)研制出了更先進(jìn)的1:1投影光刻機(jī)和分步投影光刻機(jī)，但這些技術(shù)要求苛刻，當(dāng)時(shí)國內(nèi)光刻工藝難以達(dá)到。

為了追趕世界先進(jìn)水平，原機(jī)電部45所投入研制，終于在1985年研制出第一臺(tái)分步投影式光刻機(jī)。當(dāng)時(shí)的電子部技術(shù)鑒定認(rèn)為，這達(dá)到了1978年美國GCA公司推出的分步光刻機(jī)4800DSW的水平。表面上看，中國技術(shù)也就落后美國7年。但有行業(yè)人士指出，這些設(shè)備偏科研項(xiàng)目，沒有經(jīng)過產(chǎn)線驗(yàn)證，并不代表真實(shí)水平。

在很長一段時(shí)間，國內(nèi)研究成果在論文發(fā)表、專家評(píng)審后即被束之高閣，導(dǎo)致光刻機(jī)技術(shù)也長期停留在“紙上談兵”的階段。

那一年，光刻機(jī)老大ASML剛成立一年，終于把辦公地點(diǎn)從母公司飛利浦大廈緊挨垃圾桶的木棚房搬到新廠房。ASML脫胎于飛利浦實(shí)驗(yàn)室，早年想和美國光刻機(jī)企業(yè)GCA、P&E合作，但這些大佬都不理它，唯有一家叫ASM International 的荷蘭小公司主動(dòng)要求合作。飛利浦猶豫了一年，勉強(qiáng)同意成立股權(quán)對(duì)半的合資公司，沒人能預(yù)料到，這個(gè)30人的小團(tuán)隊(duì)會(huì)在日后改寫整個(gè)半導(dǎo)體行業(yè)。

然而，國產(chǎn)光刻機(jī)剛有一點(diǎn)起色，很快就被時(shí)代的大浪拍倒在了沙灘上。上世紀(jì)80年代開始，隨著改革開放的深入，越來越多的外國公司進(jìn)入中國市場，當(dāng)時(shí)國內(nèi)奉行“造不如買，買不如租”。各地政府大量引進(jìn)國外的半導(dǎo)體設(shè)備和產(chǎn)線，國內(nèi)半導(dǎo)體技術(shù)自研陷入被動(dòng)。

1984年中國還實(shí)行了“撥改貸”政策，原來靠國家撥款的企業(yè)，轉(zhuǎn)向銀行貸款，一些科研項(xiàng)目因貸不到款而停滯。

雪上加霜的是，1996年，以美國為首的西方國家簽署了《瓦森納協(xié)定》，對(duì)中國出口技術(shù)進(jìn)行封鎖。為了開辟一條生路，國內(nèi)提出“以市場換技術(shù)”，大幅降低關(guān)稅，導(dǎo)致國內(nèi)集成電路產(chǎn)業(yè)，包括光刻機(jī)受到了狂風(fēng)暴雨般的沖擊。

沒有市場、沒有資金，國產(chǎn)光刻機(jī)在上世紀(jì)90年代再未有更大進(jìn)展。

但在我國技術(shù)停滯不前的這段時(shí)間里，日韓在半導(dǎo)體行業(yè)加大投資、奮起直追。其中，日本半導(dǎo)體公司尼康就把美國光刻機(jī)企業(yè)SVG、Ultratech打得七零八落，占據(jù)了全球30%的半導(dǎo)體市場。隨后日本國內(nèi)的日立、佳能等企業(yè)也開始展露頭角。

星星之火

2001年2月27日，中科院院士、北大微電子研究院院長王陽元教授在中南海作了關(guān)于《微電子科學(xué)技術(shù)和集成電路產(chǎn)業(yè)》的報(bào)告。上世紀(jì)70年代，王陽元曾主持研制成功我國第一塊1024位隨即存儲(chǔ)器，是國內(nèi)半導(dǎo)體行業(yè)的領(lǐng)軍人物之一。這次報(bào)告讓與會(huì)者對(duì)半導(dǎo)體的戰(zhàn)略地位有了進(jìn)一步理解。

圖/來源網(wǎng)絡(luò)

時(shí)任國務(wù)院副總理李嵐清在報(bào)告結(jié)束后給出一個(gè)結(jié)論：集成電路是電子產(chǎn)品的“心臟”，沒有先進(jìn)的集成電路產(chǎn)業(yè)就沒有先進(jìn)的信息產(chǎn)業(yè)，因此，必須大力發(fā)展集成電路產(chǎn)業(yè)。這一結(jié)論無疑給中國芯片產(chǎn)業(yè)帶來新生。

同年，李嵐清主持工作會(huì)議，下發(fā)了鼓勵(lì)集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的文件。基于此，財(cái)政部、國家稅務(wù)總局推出相關(guān)稅收政策，產(chǎn)業(yè)和資本活躍起來。

2002年，光刻機(jī)也正式列入“863重大科技攻關(guān)計(jì)劃”。這一年，科技部和上海市政府共同牽頭，國內(nèi)多家企業(yè)共同組建了上海微電子，重點(diǎn)研發(fā)100nm步進(jìn)掃描投影光刻機(jī)。

時(shí)任上海電氣總公司執(zhí)行副總裁的賀榮明肩負(fù)起這個(gè)任務(wù)，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)走上了艱難的光刻機(jī)自主研發(fā)之路。

1985年從同濟(jì)大學(xué)畢業(yè)的賀榮明，進(jìn)入上海機(jī)電工業(yè)管理局從事國外技術(shù)的引進(jìn)。在此后的工作中，他體會(huì)到了“真正的核心技術(shù)是買不來的”。

上海微電子剛成立時(shí)，賀榮明去歐洲談光刻機(jī)技術(shù)合作，對(duì)方都把他當(dāng)成“國際騙子”。“那種看我的眼神，我覺得很刺眼。現(xiàn)在想來，或許那算不上歧視，而是一個(gè)西方工程師在聽說發(fā)展中國家也要搞光刻機(jī)時(shí)的正常反應(yīng)。”一位德國工程師甚至對(duì)他扔下一句狠話：“就是給你們?nèi)讏D紙，你們也做不出來！”

實(shí)現(xiàn)光刻機(jī)自主，的確像一個(gè)有點(diǎn)不切實(shí)際的夢。媒體今天經(jīng)常引用的一組數(shù)據(jù)是，“目前最先進(jìn)的EUV光刻機(jī)，單臺(tái)設(shè)備超過十萬個(gè)零件，軟管加起來就有兩公里長。這么一臺(tái)龐大的設(shè)備，重量足足有180噸，單次發(fā)貨需要?jiǎng)佑?0個(gè)貨柜、20輛卡車以及3架貨機(jī)”。更不要說，研發(fā)涉及幾百家公司的技術(shù)。而上海微電子幾乎是一窮二白，要造出光刻機(jī)，難度無異于在沙漠上蓋起一棟摩天大樓。

光刻機(jī)霸主ASML也并不是憑一己之力崛起的。上世紀(jì)八九十年代，光刻機(jī)被光源卡在193nm長達(dá)20年。為了突破，英特爾說服了美國總統(tǒng)克林頓組織起一個(gè)EUV LLC聯(lián)盟，集合了當(dāng)時(shí)科技界大牛摩托羅拉、IBM以及美國三大國家實(shí)驗(yàn)室等。

當(dāng)時(shí)正值美日科技爭霸，美國沒有讓日本企業(yè)加入，反而允許荷蘭ASML共享研究成果。為表誠意，ASML在美國建了研發(fā)中心，還保證55%的零部件均從美國采購并定期接受審查。這也是如今荷蘭公司ASML必須遵守美國規(guī)矩，不給中芯國際提供7nm EUV光刻機(jī)的根源。

異常艱苦的條件下，2007年，上海微電子曾研制出一臺(tái)90nm工藝的投影光刻機(jī)。但中科院微電子所官網(wǎng)一篇文章指出，由于這臺(tái)機(jī)器大部分關(guān)鍵元器件是外國的，西方默契地對(duì)上海微電子禁運(yùn)，樣機(jī)成了擺設(shè)，無法投入商業(yè)化生產(chǎn)。

于是，2008年國家啟動(dòng)了主攻裝備、材料和工藝等配套能力的“02專項(xiàng)”，扶持國內(nèi)光刻機(jī)產(chǎn)業(yè)鏈。除了上海微電子負(fù)責(zé)整機(jī)制造，還扶持了一批配套企業(yè)的研發(fā)：比如長春光電所、上海光電所和國科精密研究曝光光學(xué)系統(tǒng)，華卓精科承擔(dān)雙工件臺(tái)，南大光電研制光刻膠，啟爾機(jī)電負(fù)責(zé)突破DUV光刻機(jī)液浸系統(tǒng)等。

一位光刻機(jī)資深從業(yè)人士記得，2010年左右，曾有國產(chǎn)光刻機(jī)產(chǎn)業(yè)界的人來拜訪，提到國內(nèi)已幾十年沒人做過準(zhǔn)分子激光器，而這是光刻機(jī)的核心部件。當(dāng)時(shí)國內(nèi)連鏡頭的材料都做不出來，更別說做激光器了。“國內(nèi)產(chǎn)業(yè)就是在這樣薄弱的基礎(chǔ)上做出了光刻機(jī)，是個(gè)奇跡。”

如今，國產(chǎn)光刻機(jī)在艱難中已有了星星之火。12年的持續(xù)投入下，國內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈在光源系統(tǒng)、曝光光學(xué)系統(tǒng)等方面取得突破。2016年，國科精密研發(fā)的國內(nèi)首套用于高端 IC 制造的 NA=0.75 投影光刻機(jī)物鏡系統(tǒng)、國望光學(xué)研發(fā)的首套90nm節(jié)點(diǎn)ArF投影光刻機(jī)曝光光學(xué)系統(tǒng)都已交付。

但總的來說，這些成績還不足以解決光刻機(jī)之痛。一位行業(yè)人士告訴AI財(cái)經(jīng)，在國家啟動(dòng)的扶持芯片設(shè)備的02專項(xiàng)中，光刻機(jī)是花錢最多的項(xiàng)目，一投就是10多年， 但仍然沒有做出比上海微電子90nm光刻機(jī)更先進(jìn)的產(chǎn)品。而在90nm之后，還有65nm、45nm、28nm、22nm、14nm、10nm、7nm足足7代工藝，才算與全球先進(jìn)水平持平。

“之前花了10多年來趟路，也讓我們發(fā)現(xiàn)，原先的做法，部分需要調(diào)整。”行業(yè)人士稱，目前參與國內(nèi)光刻機(jī)研發(fā)的有高校、企業(yè)和研究所，力量分散，而選擇的技術(shù)路徑難度也過高。

從技術(shù)路徑來說，ASML主要生產(chǎn)兩類光刻機(jī)——193nm光源光刻機(jī)和EUV光刻機(jī)。193nm光源光刻機(jī)只能做到7nm制程，往下需要EUV光刻機(jī)。但EUV涉及的技術(shù)和零部件是全球化的，且2018年至今全球出貨量總計(jì)只有57臺(tái)。“在西方制定協(xié)議對(duì)我國進(jìn)行技術(shù)封鎖的情況下，做科研可以，但在EUV這條路做商業(yè)化既困難又得不償失。”上述行業(yè)人士認(rèn)為，“我們不妨先把193nm光源光刻機(jī)做好。”

同時(shí)，行業(yè)人士提出，當(dāng)下更要補(bǔ)齊我國在光刻機(jī)領(lǐng)域人才的缺失。2000年初，大批留學(xué)的半導(dǎo)體人士懷揣家國情懷選擇回國發(fā)展，帶來了一個(gè)繁榮的產(chǎn)業(yè)開端，但可惜的是后期人才培育沒有跟上步伐。“總想著靠錢挖人，這并不能建起一個(gè)扎實(shí)的產(chǎn)業(yè)人才基礎(chǔ)。”

另一位資深人士指出，光刻機(jī)需要與產(chǎn)業(yè)緊密結(jié)合。中芯國際目前先進(jìn)工藝采用的是ASML的光刻機(jī)，而非選擇與上海微電子共研，支持最新工藝的光刻機(jī)。而中芯國際則表達(dá)了生存和追趕目標(biāo)下的不得已。但芯片制造卡脖子之痛，會(huì)讓產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)對(duì)國產(chǎn)設(shè)備比之前更為重視。

光刻機(jī)只是中國無芯之痛的一個(gè)縮影，背后折射出的是整個(gè)產(chǎn)業(yè)追趕的艱難。“在種種困難之下，除了臥薪嘗膽，加強(qiáng)研發(fā)，別無捷徑。”一位從業(yè)幾十年的行業(yè)人士說。

光刻機(jī)產(chǎn)業(yè)落后很大程度上是此前策略導(dǎo)致的，最近兩年芯片行業(yè)發(fā)生的事件是一記警鐘，更是一劑強(qiáng)心劑。當(dāng)人們認(rèn)清光刻機(jī)的重要性后，隨著策略的調(diào)整、資本的投入以及產(chǎn)業(yè)鏈更清晰的合作，國產(chǎn)光刻機(jī)將有希望一步步實(shí)現(xiàn)突圍。