國(guó)內(nèi)芯片現(xiàn)在被美國(guó)卡脖子，其中很重要的原因的是國(guó)內(nèi)沒(méi)有足夠先進(jìn)的光刻機(jī)。光刻機(jī)，如同車(chē)間中車(chē)床的作用，又好比是整棟大樓的根基。

光刻機(jī)一直是中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的軟肋，昌暉儀表圈小編之前一直以為是起步太晚、起點(diǎn)太低，但今天看到一則“會(huì)議消息”，其實(shí)我們?cè)?0多年前就已經(jīng)提出要發(fā)展光刻工藝，那么是什么原因?qū)е挛覀冞@些年一直在原地踏步呢？

這背后，是一部國(guó)產(chǎn)光刻機(jī)發(fā)展的血淚史。



1977年5月14-19日，受四機(jī)部委托，上海大規(guī)模集成電路會(huì)戰(zhàn)組主持召開(kāi)本次會(huì)議，出席會(huì)議的有來(lái)自全國(guó)光刻機(jī)研制、使用的42家單位代表共67人。

事實(shí)上，我國(guó)發(fā)展光刻機(jī)的歷史，可以追溯到上個(gè)世紀(jì)?；仡欀袊?guó)半導(dǎo)體設(shè)備的發(fā)展歷史,可以用三個(gè)詞來(lái)概括，即“起步早、門(mén)類(lèi)全、發(fā)展曲折”。

其中，起步早指的是我國(guó)從上世紀(jì)50年代中后期開(kāi)始研制鍺工藝半導(dǎo)體設(shè)備，60年代初中期自行制造我國(guó)第一條1Gz鍺半導(dǎo)體三極管單機(jī)自動(dòng)化生產(chǎn)線，60年代中期即研制了35mm圓片、10m線寬水平的硅平面工藝半導(dǎo)體設(shè)備。70年代末至80年代，我國(guó)就已研制了電子束曝光機(jī)、分步重復(fù)光刻機(jī)、超純水處理系統(tǒng)等一批高水平的半導(dǎo)體設(shè)備。

起步不晚
我國(guó)光刻機(jī)的歷史，則可以追溯到1966年。

1966年，109廠與上海光學(xué)儀器廠協(xié)作，研制成功我國(guó)第一臺(tái)65型接觸式光刻機(jī)，由上海無(wú)線電專用設(shè)備廠進(jìn)行生產(chǎn)并向全國(guó)推廣。
1974年9月，第一次全國(guó)大規(guī)模集成電路工業(yè)會(huì)議召開(kāi)，國(guó)家計(jì)委在北京召開(kāi)《全國(guó)大規(guī)模集成電路及基礎(chǔ)材料攻關(guān)大會(huì)戰(zhàn)會(huì)議》，擬定的目標(biāo)是[1974-1976年期間，突破大規(guī)模集成電路的工藝、裝備、基礎(chǔ)材料等方面關(guān)鍵技術(shù)]四機(jī)部組織京滬電子工業(yè)會(huì)戰(zhàn)，進(jìn)行大規(guī)模集成電路及材料、裝備研發(fā)，突破超微粒干板、光刻膠、超純凈試劑、高純度氣體，磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)電子束鍍膜機(jī)等材料、裝備。

1975年12月，第二次全國(guó)大規(guī)模集成電路會(huì)議在上海召開(kāi)。

1977年1月，第三次全國(guó)大規(guī)模集成電路會(huì)議在貴州召開(kāi)。

1977年5月，在江蘇吳縣(今蘇州吳中區(qū))召開(kāi)了光刻機(jī)技術(shù)座談會(huì)，四十二個(gè)單位67名代表出席了本次會(huì)議。會(huì)上指出，改進(jìn)光刻設(shè)備、光刻工藝是目前大規(guī)模集成電路會(huì)戰(zhàn)和提高電路質(zhì)量的一個(gè)重要方面，為了在半導(dǎo)體器件和集成電路方面盡快趕超世界水平，代表建議組建全國(guó)光刻機(jī)技術(shù)協(xié)作攻關(guān)組織。

在當(dāng)時(shí)，未來(lái)的光刻機(jī)霸主ASML仍未成立。

光刻技術(shù)經(jīng)歷了接觸式光刻機(jī)，接近式光刻，分步重復(fù)式等倍投影光刻，步進(jìn)式縮小投影光刻，步進(jìn)掃描式投影光刻等典型光刻技術(shù)過(guò)程。

70年代初，美、日等西方國(guó)家分別研制出多種型號(hào)的接近式光刻機(jī)，為了適應(yīng)我國(guó)大規(guī)模集成電路制造技術(shù)當(dāng)前的發(fā)展需要，1978年，中科院半導(dǎo)體所開(kāi)始研制JK-1型半自動(dòng)接近式光刻機(jī)。

1980年，JK-1型接近式光刻機(jī)完成所級(jí)鑒定。1981年完成第二階段工藝試驗(yàn)，并進(jìn)行模擬4K和16K動(dòng)態(tài)隨機(jī)貯器器件的工藝考核試驗(yàn)。同年，上海光學(xué)機(jī)械廠的研制的JKG—3型光刻機(jī)通過(guò)鑒定與設(shè)計(jì)定型，該機(jī)型是我國(guó)第一代半自動(dòng)接近式光刻機(jī)。另外,該廠仍研制出JKG-2型大面積光刻機(jī)、JKG-IA型、JKG-ZA型、JKG-3A型機(jī)等JKG3型光刻機(jī)。

1982年10月，109廠、哈爾濱量具刃具廠、阿城繼電器廠共同研制的“KHA75-1型半自動(dòng)接近接觸式光刻機(jī)”獲第一機(jī)械工業(yè)部科技工作一等獎(jiǎng)。

由于適應(yīng)性強(qiáng)、功能齊全、性能良好，KHA75-1型是當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)比較先進(jìn)的光刻設(shè)備，在某些重要指標(biāo)(如掩模變形量等)上已達(dá)到日本CanonPLA500-F型的水平。

伴隨著技術(shù)發(fā)展，我國(guó)技術(shù)人員也漸漸意識(shí)到分步光刻機(jī)的重要性。根據(jù)八五、九五期間我國(guó)微電子技術(shù)發(fā)展的要求，迫切要相當(dāng)數(shù)量的分步光刻機(jī)，而當(dāng)時(shí)國(guó)際上一臺(tái)i線分步光刻機(jī)的售價(jià)是160萬(wàn)美元，一臺(tái)準(zhǔn)分子激光DSW光刻機(jī)的售價(jià)是210萬(wàn)美元，一套g線DSW光刻機(jī)也要120萬(wàn)美元，如果全部采用進(jìn)口設(shè)備，當(dāng)時(shí)的財(cái)力也難以支持。

在此背景下，1978年世界上第一臺(tái)DSW光刻機(jī)問(wèn)世不久，機(jī)電部第45所即開(kāi)始跟蹤研究分步式光刻機(jī)。

在六五期間，45所進(jìn)行了BG-101型DSW光刻機(jī)的研究工作，并于1985年成功研制出BG-101分步光刻機(jī)，在當(dāng)年年底通過(guò)了部級(jí)技術(shù)鑒定，該機(jī)的主要性能指標(biāo)接近或達(dá)到美國(guó)GCA公司4800DSW系統(tǒng)的水平。

1985年，機(jī)電部45所研制出了分步光刻機(jī)樣機(jī)，中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所研制的"掃描式投影光刻機(jī)"通過(guò)鑒定，認(rèn)為達(dá)到美國(guó)4800DSW的水平，為我國(guó)大規(guī)模集成電路專用設(shè)備填補(bǔ)了一項(xiàng)空白。這應(yīng)當(dāng)是中國(guó)第一臺(tái)分步投影式光刻機(jī)，中國(guó)在分步光刻機(jī)上與國(guó)外的差距不超過(guò)7年。

逐漸落后
不過(guò)，也正是到了八十年代，國(guó)內(nèi)的光刻機(jī)的發(fā)展因?yàn)閮?nèi)因和外因，開(kāi)始逐漸停滯。

內(nèi)因是，中國(guó)開(kāi)始大規(guī)模引進(jìn)外資，有了“造不如買(mǎi)”的思想。光刻技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化，停滯不前。

中國(guó)速度帶來(lái)的弊端是讓一些邊緣科研，長(zhǎng)期限高投入項(xiàng)目，中短期看不到經(jīng)濟(jì)增速的重點(diǎn)工作被砍掉。這是歷史進(jìn)程的必然，抓重點(diǎn)一直是中國(guó)人的優(yōu)勢(shì)，抓高速增長(zhǎng)我們做的很好，就勢(shì)必會(huì)丟掉一部分收益較低的，集中資源解決問(wèn)題。

到了九十年代，光刻光源已被卡在193納米無(wú)法進(jìn)步長(zhǎng)達(dá)20年，這個(gè)技術(shù)非常關(guān)鍵，這直接導(dǎo)致ASML和臺(tái)積電在線如此強(qiáng)勢(shì)的關(guān)鍵。中國(guó)才剛剛開(kāi)始啟動(dòng)193納米ArF光刻機(jī)項(xiàng)目，足足落后ASML20多年。

而外因是，對(duì)于光刻機(jī)的技術(shù)限制，早在我國(guó)開(kāi)始研發(fā)光刻機(jī)時(shí)就已開(kāi)始。

由于分步光刻機(jī)對(duì)IC的發(fā)展乃至微電子技術(shù)的發(fā)展有很重要作用，西方發(fā)達(dá)國(guó)家一方面自己拼命發(fā)展這種設(shè)備，另一方面又對(duì)我國(guó)實(shí)行限制和禁運(yùn)，企圖永遠(yuǎn)抑制我國(guó)電子工業(yè)的發(fā)展。

除價(jià)格昂貴以外，巴統(tǒng)不批準(zhǔn)向我國(guó)出口先進(jìn)設(shè)備，國(guó)外工藝線已用0.5μm的機(jī)器的時(shí)候，卻只對(duì)我國(guó)出口1.5μm的機(jī)器，整整差了三代。此外，在80年代，巴統(tǒng)規(guī)定對(duì)我國(guó)出口的DSW光刻機(jī)，鏡頭NA必須小于0.17，即只能有2μm以上的分辨率。

巴統(tǒng)即成立于1949年的巴黎統(tǒng)籌委員會(huì)，是美國(guó)與其北約盟友建立起來(lái)的出口管制機(jī)構(gòu)，也是瓦森納協(xié)定的前身。其實(shí)在巴統(tǒng)建立初期，中國(guó)并不在其管制范圍之內(nèi)。但后來(lái)隨著美國(guó)對(duì)日態(tài)度和亞洲形態(tài)的重新估量，最終在1952年將中國(guó)列入了管制的范疇。列入被限制的有軍事武器裝備、尖端技術(shù)產(chǎn)品和稀有物資等三大類(lèi)共上萬(wàn)種產(chǎn)品。

盡管面臨巴統(tǒng)的限制，時(shí)間走到80年代中后期的時(shí)候，由于造不如買(mǎi)的思想開(kāi)始盛行，"貿(mào)工技"風(fēng)潮一時(shí)盛行，在集成電路等產(chǎn)業(yè)也漸漸與國(guó)外脫節(jié)。

等到2000年后，國(guó)家科技部組織實(shí)施“十五”863計(jì)劃“100nm分辨率193nmArF準(zhǔn)分子激光器步進(jìn)掃描投影光刻機(jī)”重大項(xiàng)目的研制與攻關(guān),計(jì)劃在2005年完成試生產(chǎn)樣機(jī)，2007年小批量生產(chǎn)。而在2002年，臺(tái)積電已提出了浸入式193nm技術(shù)方案。

奮起直追
好在，伴隨著中國(guó)半導(dǎo)體技術(shù)的日漸發(fā)展，在光刻技術(shù)領(lǐng)域，也逐漸開(kāi)始重視、發(fā)展起來(lái)。

2002年國(guó)家在上海組建上海微電子裝備有限公司(SMEE)承擔(dān)“十五”光刻機(jī)攻關(guān)項(xiàng)目時(shí)，中電科45所將從事分步投影光刻機(jī)研發(fā)任務(wù)的團(tuán)隊(duì)整體遷至上海參與其中。2008年國(guó)家又啟動(dòng)了“02”科技重大專項(xiàng)予以銜接持續(xù)攻關(guān)。

過(guò)幾年的努力，自主設(shè)計(jì)、制造和集成的國(guó)內(nèi)首臺(tái)100納米投影光刻機(jī)樣機(jī)研制取得成功，使國(guó)內(nèi)高端光刻機(jī)的水平有了重大突破，并為國(guó)家02科技重大專項(xiàng)高端光刻機(jī)項(xiàng)目的持續(xù)實(shí)施奠定了良好基礎(chǔ)。

通過(guò)“十五”光刻機(jī)專項(xiàng)攻關(guān)的初步成功和國(guó)家“02”科技重大專項(xiàng)多年的實(shí)施，SMEE掌握了光刻機(jī)多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，成為世界上繼歐洲和日本3家光刻機(jī)公司之后的少數(shù)掌握高端光刻機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與系統(tǒng)集成測(cè)試技術(shù)的公司。

目前，中國(guó)光刻機(jī)技術(shù)與國(guó)外相比，差距依然巨大。然而在一些自主技術(shù)領(lǐng)域，已經(jīng)取得相關(guān)突破。

華卓精科生產(chǎn)的光刻機(jī)雙工件臺(tái)，打破了ASML公司在光刻機(jī)工件臺(tái)上的技術(shù)上的壟斷，成為世界上第二家掌握雙工件臺(tái)核心技術(shù)的公司。

2018年5月，清華大學(xué)機(jī)械工程系教授朱煜在接受華璋資本調(diào)研時(shí)表示，其生產(chǎn)的雙工件臺(tái)打破ASML在工件臺(tái)上的技術(shù)壟斷，是世界上第二家掌握雙工件臺(tái)核心技術(shù)的公司，而且在全球能單獨(dú)供應(yīng)工件臺(tái)的也只有華卓精科。

在今年年中，上海微電子裝備(集團(tuán))股份有限公司披露，將在 2021-2022年交付第一臺(tái)28nm工藝的國(guó)產(chǎn)沉浸式光刻機(jī)。國(guó)產(chǎn)光刻機(jī)將從此前的 90nm工藝一舉突破到28nm工藝。

光刻機(jī)整機(jī)與分系統(tǒng)匯聚了光學(xué)、精密機(jī)械、控制、材料等領(lǐng)域大量的頂尖技術(shù)，很多技術(shù)需要做到工程極限。盡管我國(guó)在相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域已取得突破，但相對(duì)光刻機(jī)更多關(guān)鍵技術(shù)來(lái)說(shuō)，仍只是九牛一毛?！奥仿湫捱h(yuǎn)兮，吾將上下而求索”，面對(duì)技術(shù)差距，中國(guó)光刻機(jī)之路還很長(zhǎng)，加大對(duì)光刻機(jī)的投入，改善研發(fā)條件，吸引人才，也成為光刻機(jī)發(fā)展中不可或缺的一環(huán)。

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