文 | AI財經社 唐煜
編輯 | 趙豔秋
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7月，中科院網站刊登一則國產5nm光刻技術獲突破的新聞，隨後又被刪除。這則新聞介紹，中科院蘇州納米技術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，成功開發出一種新型5nm雷射光刻加工方法。而這種光刻技術，使用了具有完全知識產權的雷射直寫設備，可以1小時製備約5×105個納米狹縫電極，展示出規模量產的潛力。
消息一出，社交媒體上一片沸騰。但伴隨這條新聞被刪除，有人質疑，有人失落。在最近兩年頻繁的芯片大事件中，“光刻機”登上了熱榜。光刻是芯片製造最核心、最難的環節，而且佔到芯片成本的30%。中芯國際花了1.2億美元向荷蘭光刻機巨頭ASML訂購的中國首台EUV光刻機，足足等了三年，也沒能迎娶進門。光刻機的水準直接決定了中國芯片製造的水準，它的突破無疑代表了中國芯片製造的水準。
圖/ASML官網
在國人的期盼下，今年以來，幾乎每兩個月都有中國光刻機獲突破的消息。但根據AI財經社了解，這些突破有的是內部驗收，不能解決當下產業問題，有的是被誇大的假新聞。要做到真的光刻機國產替代，前路漫漫。“除了臥薪嘗膽，加強研發，別無捷徑。”
嚴峻的當下
中科院突破5nm光刻技術的新聞，恰逢華為遭遇美國技術封鎖、艱難尋求出路的時刻。中科院此時在光刻機上的突破，讓國人看到了希望。於是，“打破封鎖了！中科院攻克5nm光刻機關鍵技術，華為迎來最大希望”的新聞在社交媒體上被大量轉發。
而針對新聞隨後被刪的情況，有人士分析，由於光刻機同行並沒有發聲，因此關於這個技術的真偽和有效性，還是要交給專業人士判斷。但現在將實驗室技術拿出來高調宣傳，可能是一種“放高炮、打雞血”的做法，解決不了實際的產業問題。
圖/上海微電子官網
無獨有偶，今年6月，“上海微電子2021年或2022年將交付28nm沉浸式光刻機”的消息也在網上引發沸騰，上海微電子大股東上海電氣的股票一度漲停。
上海微電子並未發布這一新聞。而一位行業人士對AI財經社透露，據他了解，目前上海微電子僅有一台尚沒有量產、能做到90nm製程的光刻機，使用的實際上是海外20年前的光源技術。而全球光刻機霸主ASML已經衝向5nm和3nm製程。
幾位自稱是上海微電子的員工也在社交平台上疾呼，科研不需要炒作，公司有國外合作廠商，此時高調無疑會給中國光刻機研發帶來更多麻煩。
也有行業人士對AI財經社進一步分析，當年英特爾曾採用與上海微電子類似的技術實現了55nm製程，但如今上海微電子只能實現90nm製程，“說明它在技術上大概率遇到了問題，比如卡在了光學系統、雷射器或者最難做的光學鏡頭上”。
實際上，在基礎研發和產業積累都很薄弱的情況下，整個國產光刻機產業鏈仍很弱小。比如，最近準備衝刺科創板的“光刻機第一股”華卓精科，主要為上海微電子提供光刻機所需的雙工件台。但招股書披露，公司在2017年、2018年形成小規模收入後，因為在研發上遇到問題，交付延期，導致2019年沒有任何收入。
業界認為，中國光刻機與全球老大ASML至少還有幾十年差距。而產業界的缺失攪動起了資本圈。一位投資人向AI財經社透露，有某高校團隊出來做的光刻機，每年營收加政府補貼才1億元出頭，技術距離先進水準很遠，然而估值已到了80億元，比有些估值虛高的AI獨角獸還要高出很多倍。
就算有了光刻機，芯片製造涉及數百種設備，比如離子注入機、刻蝕機等，雖然目前北方華創、中微半導體等企業做到了突破，但這些設備中超過一半的零組件也依賴進口。一位設備企業高管對AI財經社說，這樣算下來，“可能芯片製造100道工序裡國內能做10道”。
上述人士進一步介紹，某A股上市國產半導體設備明星企業的技術水準被誇大，“連公司董事長自己都看不下去了”；某薄膜設備領軍企業，量產不足幾千台，這個領域還是被卡脖子卡得厲害；檢測設備市場雖大，但精測設備剛剛起步，OCD設備差距還比較大。“總之，國產設備還有相當差距，企業也魚龍混雜，一些企業不是搞技術的，純粹折騰資本”。
起大早趕晚集
實際上，光刻並不是一種新工藝，早在1965年，中國就在用光刻技術製造芯片。如今光刻機的原理跟投影儀類似，以雷射為刀，將設計好的電路圖投射到矽片之上，在指甲蓋大小的芯片上實現數百億個晶體管的集成。
上世紀70年代，國內清華大學精密儀器系、中國科學院光電技術研究所、中電科45所已經開始投入研製光刻機。
在中國高考恢復的1977年，江蘇吳縣還專門舉行了一場光刻機技術座談會，這則幾百字的會議消息刊登在一張微微泛白的報紙上。雖然內容簡短，參會代表們達成了共識：光刻設備和工藝極為重要，要提高光刻機技術，以在半導體設備上趕超世界先進水準。
同年，行業傳來捷報，中國第一台GK—3型接觸式光刻機誕生。這種光刻機相對粗糙，就是光罩直接壓在矽片上，再用燈光照射，但光罩易變形，難以重複使用，還會造成汙染。上世紀70年代初，美國、日本等國家已經研製出了更先進的1:1投影光刻機和分步投影光刻機，但這些技術要求苛刻，當時國內光刻工藝難以達到。
為了追趕世界先進水準，原機電部45所投入研製，終於在1985年研製出第一台分步投影式光刻機。當時的電子部技術鑒定認為，這達到了1978年美國GCA公司推出的分步光刻機4800DSW的水準。表面上看，中國技術也就落後美國7年。但有行業人士指出，這些設備偏科研項目，沒有經過產線驗證，並不代表真實水準。
在很長一段時間，國內研究成果在論文發表、專家評審後即被束之高閣，導致光刻機技術也長期停留在“紙上談兵”的階段。
那一年，光刻機老大ASML剛成立一年，終於把辦公地點從母公司飛利浦大廈緊挨垃圾桶的木棚房搬到新廠房。ASML脫胎於飛利浦實驗室，早年想和美國光刻機企業GCA、P&E合作，但這些大佬都不理它，唯有一家叫ASM International 的荷蘭小公司主動要求合作。飛利浦猶豫了一年，勉強同意成立股權對半的合資公司，沒人能預料到，這個30人的小團隊會在日後改寫整個半導體行業。
然而，國產光刻機剛有一點起色，很快就被時代的大浪拍倒在了沙灘上。上世紀80年代開始，隨著改革開放的深入，越來越多的外國公司進入中國市場，當時國內奉行“造不如買，買不如租”。各地政府大量引進國外的半導體設備和產線，國內半導體技術自研陷入被動。
1984年中國還實行了“撥改貸”政策，原來靠國家撥款的企業，轉向銀行貸款，一些科研項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《瓦森納協定》，對中國出口技術進行封鎖。為了開辟一條生路，國內提出“以市場換技術”，大幅降低關稅，導致國內集成電路產業，包括光刻機受到了狂風暴雨般的衝擊。
沒有市場、沒有資金，國產光刻機在上世紀90年代再未有更大進展。
但在我國技術停滯不前的這段時間裡，日韓在半導體行業加大投資、奮起直追。其中，日本半導體公司尼康就把美國光刻機企業SVG、Ultratech打得七零八落，佔據了全球30%的半導體市場。隨後日本國內的日立、佳能等企業也開始展露頭角。
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於《微電子科學技術和集成電路產業》的報告。上世紀70年代，王陽元曾主持研製成功我國第一塊1024位隨即記憶體，是國內半導體行業的領軍人物之一。這次報告讓與會者對半導體的戰略地位有了進一步理解。
圖/來源網絡
時任國務院副總理李嵐清在報告結束後給出一個結論：集成電路是電子產品的“心髒”，沒有先進的集成電路產業就沒有先進的信息產業，因此，必須大力發展集成電路產業。這一結論無疑給中國芯片產業帶來新生。
同年，李嵐清主持工作會議，下發了鼓勵集成電路產業發展的文件。基於此，財政部、國家稅務總局推出相關稅收政策，產業和資本活躍起來。
2002年，光刻機也正式列入“863重大科技突破計劃”。這一年，科技部和上海市政府共同牽頭，國內多家企業共同組建了上海微電子，重點研發100nm步進掃描投影光刻機。
時任上海電氣總公司執行副總裁的賀榮明肩負起這個任務，帶領團隊走上了艱難的光刻機自主研發之路。
1985年從同濟大學畢業的賀榮明，進入上海機電工業管理局從事國外技術的引進。在此後的工作中，他體會到了“真正的核心技術是買不來的”。
上海微電子剛成立時，賀榮明去歐洲談光刻機技術合作，對方都把他當成“國際騙子”。“那種看我的眼神，我覺得很刺眼。現在想來，或許那算不上歧視，而是一個西方工程師在聽說發展中國家也要搞光刻機時的正常反應。”一位德國工程師甚至對他扔下一句狠話：“就是給你們全套圖紙，你們也做不出來！”
實現光刻機自主，的確像一個有點不切實際的夢。媒體今天經常引用的一組數據是，“目前最先進的EUV光刻機，單台設備超過十萬個零件，軟管加起來就有兩公里長。這麽一台龐大的設備，重量足足有180噸，單次發貨需要動用40個貨櫃、20輛卡車以及3架貨機”。更不要說，研發涉及幾百家公司的技術。而上海微電子幾乎是一窮二白，要造出光刻機，難度無異於在沙漠上蓋起一棟摩天大樓。
光刻機霸主ASML也並不是憑一己之力崛起的。上世紀八九十年代，光刻機被光源卡在193nm長達20年。為了突破，英特爾說服了美國總統克林頓組織起一個EUV LLC聯盟，集合了當時科技界大牛摩托羅拉、IBM以及美國三大國家實驗室等。
當時正值美日科技爭霸，美國沒有讓日本企業加入，反而允許荷蘭ASML共享研究成果。為表誠意，ASML在美國建了研發中心，還保證55%的零組件均從美國採購並定期接受審查。這也是如今荷蘭公司ASML必須遵守美國規矩，不給中芯國際提供7nm EUV光刻機的根源。
異常艱苦的條件下，2007年，上海微電子曾研製出一台90nm工藝的投影光刻機。但中科院微電子所官網一篇文章指出，由於這台機器大部分關鍵元器件是外國的，西方默契地對上海微電子禁運，樣機成了擺設，無法投入商業化生產。
於是，2008年國家啟動了主攻裝備、材料和工藝等配套能力的“02專項”，扶持國內光刻機產業鏈。除了上海微電子負責整機制造，還扶持了一批配套企業的研發：比如長春光電所、上海光電所和國科精密研究曝光光學系統，華卓精科承擔雙工件台，南大光電研製光刻膠，啟爾機電負責突破DUV光刻機液浸系統等。
一位光刻機資深從業人士記得，2010年左右，曾有國產光刻機產業界的人來拜訪，提到國內已幾十年沒人做過準分子雷射器，而這是光刻機的核心部件。當時國內連鏡頭的材料都做不出來，更別說做雷射器了。“國內產業就是在這樣薄弱的基礎上做出了光刻機，是個奇跡。”
如今，國產光刻機在艱難中已有了星星之火。12年的持續投入下，國內產業鏈在光源系統、曝光光學系統等方面取得突破。2016年，國科精密研發的國內首套用於高端 IC 製造的 NA=0.75 投影光刻機物鏡系統、國望光學研發的首套90nm節點ArF投影光刻機曝光光學系統都已交付。
但總的來說，這些成績還不足以解決光刻機之痛。一位行業人士告訴AI財經，在國家啟動的扶持芯片設備的02專項中，光刻機是花錢最多的項目，一投就是10多年， 但仍然沒有做出比上海微電子90nm光刻機更先進的產品。而在90nm之後，還有65nm、45nm、28nm、22nm、14nm、10nm、7nm足足7代工藝，才算與全球先進水準持平。
“之前花了10多年來趟路，也讓我們發現，原先的做法，部分需要調整。”行業人士稱，目前參與國內光刻機研發的有高校、企業和研究所，力量分散，而選擇的技術路徑難度也過高。
從技術路徑來說，ASML主要生產兩類光刻機——193nm光源光刻機和EUV光刻機。193nm光源光刻機只能做到7nm製程，往下需要EUV光刻機。但EUV涉及的技術和零組件是全球化的，且2018年至今全球出貨量總計只有57台。“在西方制定協議對我國進行技術封鎖的情況下，做科研可以，但在EUV這條路做商業化既困難又得不償失。”上述行業人士認為，“我們不妨先把193nm光源光刻機做好。”
同時，行業人士提出，當下更要補齊我國在光刻機領域人才的缺失。2000年初，大批留學的半導體人士懷揣家國情懷選擇回國發展，帶來了一個繁榮的產業開端，但可惜的是後期人才培育沒有跟上步伐。“總想著靠錢挖人，這並不能建起一個扎實的產業人才基礎。”
另一位資深人士指出，光刻機需要與產業緊密結合。中芯國際目前先進工藝採用的是ASML的光刻機，而非選擇與上海微電子共研，支持最新工藝的光刻機。而中芯國際則表達了生存和追趕目標下的不得已。但芯片製造卡脖子之痛，會讓產業鏈企業對國產設備比之前更為重視。
光刻機只是中國無芯之痛的一個縮影，背後折射出的是整個產業追趕的艱難。“在種種困難之下，除了臥薪嘗膽，加強研發，別無捷徑。”一位從業幾十年的行業人士說。
光刻機產業落後很大程度上是此前策略導致的，最近兩年芯片行業發生的事件是一記警鍾，更是一劑強心劑。當人們認清光刻機的重要性後，隨著策略的調整、資本的投入以及產業鏈更清晰的合作，國產光刻機將有希望一步步實現突圍。
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