文/樂(lè)川

集微網(wǎng)消息，福建晉華事件，開(kāi)啟了美國(guó)制裁中國(guó)半導(dǎo)體的序幕，中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)逐漸成為普通群眾也爭(zhēng)相探討的話題，中芯國(guó)際一臺(tái)遲遲不能“到賬”的當(dāng)下最先進(jìn)的EUV光刻機(jī)，更是成為全民關(guān)心的大事。幾個(gè)月前朋友圈瘋轉(zhuǎn)的一則新聞舊話，掀起更大的波瀾：原來(lái)中國(guó)這么早就開(kāi)始光刻機(jī)研發(fā)了，那為何現(xiàn)在還是淪落到受制于人的局面？

三次全國(guó)大規(guī)模集成電路會(huì)議，引發(fā)國(guó)產(chǎn)光刻機(jī)成果大爆發(fā)

光刻機(jī)是大系統(tǒng)、高精尖技術(shù)與工程極限高度融合的結(jié)晶，被譽(yù)為集成電路產(chǎn)業(yè)鏈“皇冠上的明珠”。20世紀(jì)50年代，美國(guó)研制出接觸式光刻機(jī)，70年代，美國(guó)Perkin-Elmer公司研制成功1:1投影式光刻機(jī)，隨后美國(guó)GCA公司推出“分步重復(fù)精縮投影光刻機(jī)”，將投影光刻的比例發(fā)展到1:5或1:10。分步式光刻機(jī)的概念提出之后，光學(xué)光刻機(jī)的技術(shù)路線就基本上穩(wěn)定下來(lái)了，后續(xù)的光刻機(jī)基本上都屬于這種類型。差異只在于光源的變化。

日本的尼康和佳能于20世紀(jì)60年代末開(kāi)始進(jìn)入光刻機(jī)領(lǐng)域。中國(guó)利用光刻技術(shù)制造集成電路，大致也開(kāi)始于同一時(shí)期。

1965年，我國(guó)第一塊集成電路在北京、石家莊和上海等地相繼問(wèn)世。上文中提到，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)。這三次會(huì)議，可以說(shuō)直接導(dǎo)致了上世紀(jì)80年代前后，中科院系統(tǒng)、電子部系統(tǒng)、地方各研發(fā)單位光刻機(jī)成果的第一次大爆發(fā)。

根據(jù)現(xiàn)存最早的國(guó)產(chǎn)光刻機(jī)的紀(jì)錄，是1445所在1974年開(kāi)始研制，到1977年研制成功的GK-3型半自動(dòng)光刻機(jī)（吳先升.φ75毫米圓片半自動(dòng)光刻機(jī)[J].半導(dǎo)體設(shè)備,1979(04):24-28.），這是一臺(tái)接觸式光刻機(jī)。1978年，1445所在GK-3的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了GK-4，把加工圓片直徑從50毫米提高到75毫米，自動(dòng)化程度有所提高，但仍然是接觸式光刻機(jī)。

GK-3光刻機(jī)（劉仲華.GK—3型半自動(dòng)光刻機(jī)工作原理及性能分析[J].半導(dǎo)體設(shè)備,1978(03)

1980年左右，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)，于1981年研制成功兩臺(tái)樣機(jī)，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)。

圖：JK-1型光刻機(jī)整機(jī)照片

由于美國(guó)在50年代就已經(jīng)擁有了接觸式光刻機(jī)，相比之下中國(guó)落后了近二十年。同時(shí)國(guó)外從1978年開(kāi)始轉(zhuǎn)向分步重復(fù)投影光刻，此時(shí)中國(guó)科學(xué)界也已認(rèn)識(shí)到，分步投影光刻技術(shù)的優(yōu)越性，但限于國(guó)內(nèi)工藝基礎(chǔ)差，難以實(shí)現(xiàn)。

但是根據(jù)八五、九五期間我國(guó)微電子技術(shù)發(fā)展的要求，迫切需要相當(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)的國(guó)家財(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所就開(kāi)始跟蹤研究分步式光刻機(jī)，對(duì)標(biāo)美國(guó)的4800DSW。1985年，研制出了BG-101分步光刻機(jī)樣機(jī)并通過(guò)電子部技術(shù)鑒定，認(rèn)為達(dá)到4800DSW的水平。如果資料沒(méi)有錯(cuò)誤，這應(yīng)當(dāng)是中國(guó)第一臺(tái)分步投影式光刻機(jī)，采用的是436納米G線光源。

同樣在1985年，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，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。按照這個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)算，中國(guó)在分步光刻機(jī)上與國(guó)外的差距拉近到7年左右（美國(guó)是1978年）。

可以看出，國(guó)產(chǎn)光刻機(jī)研發(fā)在上世紀(jì)70年代后期起步，直到80年代后期，技術(shù)一直在推進(jìn)，并且取得了一定的代表性成果。

"貿(mào)工技"風(fēng)潮盛行，國(guó)產(chǎn)光刻機(jī)研發(fā)開(kāi)始脫節(jié)？

20世紀(jì)50至80年代初期，中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，幾乎與世界同時(shí)起步，這也是國(guó)產(chǎn)光刻機(jī)研發(fā)的關(guān)鍵產(chǎn)業(yè)背景。但是進(jìn)入80年代中期后，中國(guó)卻“掉隊(duì)”了。

此時(shí)的日本半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)已經(jīng)發(fā)展成為令美國(guó)也忌憚的霸主，到了1984年，在光刻機(jī)領(lǐng)域尼康和GCA平起平坐，各享三成市占率，Ultratech占約一成，Eaton、P&E、佳能、日立等每家都不到5%。同一年，ASML誕生。

在整個(gè)行業(yè)積極探索新技術(shù)的時(shí)候，由于價(jià)格高昂和“巴統(tǒng)限制”，“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的設(shè)備時(shí)，卻只對(duì)我國(guó)出口1.5μm的設(shè)備，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。

也是在這個(gè)時(shí)期，國(guó)內(nèi)“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)。產(chǎn)業(yè)拋棄了獨(dú)立自主，自力更生的指導(dǎo)方針，盲目對(duì)外開(kāi)放，中國(guó)獨(dú)立的科研和產(chǎn)業(yè)體系被摧毀，研發(fā)方面是單打獨(dú)斗，科研成果轉(zhuǎn)化成商業(yè)化產(chǎn)品的微乎其微。

國(guó)產(chǎn)光刻機(jī)研發(fā)的腳步大大減緩。到1990年3月，中科院光電所研制的IOE1010G直接分步重復(fù)投影光刻機(jī)樣機(jī)通過(guò)評(píng)議，工作分辨率1.25微米，主要技術(shù)指標(biāo)接受美國(guó)GCA8000型的水平，僅相當(dāng)于國(guó)外80年代中期水平。

這個(gè)時(shí)期國(guó)外光刻光源被卡在193納米無(wú)法更進(jìn)一步已經(jīng)長(zhǎng)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，臺(tái)積電在2002年提出了浸入式193nm技術(shù)方案成功解決了這一難題，使得光刻機(jī)技術(shù)進(jìn)入到新的階段。而這時(shí)國(guó)家科技部才組織實(shí)施“十五”863計(jì)劃“100納米分辨率193納米ArF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)。

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)。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(jī)。

但是，走在世界前沿的ASML已經(jīng)開(kāi)始EUV光刻機(jī)研發(fā)，并于2010年研發(fā)出第一臺(tái)EUV原型機(jī)，由于成本過(guò)于高昂由三星、臺(tái)積電、英特爾等公司共同入股推動(dòng)研發(fā)，若干年后，ASML成為7納米以下制程光刻機(jī)的唯一供應(yīng)商。國(guó)產(chǎn)光刻機(jī)至此落后ASML超過(guò)20年。

（校對(duì)/零叁）

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的那么早研发国产光刻机，为何最终落后ASML超过20年的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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