國內芯片現在被美國卡脖子，其中很重要的原因的是國內沒有足夠先進的光刻機。光刻機，如同車間中車床的作用，又好比是整棟大樓的根基。

光刻機一直是中國半導體產業發展的軟肋，昌暉儀表圈小編之前一直以為是起步太晚、起點太低，但今天看到一則“會議消息”，其實我們在40多年前就已經提出要發展光刻工藝，那么是什么原因導致我們這些年一直在原地踏步呢？

這背后，是一部國產光刻機發展的血淚史。



1977年5月14-19日，受四機部委托，上海大規模集成電路會戰組主持召開本次會議，出席會議的有來自全國光刻機研制、使用的42家單位代表共67人。

事實上，我國發展光刻機的歷史，可以追溯到上個世紀。回顧中國半導體設備的發展歷史,可以用三個詞來概括，即“起步早、門類全、發展曲折”。

其中，起步早指的是我國從上世紀50年代中后期開始研制鍺工藝半導體設備，60年代初中期自行制造我國第一條1Gz鍺半導體三極管單機自動化生產線，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體設備。70年代末至80年代，我國就已研制了電子束曝光機、分步重復光刻機、超純水處理系統等一批高水平的半導體設備。

起步不晚
我國光刻機的歷史，則可以追溯到1966年。

1966年，109廠與上海光學儀器廠協作，研制成功我國第一臺65型接觸式光刻機，由上海無線電專用設備廠進行生產并向全國推廣。
1974年9月，第一次全國大規模集成電路工業會議召開，國家計委在北京召開《全國大規模集成電路及基礎材料攻關大會戰會議》，擬定的目標是[1974-1976年期間，突破大規模集成電路的工藝、裝備、基礎材料等方面關鍵技術]四機部組織京滬電子工業會戰，進行大規模集成電路及材料、裝備研發，突破超微粒干板、光刻膠、超純凈試劑、高純度氣體，磁場偏轉電子束鍍膜機等材料、裝備。

1975年12月，第二次全國大規模集成電路會議在上海召開。

1977年1月，第三次全國大規模集成電路會議在貴州召開。

1977年5月，在江蘇吳縣(今蘇州吳中區)召開了光刻機技術座談會，四十二個單位67名代表出席了本次會議。會上指出，改進光刻設備、光刻工藝是目前大規模集成電路會戰和提高電路質量的一個重要方面，為了在半導體器件和集成電路方面盡快趕超世界水平，代表建議組建全國光刻機技術協作攻關組織。

在當時，未來的光刻機霸主ASML仍未成立。

光刻技術經歷了接觸式光刻機，接近式光刻，分步重復式等倍投影光刻，步進式縮小投影光刻，步進掃描式投影光刻等典型光刻技術過程。

70年代初，美、日等西方國家分別研制出多種型號的接近式光刻機，為了適應我國大規模集成電路制造技術當前的發展需要，1978年，中科院半導體所開始研制JK-1型半自動接近式光刻機。

1980年，JK-1型接近式光刻機完成所級鑒定。1981年完成第二階段工藝試驗，并進行模擬4K和16K動態隨機貯器器件的工藝考核試驗。同年，上海光學機械廠的研制的JKG—3型光刻機通過鑒定與設計定型，該機型是我國第一代半自動接近式光刻機。另外,該廠仍研制出JKG-2型大面積光刻機、JKG-IA型、JKG-ZA型、JKG-3A型機等JKG3型光刻機。

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型半自動接近接觸式光刻機”獲第一機械工業部科技工作一等獎。

由于適應性強、功能齊全、性能良好，KHA75-1型是當時國內比較先進的光刻設備，在某些重要指標(如掩模變形量等)上已達到日本CanonPLA500-F型的水平。

伴隨著技術發展，我國技術人員也漸漸意識到分步光刻機的重要性。根據八五、九五期間我國微電子技術發展的要求，迫切要相當數量的分步光刻機，而當時國際上一臺i線分步光刻機的售價是160萬美元，一臺準分子激光DSW光刻機的售價是210萬美元，一套g線DSW光刻機也要120萬美元，如果全部采用進口設備，當時的財力也難以支持。

在此背景下，1978年世界上第一臺DSW光刻機問世不久，機電部第45所即開始跟蹤研究分步式光刻機。

在六五期間，45所進行了BG-101型DSW光刻機的研究工作，并于1985年成功研制出BG-101分步光刻機，在當年年底通過了部級技術鑒定，該機的主要性能指標接近或達到美國GCA公司4800DSW系統的水平。

1985年，機電部45所研制出了分步光刻機樣機，中國科學院上海光學精密機械研究所研制的"掃描式投影光刻機"通過鑒定，認為達到美國4800DSW的水平，為我國大規模集成電路專用設備填補了一項空白。這應當是中國第一臺分步投影式光刻機，中國在分步光刻機上與國外的差距不超過7年。

逐漸落后
不過，也正是到了八十年代，國內的光刻機的發展因為內因和外因，開始逐漸停滯。

內因是，中國開始大規模引進外資，有了“造不如買”的思想。光刻技術和產業化，停滯不前。

中國速度帶來的弊端是讓一些邊緣科研，長期限高投入項目，中短期看不到經濟增速的重點工作被砍掉。這是歷史進程的必然，抓重點一直是中國人的優勢，抓高速增長我們做的很好，就勢必會丟掉一部分收益較低的，集中資源解決問題。

到了九十年代，光刻光源已被卡在193納米無法進步長達20年，這個技術非常關鍵，這直接導致ASML和臺積電在線如此強勢的關鍵。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。

而外因是，對于光刻機的技術限制，早在我國開始研發光刻機時就已開始。

由于分步光刻機對IC的發展乃至微電子技術的發展有很重要作用，西方發達國家一方面自己拼命發展這種設備，另一方面又對我國實行限制和禁運，企圖永遠抑制我國電子工業的發展。

除價格昂貴以外，巴統不批準向我國出口先進設備，國外工藝線已用0.5μm的機器的時候，卻只對我國出口1.5μm的機器，整整差了三代。此外，在80年代，巴統規定對我國出口的DSW光刻機，鏡頭NA必須小于0.17，即只能有2μm以上的分辨率。

巴統即成立于1949年的巴黎統籌委員會，是美國與其北約盟友建立起來的出口管制機構，也是瓦森納協定的前身。其實在巴統建立初期，中國并不在其管制范圍之內。但后來隨著美國對日態度和亞洲形態的重新估量，最終在1952年將中國列入了管制的范疇。列入被限制的有軍事武器裝備、尖端技術產品和稀有物資等三大類共上萬種產品。

盡管面臨巴統的限制，時間走到80年代中后期的時候，由于造不如買的思想開始盛行，"貿工技"風潮一時盛行，在集成電路等產業也漸漸與國外脫節。

等到2000年后，國家科技部組織實施“十五”863計劃“100nm分辨率193nmArF準分子激光器步進掃描投影光刻機”重大項目的研制與攻關,計劃在2005年完成試生產樣機，2007年小批量生產。而在2002年，臺積電已提出了浸入式193nm技術方案。

奮起直追
好在，伴隨著中國半導體技術的日漸發展，在光刻技術領域，也逐漸開始重視、發展起來。

2002年國家在上海組建上海微電子裝備有限公司(SMEE)承擔“十五”光刻機攻關項目時，中電科45所將從事分步投影光刻機研發任務的團隊整體遷至上海參與其中。2008年國家又啟動了“02”科技重大專項予以銜接持續攻關。

過幾年的努力，自主設計、制造和集成的國內首臺100納米投影光刻機樣機研制取得成功，使國內高端光刻機的水平有了重大突破，并為國家02科技重大專項高端光刻機項目的持續實施奠定了良好基礎。

通過“十五”光刻機專項攻關的初步成功和國家“02”科技重大專項多年的實施，SMEE掌握了光刻機多項關鍵技術，成為世界上繼歐洲和日本3家光刻機公司之后的少數掌握高端光刻機的系統設計與系統集成測試技術的公司。

目前，中國光刻機技術與國外相比，差距依然巨大。然而在一些自主技術領域，已經取得相關突破。

華卓精科生產的光刻機雙工件臺，打破了ASML公司在光刻機工件臺上的技術上的壟斷，成為世界上第二家掌握雙工件臺核心技術的公司。

2018年5月，清華大學機械工程系教授朱煜在接受華璋資本調研時表示，其生產的雙工件臺打破ASML在工件臺上的技術壟斷，是世界上第二家掌握雙工件臺核心技術的公司，而且在全球能單獨供應工件臺的也只有華卓精科。

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

光刻機整機與分系統匯聚了光學、精密機械、控制、材料等領域大量的頂尖技術，很多技術需要做到工程極限。盡管我國在相關技術領域已取得突破，但相對光刻機更多關鍵技術來說，仍只是九牛一毛。“路漫漫其修遠兮，吾將上下而求索”，面對技術差距，中國光刻機之路還很長，加大對光刻機的投入，改善研發條件，吸引人才，也成為光刻機發展中不可或缺的一環。

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