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国产光刻机往事:难真的是难…

  香港直播最快开奖记录国人普遍对光刻机唉声叹气之时,全球光刻机龙头ASML首席执行官彼得温宁克却曾表示:

  “如果不将光刻机卖给中国,五年之内,他们必将掌握所有的EUV光刻技术,十五年之后,ASML公司或将失去行业话语权!”

  1956年,周恩来总理收到了一份六百万字的草案,在这份《十二年科学技术发展远景规划》中,中科院的学部委员们提出了57项重点发展任务。

  看着厚厚的资料,周总理向专家们请教:“这么多重点,国务院应该主要抓哪些?”

  最终,57项任务被凝结为四大紧急措施:计算技术、无线电电子学、自动学和远距离操纵技术,以及半导体技术。

  新中国对半导体的重视的确不算晚。两年后,美国德州仪器的基尔比、仙童半导体的诺伊斯,才几乎同时做出人类史上的第一块集成电路,打开了潘多拉魔盒。

  作为集成电路(芯片)制造的必备设备,光刻机从此走上历史舞台,走进发展快车道。中国光刻机的发展,也从此时开始。

  1961年,美国GCA公司制造出了第一台接触式光刻机。而一个广为流传的说法是,1966年,中科院下属109厂就与上海光学仪器厂协作,研制成功了我国第一台65型接触式光刻机。

  早期的光刻机复杂程度和照相机差不多,技术难度不高,所以大家的差距也没那么大。

  半导体市场的快速发展,推动着光刻机的需求和生长。日本的佳能、尼康,美国的GCA公司,以及接受军方投资的Perkin Elmer公司,都开始进入这一领域,中国虽然相对落后,但在相当长时间内,也算是亦步亦趋地紧跟产业步伐。

  即便在动荡年代,中国也依然在向光刻机产业发起冲锋,虽然这个过程充满艰辛。

  1971年,在江西鄱阳湖畔学习水稻种植的徐端颐,突然接到一个来自北京的电话,原本就是清华大学精密仪器系教师的他,要回京负责新一代光刻机的研发。

  清华大学为徐端颐配备了数百人的团队,有技术超群的钳工,有搞精密机械加工的,还有从其他单位调来的搞计算机控制的老师和技术工人。群贤毕至,却没有一个人搞过光刻机。

  新中国刚成立没多久,美国、英国、日本等17个国家,搞了个国际巴黎统筹委员会(简称巴统),旨在限制成员国向社会主义国家出口战略物资和高技术,列入禁运清单的有军事武器装备、尖端技术产品,中国也在封禁之列。

  随着半导体的蓬勃发展,光刻机也被巴统列为尖端产品,对华实行禁运。而国内很少有从事光刻机的专业人才,只能从相关学科中调兵遣将。

  1973年,美国PerkinElmer公司推出首台扫描投影光刻机,这种光刻机精度高,又改变了把光掩模压在光刻胶上的技术路线%。但国内仍停留在接触式光刻机时代。

  1977年,在江苏吴县(今苏州吴中区),专门开了一场光刻机技术座谈会,与会的67名代表指出:光刻设备和工艺极为重要,要提高光刻机技术,让中国半导体设备赶超世界先进水平。

  没有资料,只能靠自己摸索,徐端颐和团队成员边干边学,没日没夜地加班攻关,终于在1980年造出了国内第一台投影光刻机。

  1985年,中科院45所在光刻机领域取得了重大进展,研制出分步投影式光刻机,被认定达到了1978年美国GCA公司推出的光刻机水准。当时,日后的光刻机巨头ASML公司才刚刚诞生。

  国产光刻机有一个好的起点,但尴尬的是,因为当时国内半导体产业整体太薄弱。国产光刻机虽然研发出来,却没有很好的下游应用市场,无法真正走上市场和商业化的道路,只能停留在实验室研究阶段。

  “全国共有600多家半导体生产工厂,一年生产的集成电路总量,只等于日本一家大型工厂月产量的十分之一。”

  在20世纪60年代后期,中国一度采用群众运动的方式搞半导体。当时,报纸上甚至出现了如此报道:街道老太太在弄堂里架一台扩散炉,也能做出半导体。

  蛮干硬上,产业发展违背科学规律,国内的芯片产业基本处于分散的手工式生产。在同一个时期,日本则依靠“产、官、学”相互协作体系,成为全球半导体市场的有力竞争者,其光刻机技术也取得长足的进步。

  1984年,尼康推出量产型自动化步进式光刻机,凭借良好的性能,一如太平洋战争初期那般,印刻着“Made in Japan”的光刻机,把美国厂商打得节节败退。尼康甚至从美国厂商GCA手里夺下了IBM、英特尔、AMD等一系列大客户。

  一消一涨之间,中国与世界先进水平的差距,被拉得更大了。这种差距感染了规划工作者,中国半导体行业由此开始了急进式的追赶之路。

  从1986年到1995年,国家部委先后组织了半导体领域的“三大战役”:531战略、908工程、909工程。规划工作者希望通过市场化和运动式的集中攻关并行,换取半导体技术的进步和产业跨越的发展。

  改革开放,让美、日光刻机厂商紧盯着中国市场,再加上国产光刻机性能本就落后,国内好不容易起来的半导体企业和光刻机市场需求,却成了送给外资的礼物。

  为迅速抢占中国光刻机市场,国际厂商除了常规竞争,可谓是千方百计。一些企业甚至还推出特别福利:买光刻机,送出国游。

  国门刚开,中国的厂长经理们总想出去看一看、玩一玩,顺便学些先进经验回来。再加上对方的产品的确优秀,所以国内企业普遍就选择了国外光刻机。

  本身就落后,且没有什么市场的国产光刻机,此时处境更加尴尬。产品卖不出去,从市场上找不到钱的同时,连生存也被釜底抽薪:

  在20世纪80年代初,我国实行“拨改贷”的政策,将政府对国有企业的财政拨款,改为企业向银行贷款,导致国家对电子工业投入的减少。

  既赢不了市场,也没了国家经费支持,国产光刻机因此站到悬崖边,许多光刻机项目纷纷下马。

  芯片产业日新月异,光刻机亦是如此。当步伐停下后,曾经尚可奋力一争的国产光刻机,与国际同行的差距因此被迅速拉大,甚至几乎处于停滞状态。

  曾经编写过《光刻掩模版的制造》武汉无线电元件三厂,一度还卖起了副食品。徐端颐团队也退出了光刻机的研究,转向光盘技术领域,还拿到了国家发明二等奖。

  2002年,荷兰南部的边境小镇费尔德霍芬,来了一批西装革履的中国人,他们身上背着一项沉重的使命——研发刚被列入“863重大科技攻关计划”的新型光刻机。

  带队的人,名叫贺荣明,他掌舵的上海微电子公司,由科技部和上海市政府牵头成立,承担着攻坚光刻机技术的重任。

  1999年,北约入侵科索沃时,美国的电子信息战瘫痪了南联盟几乎所有网络通讯系统,让人们看到了一场信息战的威力。科技部多次召开紧急会议讨论:一旦和美国闹掰,国家信息安全将面临怎样的威胁?

  在缺芯少魂的担忧下,中国喊出了“砸锅卖铁也要研制芯片”的口号。在政策的鼓励下,中国半导体产业出现了海归创业和自主发展的热潮,国产光刻机再度觉醒。

  贺荣明考察ASML的那一年,国际上的光刻机技术迎来重大突破。台机电联合ASML成功研发出的新一代光刻机,将芯片制程推进到45nm。ASML凭此脱颖而出,在日后击败尼康,成为新一代光刻机霸主。

  贺荣明的目标很明确,想和光刻机巨头ASML公司合作,最不济也能学到点东西,但对方压根没把这群来自中国的客人放在眼里。

  ASML公司一位德国工程师直接将光刻机的图纸拿给他们看,并撂下一句狠话:“就算给你们全套图纸,你们也做不出来光刻机”。

  贺荣明很是生气,但外国专家的话不无道理,光刻机制造难度太高了,对精度、速度要求已高到难以想象——相当于两架大飞机从起飞到降落,始终齐头并进,一架飞机上伸出一把刀,在另一架飞机的米粒上刻字,不可以出差错。

  在瓦森纳协议下,西方国家对中国半导体技术及光刻机等设备出口,一般都遵循“N-2”的原则审批,即比最先进技术落后两代。如果再在审批过程中适当拖延一下,中国能拿到的,只怕落后三代不止。

  在中国必须掌握集成电路的主动权的战略重视下,国产光刻机还是艰难地重新起步——曾经研发出投影光刻机的45所,被调至上海微电子,他们的任务是100nm以下光刻机的研究。

  2007年,上海微电子宣布研制出90nm工艺的分布式投影光刻机。由于这台机器大部分元器件是国外的,西方国家立即实行了禁运。辛苦研制的光刻机,迟迟无法量产又成为了摆设。

  2008年,国家又成立“极大规模集成电路制造装备与成套工艺专项”(02专项)。吸取了前车之鉴后,除了强攻整机制造,还扶持了一批配套产业链企业。

  比如,中科院微电子所与科益虹源合作研究光源系统、清华大学与华卓精科的开发双工作台系统、浙江大学与启尔机电共同研制浸没系统等。

  持续的攻关下,光刻机产业开始取得突破。2016年,上海微电子终于实现了90nm光刻机的量产。

  同年,清华大学团队和华卓精科成功研发出光刻机双工作台系统样机,成为继ASML之后第二个掌握光刻机双工作台系统的企业。

  2019年5月,美国突然宣布对华为制裁,并且很快将制裁范围从芯片扩展到更多领域,其中最重要的一个就是,限制国际领先光刻机对华销售。

  2019年6月3日,一架波音C-32A飞机降落在荷兰首都阿姆斯特丹,专机里坐着的是时任美国国务卿蓬佩奥,美国政坛二号人物。

  他此行目的之一,是要阻止一桩中荷企业间的交易:一年前,中芯国际花费1.5亿美元,向荷兰ASML公司购买了一台EUV光刻机。

  小于5纳米的芯片晶圆,只能用EUV光刻机生产。有了这台光刻机,中芯国际将有望在芯片制程上继续追赶,缩短差距。

  向来崇尚市场经济、自由贸易的美国政府,此次索性自打自脸,向荷兰施压,并获得了成功,包括中芯国际在内的中国芯片制造企业,也因此被卡住了脖子。

  2021年11月9日,第三届进出口博览会上,全球光刻机龙头ASML副总裁、中国区总裁沈波对媒体表示:公司对向中国出口光刻机持开放态度。

  这下可捅了马蜂窝。因为美国正竭力要求其对华禁售产品,并且步步紧逼,不但要禁售先进制程的EUV光刻机,还要禁售成熟制程的DUV光刻机。

  美国在继续施压,但已经禁了EUV的ASML,显然不愿意再禁DUV,其CEO彼得温宁克就表示,“中国是非常重要的全球市场供应方,世界‘不能忽视这种现实’。”

  话说得很委婉,但意思很明确,“一旦向中国断供光刻机,全球的半导体市场都会有影响。”

  与之对应,2022年第一季度,ASML共交付62台光刻机,其中有21台DUV都是销往了中国大陆。

  ASML倾向于支持中国的态度,并非完全来自国际友谊,也更包括其自身的巨大利益。因为今天的中国,是任何一个全球化企业不堪承受失去之痛的市场。

  2021年,我国集成电路产量3594亿块,出口的集成电路为3107亿块,同比增长了19.6%。谷歌前CEO施密特甚至称,到了2025年,中国大陆或将成为全球最大芯片产地。

  ASML因此担心:“如果不将光刻机卖给中国,五年之内,我们必将掌握所有的EUV光刻技术,十五年之后,ASML公司或将失去行业话语权!”

  但归根到底,核心技术还是得掌握在自己手上。就在美国持续加码打压的同时,中国光刻机也迎来了史无前例的再次奋起追赶。

  2019年10月,国家大基金二期注册成立,注册资本2041.5亿,其投资方向之一就是光刻机等核心设备及关键零部件。

  2020年8月4日,国务院印发了《新时期促进集成电路产业和软件产业高质量发展若干政策》,对进口掩模版等制造光刻机所需要的原材料,实施免征关税。

  2021年2月,全国集成电路标准化技术委员会成立,包括华为、小米、中芯国际、上海微电子、北大、清华等90家单位,基本涵盖了我国集成电路产业链主要的企业、科研院所、高校。大家抱团取暖,进一步促进产业上下游对接。

  国产光刻机产业也迎来突破。上海微电子披露:有望在2022年交付第一台28nm工艺国产光刻机。尽管这和7nm、5nm仍隔着数代距离,但是差距已经大大缩小。

  回想新中国成立之初,一没资金、二没产业基础,三没人才储备,国产光刻机愣是做到了紧跟世界先进水平。

  当下,国家政策持续发力,相关企业也在奋力突围。更为关键的是,产业环境也今非昔比,国内光刻机的科研基础、资金实力、产业上下游,都已达到世界级。集中力量实现再次成功突破,已经到达了临界点。

  在光刻机之前,中国被卡脖子的行业其实有很多,比如面板产业,一度这是日韩企业的天下。没有技术,处于产业链下游的中国厂商不得不耗巨资采购。

  在以京东方为代表的面板企业努力下,现在,她被封“鬼后”至今无人敢娶却是古天乐、刘德华最亲近,中国已成为全球最大的面板产地。数据显示,2022上半年中国大陆面板厂商以8400万片出货量以及67%市场占有率,雄冠全球。

  参照面板行业,乃至于更多中国产业突围的历史,ASML“或将失去行业话语权”的担心,不是没有可能。