國產光刻機的悲壯研發路:9年努力,衝破國外技術封鎖

2020-12-18 騰訊網

我國的光刻機技術與國外最先進的相比,差了多少?

有人說,這之間相差了一個太平洋的距離。

這樣說雖然有些誇張,但是卻也是不爭的事實。

國內的光刻機龍頭是上海微電子。

很多人不知道這家公司,但是這家公司卻如同華為與中芯國際一樣,擔負著在自己所在領域突圍的重任。

ASML的euv光刻機已經可以做到3nm製程生產晶片。

但是上海微電子目前量產的還只有90nm的光刻機,雖然也有消息說28nm的機器也已經取得突破了,但是應該還是樣機,到量產還有一段距離的路要走。

這中間隔了65nm,38nm,28nm......5nm,3nm等好幾個世代,五個手指頭都數不過來。

這樣對比看起來,確實上海微電子與ASML的差距不是一般的大,是差了幾個世代,據行業內的專家估計20年的差距是有的。

這麼大的差距是怎麼來的呢?是我們不爭氣嗎?

01

首先,ASML雖然是一家位於荷蘭的公司,但是它的崛起卻是美國扶持的結果。

如果不是美國的扶持,ASML別說要成為光刻機霸主,能否活下去都是一個問題。

那時候,日本尼康才是光刻機行業獨一無二的霸主,美國的一眾光刻機廠商比如SVG、Ultratech被尼康打得落花流水,最後不得不關門。

而那時的ASML只是一家還在溫飽線上掙扎的小工廠,以那時日本製造業的競爭力,如果沒有例外,ASML將來的命運和那些美國光刻機廠商只怕也沒什麼區別。

但是轉機來了。

上世紀90年代末,為了發展下一代光刻機技術EUV,美國幾乎是以舉國之力組建了一個技術聯盟,名叫EUV LLC聯盟。

聯盟中的名字個個如雷貫耳:除了英特爾和牽頭的美國能源部以外,還有摩託羅拉、AMD、IBM,以及能源部下屬三大國家實驗室:勞倫斯利弗莫爾國家實驗室、桑迪亞國家實驗室和勞倫斯伯克利實驗室。

萬事俱備,只欠東風,但是這個聯盟還缺了一家光刻機廠商。

美國本土的光刻機廠商早在日本尼康的競爭下倒閉,最後聯盟將眼光放在了尼康和ASML身上。

而那時正是美國和日本在半導體行業競爭日趨激烈,公開化的時候,尼康被踢出局就絲毫不令人感到意外了。

就這樣ASML被選入局,得到了來自美國的訂單和技術支持。

當然這也是有代價的:ASML要保證產能優先滿足美國本土要求,保證50%以上的零部件從美國採購,接受美國的定期審查等等。

從某個意義上來說,這算得上是賣身條款了。

02

上海微電子在一窮二白的基礎上起步。

2002年,上海微電子(簡稱SMEE)成立,那時候ASML已經成立了將近20年,而日本的尼康和佳能更是成立於上世紀六七十年代。

那時候的光刻機行業格局已經基本定型,ASML壟斷了高端市場,而中低端市場則由ASML,尼康和佳能三家平分。

我國雖然在七十年代也研發過光刻機,一度將與發達國家的技術差距縮小到個位數以內。

但是隨著90年代以聯想為代表的企業提出「貿工技」的理念以來,造不如買的觀念大行其道,處於起步階段國內光刻機研發體系被國外設備廠商衝得七零八落,出現了斷代。

幾乎是一窮二白,沒有人才團隊,沒有技術積累,也沒有配套的供應鏈。

這與美國以舉國之力扶持的ASML相比,起點豈止是差了一點點,簡直就是十萬八千裡。

這也是當時在聽說上海微電子準備造光刻機時,ASML會很輕蔑地說:「給你們中國人圖紙,你們也造不出光刻機。」

即便是這樣,上海微電子還是在成立的第五年,就研發出了在那時候被稱為高端光刻機的90nm光刻機。

這讓中國成為第三個能夠研發90nm光刻機的國家。

那時的ASML在研發的是38nm的光刻機,所以二者相差了只是65nm與45nm兩代。

但是這時,國外的打壓與封鎖來了。

歐美日的聯合封鎖打壓讓國產90nm光刻機成為了擺設

2007年,上海微電子在研發完成了90nm的光刻機樣機後,並且準備量產。

然而我們卻足足用了將近9年時間,才讓它實現量產。

是我們沒能力嗎?不是,而是因為國外對我們的卡脖子。

但是,就在上海微電子的90nm光刻機研發成功的消息傳出來以後,歐美日不約而同地對上海微電子進行了技術封鎖。

光刻機是一臺高端集成的高精度設備,最先進的euv光刻機集成了超過10萬個零部件,可以裝滿40多個貨櫃。

不管是荷蘭還是日本,光刻機都要依賴從國外進口很多關鍵的零部件,比如美國的雷射,德國的鏡頭,法國的閥門,瑞士的軸承。

在這些關鍵零部件被禁止向上海微電子出口之後,上海微電子那臺90nm的光刻機樣機成為了擺設。

不要以為只有上海微電子拿這個沒辦法,假如這發生在荷蘭ASML和日本的尼康佳能身上,它們一樣沒辦法。

03

全國科研單位齊力攻關,8年時間終於讓國產90nm光刻機成功量產。

別人不給賣,那就只能自力更生了。

於是,國內各家科研機構開始齊心協力,努力對關鍵零部件進行攻關。

第一個關鍵零部件,鏡頭曝光系統。擔任這一攻關任務的是長春光機所。

在長春光機所和相關單位的努力下,非球面光學元件投影光刻機曝光光學系統被研製成功。

第二個關鍵零部件,雷射光源。

這一任務難度巨大,因為當時所有的雷射光源廠商都已經被asml收購,只有一家日本公司獨立生產光源。

但即便如此,它也不肯賣給我們。

擔任這一任務的是中科院光電研究院。

在接下光刻機中的Arf準分子雷射光源攻關任務後,中科院光電研究院歷時9年的艱苦努力,終於攻克90nm光刻機雷射光源難題。

另外還有浙江大學攻克光刻機浸液系統,清華大學攻克了配套雙工作檯系統......

齊心協力下,用時9年,國產90nm光刻機終於成功量產。

04

雖然與ASML技術水平相差巨大,但是這卻是第一次有一個國家在不依賴國外技術的前提下,完全憑藉獨立自主生產出了光刻機。

這一點,不僅僅是歐洲做不到,日本做不到,就連世界科技第一強國,美國也沒能做到。

而這一突破帶來的另一好處,就是在國內卻建立了一條獨立自主的零部件供應鏈。

雖然技術上還是有差距,但是這條供應鏈,必定將會在接下來高端光刻機的突圍上繼續建功立業。

最後引用一位偉人曾經說過的一句話,封鎖吧,封鎖個十年八年,中國的什麼問題都解決了。

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