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在芯片制造過程中，光刻機是不可或缺的設備，其作用主要是利用光源和工藝來精確復制預定的電路圖案至硅片上。可以說，光刻機的先進程度直接決定了芯片的制程水平和性能水平。

此前業內一直有消息稱，上海微電子的 28 nm 浸沒式光刻機將在2023年底面世，但上海微電子方面并未對此作出正面回應。

但借此機會，我們可以回顧一下國產光刻機的發展歷程和面臨的挑戰。

起步與停滯

中國的半導體和微電子研究起步于20世紀五六十年代。當時周總理在《1956—1967年科學技術發展遠景規劃》中將半導體技術和其他三項技術列入四項“緊急措施”，開啟了國內的半導體自研之路。

我國在光刻工藝研究方面的起步也并不晚，早在1965年，國內中科院就研制出65型接觸式光刻機，與日本基本同時起步，甚至比韓國、中國臺灣地區都要早10年。

從1965年的65型接觸式光刻機，到1981年中國科學院半導體所研制的JK-1型半自動接近式光刻機；再到1985年中電科45所研制的分步投影式光刻機。截止到二十世紀 80 年代，我國的光刻機技術與全球最先進的技術差距不超過 10 年。

而這個階段，荷蘭的光刻機巨頭 ASML 剛剛成立。

但往后的十余年，我國的光刻機研究陷入了停滯。主要原因是對外開放后，國內可以直接購買發達國家的成品光刻機，買成品的“性價比”，比苦哈哈地自研要高太多。

當國內普遍存在“造不如買”的想法的時候，缺乏市場刺激的本土企業就再也沒有研發動力了。盡管還有一些掩膜和光源之類的研究，但所有光刻機的研究都只停留在實驗室的紙面數據上。

“卡脖子”的半導體技術

落后就要挨打，“造不如買”始終要付出代價。

1996年，歐美聯合簽訂了《瓦森納協議》，協議中宣布禁止中國人進入發達國家的半導體行業，且對中國的半導體技術貿易實行“N-2”原則（N-2指比最新技術低兩個世代）。

這紙協議決定了中國只能進口落后的光刻機設備，在全球半導體范圍內只能停留在代工、測試等最末端的地位。

為了解決光刻機卡脖子問題。2002年我國正式將新型光刻機列入我國“863重大科技攻關計劃”中。同年，上海微電子裝備有限公司在上海張江高科技園區正式成立。

彼時的上海微電子主要研發人員均來自中電科45所等國家隊，目標就是國產開發自主可控、能批量投產的光刻機。

而在上海微電子成立的同一年，ASML聯合臺積電研發的新一代光刻機，已經將芯片制程推進到45nm。此時的上海微電子和ASML的光刻機技術差距，猶如原始人之于鋼鐵俠。

艱難的國產之路

光刻機的研發本身是一件極為復雜的事情，它不僅受限于機器本身的生產技術，還要有對應的產業鏈和合作伙伴。

一臺光刻機的主要部件包括激光光源、物鏡系統、工作臺系統、掩模工作臺系統、掩模傳輸系統、硅傳輸系統和曝光系統等，總共需要十萬多種零部件。這些零部件來自不同國家：美國的光源和光學軟件、德國的鏡頭、日本的光刻膠...

ASML 本身就站在巨人的肩膀上，它的母公司是飛利浦，提供了足夠的資金和人才。此外，ASML 參與了克林頓政府為突破193nm 芯片瓶頸而創立的 EVU LLC 組織，共享了摩托羅拉、AMD、美光等企業的先進半導體技術，最終成功研發出 EVU 光刻機，飛身一躍成為全球光刻機龍頭。

而相比之下，上海微電子的起步除了國家隊背景可以說是什么也沒有，還要頂著《瓦森納協議》的禁運協議。2007年，上海微電子成功研發了365nm光波長的DUV分布式投影光刻機，可用于90nm芯片制程的生產。但這臺DUV光刻機的大部分零件都無法國產，在禁運協議下，這項巨大的突破竟完全無法落地。

所幸，由國家牽頭安排的國產供應鏈也在成長。比如負責光刻機雙工件臺系統的清華大學和北京華卓精科，負責光學部分的中國科學院長春光學精密機械與物理研究所和上海光機所、負責激光光源系統的中科院光電研究院...這些光刻機零部件的供應鏈伙伴近幾年來獲得了多項重大突破，才共同鑄就了上海微電子的 28nm 光刻機計劃。

結語

先進半導體領域沒有百花齊放，只有贏家通吃。

2022年，全球光刻機市場規模約258.4億美元，其中ASML靠著全球獨家的EVU技術營收1562億人民幣，占了市場總額的82.4%，排名第二的佳能10.2% ，尼康7.65%排行第三。

作為全球四家光刻機廠商的最后一位，上海微電子的營收預估在34億—36億元，甚至沒有資格出現在市場份額的統計數據中。

28nm芯片工藝的光刻機是國產光刻機的一大步，也是一小步。道阻且長，無論是技術研發、供應鏈發展還是人才生態的培養，上海微電子和它的光刻機都還有很長的路要追趕。