大家好,这里是好奇心爆棚的一心博士。

2018年,大洋彼岸的一则禁令,让国人感受到了一小颗芯片的力量。

光刻机也逐渐成为热词,网上关于光刻机的讨论铺天盖地。

面对今天的困境,人们可能很难想象,中国不仅曾经独立研发出光刻机,把与美国的差距缩短到只有7年,而且还是在国外对我们封锁禁运的情况下完成的。

今天,我们还能做到吗?

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开局

新中国成立之初,百废待兴,全国科研人员加起来不过5万人,难以满足建设需要。

为了摆脱困境,1956年国家成立科学规划小组,集中600多位科学家,开始编制《十二年科学技术发展规划》。

这是新中国成立以来第一个科技规划,提出了57项重大科学技术任务、616个中心问题,规划初步完成时,资料多达600万字。

但是这么多重点,主要应该抓哪些呢?

最终四个国际上发展很快,而我国还处于空白的领域,成为了最重要、最紧急的“四大紧急措施”,其中之一,便是半导体。

1961 年,美国GCA 公司制造出了第一台接触式光刻机。

关于我国最早的光刻机,有一种说法是1966年,中国科学院微电子研究所的前身——109厂与上海光学仪器厂协作,研制成功我国第一台65型接触式光刻机。

新中国对半导体的重视并不算晚,但发展过程却充满艰辛。

一方面是我们本身底子就薄,另一方面是美国主导的“巴统”,对华实行封锁禁运,中国拿不到任何国外的技术资料。

比如清华大学的徐端颐团队,成立之初多达数百人,有技术超群的钳工、搞精密机械加工的师傅,还有搞计算机控制的技术工人,但是没有一个人懂光刻机,徐端颐团队研制新设备,全部图纸都要自己设计,全部零部件都是自己加工制造,一切从零开始,边干边学。

外部的封锁,再加上种种波折,中国光刻机研发落后在所难免。

70年代初,美日等国分别研制出接近式光刻机,而国内却一直停留在接触式光刻机。



1977年,江苏吴县举行了全国性的光刻机座谈会,明确要改进光刻设备,尽快赶超世界先进水平。于是清华大学精密仪器系、中电科45所等先后投入研制更先进的光刻机。



进入80年代后,国产光刻机研发捷报频传。

1980年,清华大学徐端颐团队经过没日没夜的攻关,终于研制出分布式投影光刻机。



1985年,中电科45所研制出的分步式投影光刻机,通过电子部技术鉴定:达到美国GCA在1978年推出的4800DSW光刻机水平。

至此,中美光刻机技术差距不过7年。日后将称霸光刻机领域的阿斯麦,此时才刚刚诞生。

虽然基础薄弱、一切从零开始,但是在无数先辈的日夜努力之下,中国光刻机还是赢得了一个比较好的起点。

真正尴尬的是,虽然有了国产光刻机,但是科研成果不代表批量化生产的能力,产业化一直停滞不前。

1977年7月,人民大会堂举行的科教工作者座谈会上,半导体灵魂人物王守武直言:“全国共有600多家半导体生产工厂,其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。”

2

逆境

改革开放之后,全国兴起了引进外国设备的热潮,半导体产业开始受到猛烈的外部冲击。

1980年,无锡的江南无线电器材厂(724厂)引进日本东芝的电视机集成电路5微米全套产线,这是国内第一次从国外引进集成电路生产线,短短几年,厂里的芯片产量就达到了3000万块,742厂一跃成为我国产能最大的集成电路生产厂。

尽管742厂的技术引进大获成功,但从整体来看,芯片产业出现了重复引进和过于分散的问题。

在扩大对外开放的背景下,“造不如买”的思潮迅速蔓延全国。33家单位不同程度地引进各种集成电路生产设备,累计投资约13亿元。

然而引进的设备大多是落后淘汰的二手货,最终只有少数几条产线建成使用。

而且当年的一份研究报告指出,引进过程中,大量引进硬件,而忽视了技术和管理,同时科研与生产结合不紧密,经费不足也是重要原因。

因此原本构想的“引进、消化、吸收、创新”方针没有得到全面贯彻,而是一而再、再而三地引进。

到1988年,我国的集成电路年产量终于达到1亿块。美国1968年达到这一标准,日本在1970年达到,而中国自1965年生产出第一块集成电路以来,经过23年,才终于达到了这一标准。

所以在80年代,中国半导体不仅大幅落后于美国日本,也逐渐被韩国超过。

面对与发达国家的恐怖差距,横跨十年的908、909工程宣告启动。

但实际效果却与预期相差甚远,芯片行业的发展一日千里,而没有市场、资金和人才的支撑,结果要么引进即落后,要么吃不透引进来的技术,更谈不上自主创新。

3

曙光


时间来到1999年,北约入侵科索沃时,美国通过电子信息战瘫痪了南联盟几乎所有网络系统。

为此有关部门多次紧急召开会议讨论:一旦和美国闹掰,国家信息安全将会面临怎样的威胁?

随后,《鼓励软件产业和集成电路产业发展的若干政策》出台,光刻机被列入“863重大科技攻关计划”。

在政策的大力支持下,芯片行业进入了海归创业和民企崛起的时代,国产光刻机事业再次艰难起步。

此时,国际上光刻光源已经被困在193nm长达20年,最终台积电在2002年提出了浸入式光刻方案,阿斯麦也凭此击败尼康,成为新一代光刻机霸主。

而此时国内刚刚启动193nm光刻机项目,落后国际水平20多年。

经过5年的艰苦追赶,终于在2007年,上海微电子宣布研制出90nm光刻机。但是由于元器件大部分来自国外,西方立刻实行了禁运,导致无法量产。

2008年,“02专项”启动,继续攻关,主攻高端光刻机技术,同时鉴于之前的教训,“02专项”的重点,还有提升材料和工艺等产业配套能力。

2016 年,上海微电子90nm光刻机实现量产,华卓精科成功研制出两套双工作台样机,成为继阿斯麦之后,世界上第二家掌握这项技术的企业。

至此,国产光刻机虽然还没有完全走出困境,但是经过20多年的艰难追赶,中国的光刻机乃至整个芯片产业,在吸取了之前的发展教训后,总算逐渐开花结果。

就在形势一片向好时,美国开始了对中国芯片产业的围堵,十几年前的担忧最终成为了现实。

回顾中国光刻机过去60年间的发展,前20年,在科研人员夜以继日的攻关下,中美光刻机差距被缩短到了7年,中间十几年,因为种种原因,国内外的光刻机差距越拉越大,直到2000年后,面对断供的威胁,以及与国外的恐怖差距,国产光刻机再次开始奋力追赶。

如今中国的芯片产业链与国外虽然仍有差距,但与之前不同的是,国家政策持续发力,资金支持到位,工程师队伍不断壮大,产业链的各个环节也已今非昔比。

中国芯片产业链,已经拥有了走向成功的众多因素。

好了,本期内容就到这里了,有什么感兴趣的话题欢迎留言,我们下期见。

参考文献:

1.中国曾经的光刻机研发与徐端颐,章正远

2.国产光刻机五十年:星星之火,可以燎原?陈辰

3.中国芯酸往事:熬过多少苦难,才能实现追赶和超越?戴老板

4.中国科学院109厂阶段(1958-1986年)之二,中国科学院微电子研究所

5.【中国科学报】为祖国绘制科技蓝图——中国科学院学部成立60周年特别报道之一,丁佳

6.GK—3型半自动光刻机工作原理及性能分析,刘仲华

7.光刻机座谈会在江苏吴县召开,半导体设备

8.我国自行设计制造的 KG-3 型半自动光刻机在沪通过鉴定,徐鑫培

9.光刻技术六十年,陈宝钦