布局光刻机到底需要补齐哪些短板？

在“芯片荒”和“技术封锁”的双重引爆后，芯片产业是否“自主、安全、可控”成为广泛关注的话题之一。在这样的背景下，华为哈勃投资易科宏远的操作，被认为是在光刻机布局上的一个进步；而SMEE(上海微电子设备)的进展以及整个光刻机领域存在的不足也成为关注的焦点。

“半导体皇冠上的明珠”

如今，“光刻机”作为关键词出现时，往往会附带各种前缀，比如“半导体行业皇冠上的明珠”、“中国芯片脖子上的钥匙”。这些修改者都显示了mask aligner在芯片领域的崇高地位，而且因为头部效应，带头打压后来者的大佬们可以说是铺天盖地。Mask Aligner最初的“Mask Aligner”，直译为掩模对准曝光机，在半导体生产中占据着毋庸置疑的核心地位。据统计，在整个芯片制造过程中，光刻部分占成本的35%以上。

有人用“照片印刷”来比喻它的工作原理——让光束穿过掩模和光学透镜，用光刻胶将预先设计好的电路图曝光在硅片上；它与光刻胶反应完成印刷，然后通过沉积、刻蚀等工艺，构建芯片的布线。

刀的运行精度越高，在单位面积的芯片上就能完成越精确的布线，从而实现更高的效率和更低的能耗。当然，并不是所有的芯片标准都尽可能精确。毕竟除了轻小高效，还有可靠性等其他指标。但是，在消费电子“最容易实现”的领域，这才是正确的方向。比如被誉为“华为绝唱”的麒麟1020(后更名为麒麟9000)，采用5nm工艺，每平方毫米晶体管数量高达1.713亿，这也是Mate 40受追捧的原因之一。

SMEE董事长何曾打了个比方:(精度要求)相当于两架飞机同时起飞。飞行中，一架飞机伸出一把刀，另一架飞机上米粒大小范围内的刻字，断不了。

来自老板的障碍

做一个高精度的光刻机，数学、光学、材料、流体力学、机械自动化等领域的标准都很高，“资本”很高——这是典型的木桶问题。只要一块木板不够长，整个木桶就会装满水。目前在光刻机领域唯一真正的领导者是荷兰的ASML，它占据了全球90%的高端市场，是绝对的霸主。日本的尼康和佳能虽然排名紧随其后，但是市场份额已经拉开了很大的差距。而国内以光刻机为主的上海微电子设备(SMEE)在产品定位上还是低端。

从尼康和佳能这两个品牌不难看出光学沉积的重要性——对于大多数电子产品的消费者来说，这两个品牌比较知名的产品是相机。事实上，EUV专利数量排名第一的卡尔·蔡司也因其品牌而闻名于世。也是ASML的投资目标和长期战略合作伙伴。

这样一来，ASML依靠最新的核心技术垄断了产品序列树中的最高位置，专利和市场形成多重壁垒，大大增加了竞争对手追赶的难度。

据说ASML公司曾经有过一个大胆的声明:即使我们EUV光刻机的图纸马上公之于世，你在大多数国家也做不出来。这并不是说ASML已经飘了。它的高端EUV光刻机真的不是单个国家的基金会能支撑的——它的内部零件起飞在10万的量级，来自数千家不同的供应商，包括德国、美国和日本，其中大部分代表了各个领域的最高技术水平。当然，组装和校准不是一般的工作。ASML年收入的15%用于该领域的研发。目前最先进的EUV光刻机安装调试只需要一年多的时间。

基于以上原因，说ASML的光刻机是“整个西方世界几十年科学技术的积累和结晶”，一点也不为过。很多环节不仅需要金钱和时间，而且不能快速完成。换句话说，即使是ASML，一旦遭遇制裁禁运，也将直接面临无法生产光刻机的局面。

不，你不能没有它。

这就是中国光刻机面临的最大悖论——如果完全遵循市场规律，另起炉灶，绕过现有专利重新研发光刻机，未必是最划算的选择。我们也没有一口吞下所有利润的野心。大家各有所长，各司其职，一起赚钱不甜？但是，在某些国家，它不让我！

就生意而言，“造不如买，买不如租”的策略，简称买办，不能简单用对错来判断。比较合适的评价是没有远见，只有短期，缺乏对潜在风险的认识。一旦对方做出市场规则之外的“场外举动”会怎么样？TSMC已经充分展示了华为切断供应和ASML在出口光刻机上的频繁伎俩。事实上，类似的打击不仅限于中国。1997年，美国政府牵头成立了HI联盟。除了能源部和三大实验室，英特尔、摩托罗拉、IBM、AMD等大公司都在列。还记得这个联盟吗，正是它在无法承受研发无底洞的时候吸收了ASML。英特尔、TSMC、三星也直接投资进去输血，相当于形成了一个利益共同体。

当时同属于西方阵营，拥有日本技术积累的尼康和佳能，都被EUV LLC拒之门外，这或许并不是80年代美掩光刻机半导体大战和半导体协议的后遗症。此后，即使英特尔出于防止ASML独霸的目的，下令提高尼康，两家日本公司的光刻机仍然逃脱不了被远远甩在后面的命运。

由此可见，商业领域中“自力更生”的真正含义，并不是纯粹的理想主义“不食人间烟火”，而是极其现实的“不怕用最大的恶意去猜测你的对手”。在其他领域，反复上演的套路，已经可以称之为车辆的装载——封锁用来压制技术，榨取产品的最高附加值；将知识产权无限化、政治正确化，以掩盖其客观上阻碍全人类发展的副作用；一个国家一旦突破了技术难关，就会立即解除技术封锁，降低标准品的价格，从而进行最后的支付，同时试图碾压新的竞品。

总结一下，套路无非两句话——你有我没有，跟着自由市场走；我有你，但是对不起，高价和禁运来了。

中国光刻机的现状

现在我们回到国内光刻机的现状:布局做好了吗？是的，从2006年的“02专项”就开始了。你现在赶上了吗？可惜还没有，而且差距还不小。如前所述，光刻机是众多科技领域成果的结晶，我国在很多领域还处于研究阶段，离商用渠道还有很长的路要走。如果外部环境允许，很可能会猥琐的发展一段时间。现在，我不得不加快早产的速度，这在某种意义上也是被迫的结果——“你离不开它，你离不开它”。

如前所述，上海微电子装备的主要方向是光刻机整机制造。目前行业龙头SMEE光刻机已用于7nm工艺试产，而SMEE最好的量产产品是SSA600/20光刻机，加工90nm芯片。技术差距至少是一代人(15年)。

光学系统方面，郭克精密最初是由中科院长春光机所组建的。2002年，研制出中国第一台EUV光刻原理装置。2017年，“极紫外光刻关键技术”项目通过验收。2019年，中科院转而与北京市政府合作，长光所和山光所分别成立了一家拥有知识产权的新公司——北京郭旺光学。NA0.75光刻机曝光光学系统已经通过验收，满足90nm ARF干式光刻机的需求，而NA1.35正在路上。

最近与华为结盟的易科宏远，与中科院微电子所一起成立，负责为SMEE提供光源系统。40W光源样机之前已经交付，是全球第三家拥有193nm A-F准分子激光技术并实现商业化的公司。但是主流的浸没式光刻机通常需要60W的光源，所以仍然有障碍需要克服。

EUV光刻机有两个功能和结构相同的工作台，它们轮流交换位置，以提高曝光效率。相关的双工作台系统在2014年由清华大学团队移交，随后基于该技术成立华卓精科，在光刻机中推出商用双工作台产品。2019年4月，该项目通过验收，成为专项02中光刻机项目下第一个完成的子项目。因此，中国成为世界上第二个掌握这项技术的国家。

依托浙大RD团队，麒儿机电推出了可用于最高11nm工艺的光刻机液浸系统，RD和试产基地已经建成。另外，哈工大负责的DPP-EUV光源接近12W的水平。本项目用于支持长光所的极紫外光刻验证机。蚀刻机、光刻胶等分项都有各自负责的攻关方，有的已经取得突破。在上述名单中，出现了国内一些著名的理工科大学；另一方面，一些学校是美国各种“限制名单”的常客。这个细节也显示了掩模对准器中封锁和突破之间的对立。

要加快任何技术的发展，产研结合是极其有效的刺激手段。虽然美国发动贸易战的目标不在这里，但客观上促进了资本加速流向国内芯片产业链。华为一直在雇人支持SMIC。去年SMIC做了SMIC北京，一年扩张28nm两次，这也是一个相当明确的信号。

写在最后:

综上所述，半导体领域的冲突迟早要有一场战争是必然的，我国因为技术上不占优势，没有选择打还是不打的权利。在战略层面是光刻机的主攻方向，劣势在于专利壁垒和技术封锁。目前每个子项目都刚刚解决了“从无到有”的问题，差距还是要补上的。不算太坏的消息是，布局早就布局好了，我们并没有措手不及。另外，不挂外国技术不等于主动排斥外国技术，重复别人走过的路还是有可能获得一些利益的。第三，我们背靠全球设备支出最高的市场。

至于在工装上还是荷兰公司的ASML，其家族的CEO彼得·维尼克(Peter Wienicke)曾在5月份两次表达了“我还是希望靠卖东西赚钱”的意思——在5月初的白宫半导体CEO峰会后，此人表示，如果禁止中国购买光刻机，“他们会在15年内制造一切”(真是太巧了，国内普遍认为SMEE和ASML的技术差距正好是15年)；到5月底，这段时间快进到了三年...

当然，ASML的首席执行官可能会说这话来麻痹甚至扼杀，甚至不排除这只是在向白宫出售“我们牺牲了大订单”的指责信号。但是，换成我们自己的立场，客观情况不会发生根本改变:进口通道已经被切断，除了加快追赶，没有第二条路可走。