在芯片制造过程中，光刻机是不可或缺的设备，其作用主要是利用光源和工艺来精确复制预定的电路图案至硅片上。可以说，光刻机的先进程度直接决定了芯片的制程水平和性能水平。

此前业内一直有消息称，上海微电子的 28 nm 浸没式光刻机将在2023年底面世，但上海微电子方面并未对此作出正面回应。

但借此机会，我们可以回顾一下国产光刻机的发展历程和面临的挑战。

起步与停滞

中国的半导体和微电子研究起步于20世纪五六十年代。当时周总理在《1956—1967年科学技术发展远景规划》中将半导体技术和其他三项技术列入四项“紧急措施”，开启了国内的半导体自研之路。

我国在光刻工艺研究方面的起步也并不晚，早在1965年，国内中科院就研制出65型接触式光刻机，与日本基本同时起步，甚至比韩国、中国台湾地区都要早10年。

从1965年的65型接触式光刻机，到1981年中国科学院半导体所研制的JK-1型半自动接近式光刻机；再到1985年中电科45所研制的分步投影式光刻机。截止到二十世纪 80 年代，我国的光刻机技术与全球最先进的技术差距不超过 10 年。

而这个阶段，荷兰的光刻机巨头 ASML 刚刚成立。

但往后的十余年，我国的光刻机研究陷入了停滞。主要原因是对外开放后，国内可以直接购买发达国家的成品光刻机，买成品的“性价比”，比苦哈哈地自研要高太多。

当国内普遍存在“造不如买”的想法的时候，缺乏市场刺激的本土企业就再也没有研发动力了。尽管还有一些掩膜和光源之类的研究，但所有光刻机的研究都只停留在实验室的纸面数据上。

“卡脖子”的半导体技术

落后就要挨打，“造不如买”始终要付出代价。

1996年，欧美联合签订了《瓦森纳协议》，协议中宣布禁止中国人进入发达国家的半导体行业，且对中国的半导体技术贸易实行“N-2”原则（N-2指比最新技术低两个世代）。

这纸协议决定了中国只能进口落后的光刻机设备，在全球半导体范围内只能停留在代工、测试等最末端的地位。

为了解决光刻机卡脖子问题。2002年我国正式将新型光刻机列入我国“863重大科技攻关计划”中。同年，上海微电子装备有限公司在上海张江高科技园区正式成立。

彼时的上海微电子主要研发人员均来自中电科45所等国家队，目标就是国产开发自主可控、能批量投产的光刻机。

而在上海微电子成立的同一年，ASML联合台积电研发的新一代光刻机，已经将芯片制程推进到45nm。此时的上海微电子和ASML的光刻机技术差距，犹如原始人之于钢铁侠。

艰难的国产之路

光刻机的研发本身是一件极为复杂的事情，它不仅受限于机器本身的生产技术，还要有对应的产业链和合作伙伴。

一台光刻机的主要部件包括激光光源、物镜系统、工作台系统、掩模工作台系统、掩模传输系统、硅传输系统和曝光系统等，总共需要十万多种零部件。这些零部件来自不同国家：美国的光源和光学软件、德国的镜头、日本的光刻胶...

ASML 本身就站在巨人的肩膀上，它的母公司是飞利浦，提供了足够的资金和人才。此外，ASML 参与了克林顿政府为突破193nm 芯片瓶颈而创立的 EVU LLC 组织，共享了摩托罗拉、AMD、美光等企业的先进半导体技术，最终成功研发出 EVU 光刻机，飞身一跃成为全球光刻机龙头。

而相比之下，上海微电子的起步除了国家队背景可以说是什么也没有，还要顶着《瓦森纳协议》的禁运协议。2007年，上海微电子成功研发了365nm光波长的DUV分布式投影光刻机，可用于90nm芯片制程的生产。但这台DUV光刻机的大部分零件都无法国产，在禁运协议下，这项巨大的突破竟完全无法落地。

所幸，由国家牵头安排的国产供应链也在成长。比如负责光刻机双工件台系统的清华大学和北京华卓精科，负责光学部分的中国科学院长春光学精密机械与物理研究所和上海光机所、负责激光光源系统的中科院光电研究院...这些光刻机零部件的供应链伙伴近几年来获得了多项重大突破，才共同铸就了上海微电子的 28nm 光刻机计划。

结语

先进半导体领域没有百花齐放，只有赢家通吃。

2022年，全球光刻机市场规模约258.4亿美元，其中ASML靠着全球独家的EVU技术营收1562亿人民币，占了市场总额的82.4%，排名第二的佳能10.2% ，尼康7.65%排行第三。

作为全球四家光刻机厂商的最后一位，上海微电子的营收预估在34亿—36亿元，甚至没有资格出现在市场份额的统计数据中。

28nm芯片工艺的光刻机是国产光刻机的一大步，也是一小步。道阻且长，无论是技术研发、供应链发展还是人才生态的培养，上海微电子和它的光刻机都还有很长的路要追赶。