上海微电子成立于 2002 年 3 月 7 日,距离如今光刻机绝对霸主 ASML 的诞生之日(1984 年 4 月 1 日)大约 18 年。关于它的诞生,我想从 2001 年 2 月 27 日讲起,这一天中科院院士,北京大学微电子研究院院长王阳元教授在中南海作了关于“微电子科学技术和集成电路产业”的报告,这一次报告深入浅出地分析了微电子与集成电路产业的战略地位、发展规律、趋势,并指出了我国微电子和集成电路产业的战略目标、措施和建议。


时任国务院副总理的李岚清在这次报告中随即给出了一个结论:集成电路是电子产品的“心脏”,是信息产业的基础,必须高度重视。这一结论立刻掀起了一股海内外力量投资中国微电子产业的热潮,作为经济中心的上海自然首当其冲,关于这一点后面会有详述。


国际环境,中国机遇


 

从 20 世纪 80 年代后半期开始,集成电路产业展开了几种新的分工方式,其中 Fabless 和 Foundry 的分工成为了一种盛行的作业方式。这是美、欧、日等发达国家与地区的一些大公司,在保留一些自己最擅长且利润丰厚的产品生产线的基础上,为适应世界最新技术的迅速发展,采取的一种措施,从而保证自身精力转向知识含量更高的 IC 设计和 IP 供应领域。


恰逢冷战期结束,美国和前苏联关系缓和,导致日本的“工业后花园”地位不保,甚至开始被打压和经济制裁,因此韩国和中国台湾乘势崛起,台积电就是在那个时候成立(1987)并发展起来的。


然而,1999 年 9 月,中国台湾大地震,IC 投资者急切地希望减少地域风险,震后不少台湾投资者开始考虑适当分散 IC 产业,而上海成为首选之地。


怎么理解?在政策端,除了国家经贸委推出的 2000 年 18 号文以外,地方政府也出台了一系列优惠政策,尤其是正值从汽车、钢铁、石化工业向集成电路等高科技产业转型的上海,这与笔者第一段描述相呼应。在需求端,“九五”期间,中国大陆的集成电路需求年均增长率高达 35%,而国内产值仅为 20%,进口量达 80%。在人才端,全球集成电路从业人员华人占一半,设计领域占第二。因此经济惠企、巨大的产能落差、技术劳动力资源加上得天独厚的地理位置使上海成为了抓住中国机遇的排头兵。


贺荣明与他的上海微电子情缘

 

  • 临危受命,情系上海微电子


 
信息源:半导体行业观察


为了改变微电子产业长期以来“引进,落后;再引进,再落后”的状态。科技部下决心在“十五”期间将光刻机作为微电子装备首要攻关项目,并在 2002 年,将光刻机列入国家 863 重大科技攻关计划,目标是开发生产具有自主知识产权的、可在生产线上应用的线宽 0.1um、加工硅片直径 12 英寸的光刻机。进度为 2004 年完成样机, 2005 年上生产线。上海微电子在这样的历史使命之下成立,并被推向中国科技革命的最前线。


2017 年,时任上海微电子总经理的贺荣明头发已经有些花白,他在接受解放日报的采访时平静的说“我实在没什么好写的,讲不出你们想要听的精彩故事,我只不过是十几年干了一件事”。“除了出差,每天早上 7 点出门,晚上 10 点回家,周六保证不休息,周日休息不保证,这就是我十几年生活的全部。” 


时间回到 2002 年,现在的上海张江高科技园区张东路 1525 号还是一片农田,在其中一方浅浅的鱼塘旁,上海微电子在此动工建设,开始落地扎根。此时的贺荣明带着几位满怀梦想的“战友”来到张江,承担起制造振兴国家民族的微电子装备产业,开始了艰难的研发之路。

 

  • 卧薪尝胆,攻关中沿途下蛋


 
信息源:上海微电子官网


2002 年,要说光刻机相关产业是一片空白,那也是不准确的。据记载,清华大学精密仪器系在早前研制开发过分步重复自动照相机、图形发生器、光刻机、电子束曝光机工件台等半导体设备;中科学院光电技术研究所在 1980 年研制出首台光刻机;中电科 45 所 1985 年研制我国同类型第一台 g 线 1.5um 分步投影光刻机等。


但要问有哪些是值得 0.1um 机实际借鉴的,还真是需要重新梳理一番,毕竟与当时 ASML 等龙头厂商的研发水平,完全不是在一条水平线上的。这个重大项目无论摆在谁面前,都会觉得无从下手吧,贺荣明当然也是如此。


“没有人才团队,没有技术积累,没有配套的供应链。西方国家对这一技术限制很多。” “2007 年,当光刻机的第一束光曝出来时,我们都热泪盈眶。”贺荣明如是说。


为了使研制过程处于良好的受控状态,贺荣明一边努力学习并借鉴世界上大型复杂工程项目的管理案例,一边将创新视为企业的生命和永恒的“发动机”。经过 18 年的“无薪尝胆”,终于有所突破,至少在国内市占率已经达到 80%。


 
信息源:上海微电子官网


面对这样的成绩,很多人还是会酸“上海微电子算什么光刻机主流厂商,二十年来进步不大,与荷兰 ASML 差距不低于三十年。”甚至还有人说“上海微电子只是设备集成商,而且集成水平也很低。90nm 级的 ArF DUV 干式光刻机基本就是照着 ASML 的原型机用进口零件组装出来的,没有什么商用能力,这些年主要靠生产一些后道封装用的低端机台续命。”


面对这样的质疑,笔者一方面不否认上海微电子作为集成商的无奈与面临的差距挑战,另一方面也要声援一下那些为中国光刻机事业奉献青春,默默无闻(埋头苦干)的科研工作者们,包括每一位上海微电子的员工与产业链上的贡献者。他们的产品线上之所以会出现一些服务后道工序用的所谓低端机和高亮度 LED 光刻机,其实是在公司建立之初就存在的战略计划之中的(具体参阅王海雄先生发表于 2002 年的《上海微电子装备有限公司发展思路研究》一文)。同时,光刻机研发周期那么长,投入又那么大,一家公司为了生存,在适当的时机推出一些阶段型产品也在情理之中。


与 ASML 的差距,只怪上海微电子不成气候?


如今一机难求的 EUV 光刻机是石头缝里蹦出来的吗?这个问题是可笑的。


 
信息源:半导体行业观察


早在 1997 年,ASML 就开启了其研发之旅。如果简单地认为只凭 ASML 一己之力就能有如今的成就,这种想法也是幼稚的。要知道 EUV 方案最早来自于 EUV LLC 这样的一个合作组织,这个组织是由英特尔说服美国克林顿内阁发起的,为的是挑战 193nm 瓶颈。这个组织里面都是当时有美国血缘或者对美国作出一系列允诺的欧洲企业,以及美国国家实验室,比如摩托罗拉、AMD、美光、ASML、英飞凌、劳伦斯利弗莫尔实验室、劳伦斯伯克利实验室和桑迪亚国家实验室等。ASML 作为一家荷兰公司,背靠着飞利浦爸爸,脚踩着当时被美国政府阻挠在外的尼康(日本企业,在当时是受到美国政府打压的,他们舍不得让日本企业分享美国最高精尖的技术),成功地成为后者,即通过许诺对美国的贡献后加入。因此近日被炒得沸沸扬扬的 ASML 受限售卖产品给中国的事件,最本质的原因就在这里。当然,我要强调的重点不是 ASML 加入 EUV LLC 的过程,而是 EUV LLC 这个组织在 1997 年至 2003 年,这六年间发表了几百篇论文,充分验证了 EUV 光刻机的可行性,这就是 ASML 当时站立的高度,只要 EUV 研发成功,很长一段时间内都将毫无竞争对手。


反观上海微电子,除了国内政府的扶持外(列入国家 863 重大科技攻关计划,国家重大科技专项 02 的项目之一),同时还顶着《瓦森纳协定》中对华高科技出口管制的不平等性,成长基石与 ASML 不可同日而语。


 


上面讲的是技术基石,下面再来聊一聊钱的事儿。光刻机市场不算大,但绝对是半导体中“最势利眼”的行业,只要技术稍微落后一点,就会被前行的竞争对手占尽市场份额。因此在落后的前提下,基本谈不上漂亮的资金回流。近日,有消息称,上海微电子十年研发经费只有 6 亿,团队人员也只有几百人,属于人少钱少的状态,信息是否属实,我们暂时无法查证,但无风不起浪,估计上海微电子的资金状态不会太好。


 

聊完钱,我们再来聊一下生态伙伴。就像摆在本土 EDA 面前的难题,最好的设计公司和制造公司都在海外,而 EDA 工具的发展需要伴随最先进工艺和设计的迭代而成长。今天国产光刻机面临的是同样的问题,需要有精密控制、光源、镜头系统等企业的鼎力合作,更需要有愿意当小白鼠的合作伙伴,比如 ASML 当年就有台积电作伴(台积电是 1987 年由台湾工研院和 ASML 的爸爸飞利浦合资成立的,飞利浦占 27.5%股份)。


当然这些不是随便大街上拉几家企业就能做到的,至少国内目前的配合能力还十分有限。


根据知乎上的知情人士透露,国家 02 专项光刻机项目有多个部门参与,分别负责不同的子项。
其中清华大学和北京华卓精科负责双工件台系统,进度比较快,2019 年底刚通过了 02 专项的 CDR 里程碑评审,研发和试产基地也完成了建设,是世界第二个掌握该项技术的(第一个为 ASML 的 Twinscan 技术)。


浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室和浙江启尔机电负责沉浸式光刻机的浸液系统,目前进度还可以,算是全世界第三家(第一 ASML,第二为 Nikon)。


中科院光电研究院负责准分子激光光源系统,由北京科益虹源负责产业转化,据之前的报道,国产 40W 4kHz ArF 光源已经交付(准分子激光光源此前只有两家公司提供,分别为美国 Cymer 公司和日本 Gigaphoton 公司,前者已经被 ASML 全资收购)。


中科院长春光机所(现北京国望光学)和上海光机所负责光学部分,其中长春负责物镜系统,上海负责照明系统,此前 NA 0.75 光刻机曝光光学系统已经通过 02 专项验收,满足 90nm 级 ArF 干式光刻机的需要,但主流的 ArF 浸没式光刻机一般需要 60W 6kHz 等级的光源,似乎情况不容乐观。


综上,光刻机子系统供应链方面有所成长,但距离领先水平还是有一大段距离的。


此外,就产业链合作伙伴而言,大家的第一反应基本都是中芯国际,然而中芯国际目前用来量产 14nm 工艺的却是 ASML 的低端 DUV 光刻机,而非选择与上海微电子共研支持最新工艺的光刻机。不过中芯国际曾允诺适当产能,可为光刻机的研制提供试验的场所。大家都是为了生存,这种选择合情合理。


因此,与 ASML 的差距说到底,不只是一家设备集成商能决定的,上海微电子除了以上这些硬实力不足以外还面临最大的痛点:人才缺失。


认清现实,不吹上天,不贬入地


 

大概是在上个月,从一些自媒体获悉,有人爆料上海微电子明年将交付 28nm 光刻机,标题大概都是“上海微电子宣布,将交付首台 28nm 工艺沉浸式光刻机,超越尼康佳能”,“确认!上海微电子 28nm 光刻机明年交付!”,“上海微电子正式宣布,华为芯片将迎转机,有望打破国外光刻机垄断”云云。


我们不得不承认在中美贸易摩擦不断的大背景下,绝大多数的中国人都希望国家能在半导体领域能尽快有大的突破,以挣脱受制于人的困境,因此这样的消息是振奋人心的,而大部分人并不在该领域从事研发相关的工作,因此也就人云亦云。


除了 28nm 光刻机这个概念性问题以外(28nm 指的是半导体逻辑电路工艺节点,而光刻机的命名都标明光源性质),笔者还是前往上海微电子官网和官微进行了求证,并没有看到类似上述的信息存在,因此这一消息的可信度瞬间降了大半。仔细想来,光刻机产业落后很大程度上是长期策略的问题(贸工技路线),急于求成不得。因此,像光刻机产业节点突破这样的大事还是坐等官宣吧(比如验收完毕、接受预定、进入市场、量产反馈良好等),我们作为连一只脚都不算跨进内行的局外人,在如今中美局势如此紧张的时期也不应过多地涉足或 “曝光”中国制造业的所谓“内幕”,在不经意间成了美派的棋子。


综上:笔者的态度是不吹上天,不贬入地,静候佳音。


写在最后


中美贸易摩擦不会成为中国半导体产业走向衰落的根本原因,国产光刻机亦是。如果非要选择一个限制中国光刻机产业发展的最大影响因素,那一定是“人才”。

 

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