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今年8月，中國科協在第二十二屆中國科協年會閉幕式上發(fā)布了10個對科學發(fā)展具有導向作用的科學問題和10個對技術和產業(yè)具有關鍵作用的工程難題。

其中包括了3個集成電路相關問題，問題之一就是“如何突破光刻技術難題”。

光刻機是大系統(tǒng)、高精尖技術與工程極限高度融合的結晶，被譽為集成電路產業(yè)鏈“皇冠上的明珠”，目前，盡管我國光刻技術取得了一定的進展，但跟世界發(fā)達國家水平相比，我國光刻技術和產業(yè)的發(fā)展水平仍較落后，差距仍然很大，“受制于人”的困境依然存在。

事實上，我國發(fā)展光刻機的歷史，可以追溯到上個世紀。回顧中國半導體設備的發(fā)展歷史,可以用三個詞來概括，即 “起步早、門類全、發(fā)展曲折”。

其中，起步早指的是我國從上世紀50年代中后期開始研制鍺工藝半導體設備，60年代初中期自行制造我國第一條1Gz鍺半導體三極管單機自動化生產線，60年代中期即研制了35mm圓片、10m線寬水平的硅平面工藝半導體設備。

70年代末至80年代,我國就已研制了電子束曝光機、分步重復光刻機、超純水處理系統(tǒng)等一批高水平的半導體設備。

我國光刻機的歷史，則可以追溯到1966年。

1966年，109廠與上海光學儀器廠協作，研制成功我國第一臺65型接觸式光刻機，由上海無線電專用設備廠進行生產并向全國推廣。

1977年，在江蘇吳縣（今蘇州吳中區(qū)）召開了光刻機技術座談會，四十二個單位67名代表出席了本次會議。會上指出，改進光刻設備、光刻工藝是目前大規(guī)模集成電路會戰(zhàn)和提高電路質量的一個重要方面，為了在半導體器件和集成電路方面盡快趕超世界水平，代表建議組建全國光刻機技術協作攻關組織。

而在當時，未來的光刻機霸主ASML仍未成立。

光刻技術經歷了接觸式光刻機，接近式光刻，分步重復式等倍投影光刻，步進式縮小投影光刻,步進掃描式投影光刻等典型光刻技術過程。

70年代初，美、日等西方國家分別研制出多種型號的接近式光刻機，為了適應我國大規(guī)模集成電路制造技術當前的發(fā)展需要，1978年，中科院半導體所開始研制JK-1型半自動接近式光刻機。

1980年，JK-1型接近式光刻機完成所級鑒定。1981年完成第二階段工藝試驗，并進行模擬4K和16K動態(tài)隨機貯器器件的工藝考核試驗。

同年，上海光學機械廠的研制的JKG—3型光刻機通過鑒定與設計定型，該機型是我國第一代半自動接近式光刻機。

另外,該廠仍研制出JKG一2型大面積光刻機、JKG一IA型、JKG一ZA型、JKG一3A型機等-JKG3型光刻機。

1982年10月，109廠、哈爾濱量具刃具廠、阿城繼電器廠共同研制的“KHA75-1型半自動接近接觸式光刻機”獲第一機械工業(yè)部科技工作一等獎。

由于適應性強、功能齊全、性能良好，KHA75-1型是當時國內比較先進的光刻設備，在某些重要指標（如掩模變形量等）上已達到日本CanonPLA500-F型的水平。

伴隨著技術發(fā)展，我國技術人員也漸漸意識到分步光刻機的重要性。根據八五、九五期間我國微電子技術發(fā)展的要求，迫切要相當數量的分步光刻機，而當時國際上一臺i線分步光刻機的售價是160萬美元，一臺準分子激光DSW光刻機的售價是210萬美元，一套g線DSW光刻機也要120萬美元，如果全部采用進口設備，當時的財力也難以支持。

在此背景下，1978年世界上第一臺DSW光刻機問世不久，機電部第45所即開始跟蹤研究分步式光刻機。

在六五期間，45所進行了BG-101型DSW光刻機的研究工作，并于1985年成功研制出BG-101分步光刻機，在當年年底通過了部級技術鑒定，該機的主要性能指標接近或達到美國GCA公司4800DSW系統(tǒng)的水平。

同樣在1985年，中國科學院上海光學精密機械研究所研制的"掃描式投影光刻機"通過鑒定，為我國大規(guī)模集成電路專用設備填補了一項空白。

事實上，對于光刻機的技術限制，早在我國開始研發(fā)光刻機時就已開始。

由于分步光刻機對IC的發(fā)展乃至微電子技術的發(fā)展有很重要作用，西方發(fā)達國家一方面自己拼命發(fā)展這種設備，另一方面又對我國實行限制和禁運，企圖永遠抑制我國電子工業(yè)的發(fā)展。

除價格昂貴以外，巴統(tǒng)不批準向我國出口先進設備，國外工藝線已用0.5μm的機器的時候，卻只對我國出口1.5μm的機器，整整差了三代。此外，在80年代，巴統(tǒng)規(guī)定對我國出口的DSW光刻機，鏡頭NA必須小于0.17，即只能有2μm以上的分辨率。

巴統(tǒng)即成立于1949年的巴黎統(tǒng)籌委員會，是美國與其北約盟友建立起來的出口管制機構，也是瓦森納協定的前身。

其實在巴統(tǒng)建立初期，中國并不在其管制范圍之內。但后來隨著美國對日態(tài)度和亞洲形態(tài)的重新估量，最終在1952年將中國列入了管制的范疇。列入被限制的有軍事武器裝備、尖端技術產品和稀有物資等三大類共上萬種產品。

盡管面臨巴統(tǒng)的限制，時間走到80年代中后期的時候，由于造不如買的思想開始盛行，"貿工技"風潮一時盛行，在集成電路等產業(yè)也漸漸與國外脫節(jié)。

等到2000年后，國家科技部組織實施“十五”863計劃“100nm分辨率193nmArF準分子激光器步進掃描投影光刻機”重大項目的研制與攻關,計劃在2005年完成試生產樣機,2007年小批量生產。

而在2002年，臺積電已提出了浸入式193nm技術方案。

好在，伴隨著中國半導體技術的日漸發(fā)展，在光刻技術領域，也逐漸開始重視、發(fā)展起來。

2002年國家在上海組建上海微電子裝備有限公司(SMEE)承擔“十五”光刻機攻關項目時，中電科45所將從事分步投影光刻機研發(fā)任務的團隊整體遷至上海參與其中。2008年國家又啟動了“02”科技重大專項予以銜接持續(xù)攻關。

過幾年的努力，自主設計、制造和集成的國內首臺100納米投影光刻機樣機研制取得成功，使國內高端光刻機的水平有了重大突破，并為國家02科技重大專項高端光刻機項目的持續(xù)實施奠定了良好基礎。

通過“十五”光刻機專項攻關的初步成功和國家“02”科技重大專項多年的實施，SMEE掌握了光刻機多項關鍵技術，成為世界上繼歐洲和日本3家光刻機公司之后的少數掌握高端光刻機的系統(tǒng)設計與系統(tǒng)集成測試技術的公司。

目前，中國光刻機技術與國外相比，差距依然巨大。然而在一些自主技術領域，已經取得相關突破。

華卓精科生產的光刻機雙工件臺，打破了ASML公司在光刻機工件臺上的技術上的壟斷，成為世界上第二家掌握雙工件臺核心技術的公司。

2018年5月，清華大學機械工程系教授朱煜在接受華璋資本調研時表示，其生產的雙工件臺打破ASML在工件臺上的技術壟斷，是世界上第二家掌握雙工件臺核心技術的公司，而且在全球能單獨供應工件臺的也只有華卓精科。

在今年年中，上海微電子裝備 (集團)股份有限公司披露，將在 2021-2022 年交付第一臺 28nm 工藝的國產沉浸式光刻機。國產光刻機將從此前的 90nm工藝一舉突破到 28nm 工藝。

光刻機整機與分系統(tǒng)匯聚了光學、精密機械、控制、材料等領域大量的頂尖技術，很多技術需要做到工程極限。

盡管我國在相關技術領域已取得突破，但相對光刻機更多關鍵技術來說，仍只是九牛一毛?！奥仿湫捱h兮，吾將上下而求索”，面對技術差距，中國光刻機之路還很長，加大對光刻機的投入，改善研發(fā)條件，吸引人才，也成為光刻機發(fā)展中不可或缺的一環(huán)。

審核編輯黃昊宇