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起因

前兩天與人在網(wǎng)上聊天，對方拋出一個觀點：中國早在1972年就能造光刻機了，結(jié)果到現(xiàn)在還要進口。

中國1972年就造出了光刻機

我去查了一下出處，結(jié)果是這樣一篇文章《40年前電腦、芯片、光刻機，美國第一，中國第二》，當(dāng)時就把我嚇傻了。

網(wǎng)絡(luò)奇文：40年前美國第一，中國第二……

文章的內(nèi)容很多，基本上也是老生常談，不外乎某某年生產(chǎn)了第一臺某某，與美國差距只有0.01秒等等，歸納起來結(jié)論就是一個，如果不是改革開放，中國早就牛叉了。

幸好經(jīng)歷過那個年代的人還沒有死絕，隨便找?guī)讉€人問問，都是滿臉懵圈：什么，當(dāng)年美國第一，中國第二，你把德日英法意扔哪去了？70年代末國家派了無數(shù)的考察團出國去看，回來都是搖頭嘆氣，尼瑪，人家一家工廠一個月生產(chǎn)的集成電路，抵得上我們?nèi)珖?0多家工廠全年的產(chǎn)量，這還怎么追??！

那個時候你跟他們說：別害怕，美國第一，我們第二，你看看大家會不會像看傻X一樣地看著你？

可就是這種觀點，在今天居然還有人信……

別的不說了，還是說說光刻機的事情吧。

文章里關(guān)于光刻機是這樣一段：

光刻掩摸版的制造

看看看看，1972年，中國就編過《光刻掩膜版的制造》一書，充分證明中國在當(dāng)時是有光刻機的，和日本差不多同時起步，到1980年已經(jīng)接近國際主流水平……

這就應(yīng)了一句話，叫作“開局一張圖，過程全靠編”。

光刻機這事情太火，而技術(shù)又非常復(fù)雜，廣大吃瓜群眾懶得去了解細節(jié)，所以就給騙子留下了充分的空間。要揭穿這個謊言，還得從光刻的原理說起。

光刻原理與工藝

光刻機是個很高大上的東西，但光刻的原理其實簡單得一塌糊涂。且看下圖：

劉多勤.光刻技術(shù)及其戰(zhàn)略選擇[J].電子工業(yè)專用設(shè)備,1993(01):1-8+24.

制作芯片的過程，就是先在硅片上刻出線條，然后在線條里倒進鐵水（……呃，其實是離子注入），這樣就能夠形成一個電路，再封裝就可以用了。

在硅片上刻出線條的過程，大致包括：（1）畫出線路圖；（2）把線路圖制作成掩膜，其實就相當(dāng)于照相的底片；（3）把底片投射到涂了光刻膠的芯片上，就像洗照片一樣；（4）按照光刻膠上的圖案進行刻蝕。

光刻就是上述的第三個階段。

光刻的技術(shù)，簡單說就是兩種：接觸式光刻，投影式光刻。（復(fù)雜的分類方法包括接近式光刻、分步重復(fù)光刻、電子束光刻、X射線光刻、離子束光刻等等。后三種屬于非光學(xué)光刻，和現(xiàn)在我們說的光刻不是一碼事。這個分類其實是亂的，在此不細說。）

所謂接觸式光刻，就是把掩膜（也就是底片）直接放在硅片上，然后用光照射；因為掩膜和硅片直接接觸會造成磨損，所以有時候會把掩膜拿高一點，離開硅片0.1微米，這樣就叫接近式光刻。因為掩膜和硅片有了距離，光線會出現(xiàn)散射，所以接近式光刻的效果會差一些，好處就是能夠保護掩膜。

接觸式光刻的技術(shù)非常簡單，是直接從照相洗印技術(shù)發(fā)展過來的，大約在1960年之前就已經(jīng)得到應(yīng)用了。

所謂投影式光刻，是在掩膜和硅片之間加了一個透鏡。光穿過掩膜，通過透鏡投射到硅片上。這種方法的好處一是避免了掩膜與硅片的接觸，二是可以實現(xiàn)縮印的效果，而后一點才是最重要的。

投影式光刻

接觸式光刻中，掩膜和硅片上的圖形是同樣大小的，所以掩膜的分辨率決定了硅片的分辨率，而掩膜的分辨率很難提高，達到1微米已經(jīng)是極限，這就決定了硅片的分辨率無法進一步提高。

投影式光刻克服了這個問題，1微米分辨率的光線通過透鏡可以縮小到幾十甚至幾納米，這樣就可以在不提高掩膜精度的條件下，提高硅片的分辨率，實現(xiàn)從微米級向納米級的提升。

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這一節(jié)劃兩個關(guān)鍵詞：接觸式光刻，投影式光刻。

國際光刻技術(shù)狀況

美國在20世紀50年代就已經(jīng)擁有了接觸式光刻機，60年代提出了投影式光刻概念，但真正研制成功1:1投影式光刻機是在1973年（美國Perkin-Elmer公司）。由于投影式光刻技術(shù)較復(fù)雜，設(shè)備價格較高，在70年代出現(xiàn)了接近式光刻概念，典型產(chǎn)品有佳能的PLA-520FA，美國Kasper的2001型。（楊亮生,黃提多.國外典型半導(dǎo)體光刻設(shè)備介紹[J].光學(xué)儀器,1980(03):43-50+65.）

1978年美國GCA公司推出“分步重復(fù)精縮投影光刻機”，將投影光刻的比例發(fā)展到1:5或1:10。這臺設(shè)備被命名為4800DSW，此后很長一段時間，我國國內(nèi)都將分步光刻機稱為DSW。

鄔紀澤.美國大規(guī)模集成電路用光學(xué)設(shè)備(出國參觀考察報告)[J].光學(xué)工程,1980(03):12-35鄔紀澤.美國大規(guī)模集成電路用光學(xué)設(shè)備(出國參觀考察報告)[J].光學(xué)工程,1980(03):12-35

分步光刻機的概念提出之后，光學(xué)光刻機的技術(shù)路線就基本上穩(wěn)定下來了，后續(xù)的光刻機基本上都屬于這種類型。差異只在于光源的變化。

關(guān)于光源也可以回顧一下：

60年代的光源主要為普通可見光光源。

80年代開始使用高壓放電汞燈產(chǎn)生436納米（G線）和365納米（I線）光源，為近紫外光源。

90年代之后，開始使用準分子激光器產(chǎn)生248納米（KrF）、193納米（ArF）、157納米（F2）光源，為深紫外光源。

2010年后，開始出現(xiàn)13.3納米的極紫外光源，也就現(xiàn)在說的EUV。

下圖有一個點畫錯了，應(yīng)當(dāng)是157納米的F2光源。

樓祺洪,袁志軍,張海波.光刻技術(shù)的歷史與現(xiàn)狀[J].科學(xué),2017,69(03):32-36.

這一節(jié)注意幾個時間節(jié)點：國外從1978年開始轉(zhuǎn)向分步重復(fù)投影光刻，代際差異主要體現(xiàn)在光源上。

中國的光刻機歷史

這里就要回到開頭了，中國到底什么時候開始擁有光刻機的。

中國利用光刻技術(shù)制造集成電路芯片的時間，大致應(yīng)當(dāng)是在1965年前后。我查到的最早的光刻機是1445所在1974年開始研制，至1977年研制成功的GK-3型半自動光刻機（吳先升.φ75毫米圓片半自動光刻機[J].半導(dǎo)體設(shè)備,1979(04):24-28.），這是一臺接觸式光刻機。

GK-3光刻機（劉仲華.GK—3型半自動光刻機工作原理及性能分析[J].半導(dǎo)體設(shè)備,1978(03)

那么問題來了，在此之前，我們到底有沒有光刻機呢？

事實上，這個問題并不重要……

原因在于，至少到1980年初，中國的光刻工藝依然是接觸式光刻，也就是把掩膜直接貼到硅片上，再用燈光照射。這項工藝中最難的是掩膜的制造，要在底片上刻出1微米分辨率的線條（照相制版國內(nèi)調(diào)查小結(jié)[J].半導(dǎo)體技術(shù),1976(03):1-17. ）。只要這個問題解決了，光照并不是太困難的事情。

所以，在我看到的70年代的文獻中，介紹掩膜制造的反而是更多的，其次就是光刻膠的制造，光刻工藝反而很簡單。典型的文獻有上面引用的《照相制版國內(nèi)調(diào)查小結(jié)》，有條件下載的同學(xué)找來看看，干貨挺多的。

1978年，1445所在GK-3的基礎(chǔ)上開發(fā)了GK-4，把加工圓片直徑從50毫米提高到75毫米，自動化程度有所提高，但同樣是接觸式光刻機。

同期，中科院半導(dǎo)體所開始研制JK-1型半自動接近式光刻機，于1981年研制成功兩臺樣機。（姜文漢,鄔紀澤.JK-1型半自動接近式光刻機研制報告[J].光學(xué)工程,1981(05):3-16.）

看看當(dāng)時的科研工作者是如何說的：

姜文漢,鄔紀澤.JK-1型半自動接近式光刻機研制報告[J].光學(xué)工程,1981(05):3-16.

很明顯，中國當(dāng)時已經(jīng)意識到分步投影光刻技術(shù)的優(yōu)越性，但限于條件，無法實現(xiàn)。考慮到國外在60年代就已經(jīng)有了接觸式光刻機，中國與國外的差距在20年左右。

1979年，機電部45所開展了分步光刻機的研制，對標的是美國的4800DSW。1985年，研制出了樣機，通過電子部技術(shù)鑒定，認為達到4800DSW的水平。如果資料沒有錯誤，這應(yīng)當(dāng)是中國第一臺分步投影式光刻機，采用的是436納米G線光源（周得時.為研制我國自己的分步光刻機(DSW)而拼搏[J].電子工業(yè)專用設(shè)備,1991(03):30-38.）。按照這個時間節(jié)點算，中國在分步光刻機上與國外的差距不超過7年（美國是1978年）。

另據(jù)資料顯示，45所在六五、八五、九五期間分別完成了1.5微米、0.8微米和0.5微米光刻機的研制任務(wù)。

1990年3月，中科院光電所研制的IOE1010G直接分步重復(fù)投影光刻機樣機通過評議，工作分辨率1.25微米，主要技術(shù)指標接受美國GCA8000型的水平，相當(dāng)于國外80年代中期水平。

此后的資料有點亂，一時梳理不清楚。從一些邊角的資料看，國家在2000年前后啟動了193納米ArF光刻機項目。2002年，上海微電子裝備有限公司承擔(dān)了“十五”光刻機攻關(guān)項目，中電科45所把此前從事分步投影光刻機的團隊遷到了上海，參與這個項目。至2016年，上海微電子已經(jīng)量產(chǎn)90納米、110納米和280納米三種光刻機。

國際上已經(jīng)放棄了157納米的光源，除ASML掌握了EUV光源技術(shù)之外，其他各家使用的都是193納米ArF光源，中國在這點上與除ASML之外的“外國”是同步的。

這一節(jié)的總結(jié)：中國的光刻機研制在70年代后期起步，初期型號為接觸式或接近式光刻機，85年完成第一臺分步光刻機，此后技術(shù)一直在推進，各個時間點均有代表性成果，并未出現(xiàn)所謂完全放棄研發(fā)的情況。

謊言與辟謠

說完了整個脈絡(luò)，我們可以回頭看看網(wǎng)上的謊言。中國在1972年就有光刻機，這話或許不假，但這與2017年我們買進一臺EUV光刻機沒有一毛錢的關(guān)系。就像我們說馮如在1909年就造出了一架飛機，但2018年我們還在買空客380，因為它們根本不是同一回事。

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?1978年之前，我們雖然有光刻機，但技術(shù)水平與西方已經(jīng)相差了十幾年。西方在1978年已經(jīng)推出成熟的分步投影光刻機，而我們的半自動接觸式光刻機剛剛研制成功。在今天，我們要進口荷蘭的EUV光刻機，同樣不是因為我們自己沒有光刻機，而是因為我們的光刻機不如別人的先進。

在前面說的那篇文章中，還有一個很大的笑話，就是聲稱清華大學(xué)早在70年代就已經(jīng)制成了分步光刻機，證據(jù)是一張模糊的獎狀。

據(jù)說是研制成功分步光刻機的證據(jù)

在這張獎狀的“合作成果”第二項，寫著“ZFJ-1-2型及ZFJ-1-3型自動分步重復(fù)照相機”的字樣，文章下面介紹說：這就是芯片制造中最核心的光刻機。

有趣的是，在一篇題為《朱煜：精密事業(yè)》的文章中，也有同樣的陳述：

從圓夢的角度看，作為一個清華人，朱煜深深了解歷史上清華大學(xué)與中國光刻機研發(fā)之間的淵源。上世紀70年代，清華大學(xué)精儀系成功研制了“自動分步重復(fù)照相機”，也就是當(dāng)時的步進光刻機。那時，當(dāng)今的半導(dǎo)體巨擘英特爾不過剛剛成立，現(xiàn)在的光刻機巨頭ASML還未創(chuàng)立，那臺“清華出品”讓中國足以自豪。然而，隨著國家放慢了對半導(dǎo)體工業(yè)支持的腳步，從20世紀70年代到21世紀初，在狂飆突進的國際半導(dǎo)體行業(yè)，我國卻被遠遠甩在了后面，清華人真的黯然了。

朱煜的來頭，大得嚇人，以至于我不得不把資料反復(fù)查了N遍，然后確定上述的說法是胡說八道。

清華精儀系研制的“自動分步重復(fù)照相機”，是1971年交付的。而世界上第一臺分步光刻機，是1978年產(chǎn)生的，那么問題來了，清華難道走在美國人前面了？

真實的情況是什么呢？看看原文

研制小組.激光干涉定位自動分部重復(fù)相機[J].清華大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),1973(03):1-20.

ZFJ-1-2型自動分步重復(fù)照相機[J].儀器儀表通訊,1972(06):16.

文章里寫得清清楚楚，ZFJ-1-2型自動分步重復(fù)照相機，是用來制作掩膜的，掩膜制作是光刻的前一個環(huán)節(jié)，與光刻完全不是一碼事。

看看下圖，分步重復(fù)相機是用來制造光學(xué)掩膜母版的，再往下才是光刻環(huán)節(jié)。

鄔紀澤.美國大規(guī)模集成電路用光學(xué)設(shè)備(出國參觀考察報告)[J].光學(xué)工程,1980(03):12-35

出現(xiàn)這種訛誤的一個原因，在于最早的分步重復(fù)光刻機是從分步重復(fù)相機改進而來的。

分步重復(fù)光刻相當(dāng)于把分步重復(fù)相機的輸出由母版直接轉(zhuǎn)到硅片上，原理是一致的，但光源的要求不同、透鏡的要求不同、投射的材料不同，技術(shù)難度相差了豈止一個太平洋？分布重復(fù)相機早在60年代就已經(jīng)有了，但分步光刻機是1978年才問世的，把這兩樣?xùn)|西說成同一回事，是無知，還是硬往臉上貼金？

40年前中國第二嗎？

某些人利用吃瓜群眾對技術(shù)的無知，羅列了一堆型號，就聲稱40年前的電腦和芯片市場上，美國第一，中國第二。

我這里有一張撿來的圖，可以看看：

1958年，中國拉出了第一塊硅單晶，比日本早2年；

1965年，中國造出第一塊集成電路，比日本晚5年；

但是，日本的集成電路產(chǎn)量從100萬到1000萬，花了1年，從1000萬到1億，花了2年。而中國從100萬到1000萬，花了6年，再到1億，花了12年。

日本1970年的集成電路產(chǎn)量是中國的100倍，你告訴我說中國的技術(shù)是世界第二？你世界第二還不趕緊生產(chǎn)賺錢？你世界第二還得等到1976年苦哈哈地想從日本引進人家淘汰的生產(chǎn)線？你吹牛的時候忘了打草稿嗎？

1978年之前，中國堆型號的事情做過很多，幾乎每個領(lǐng)域都有各種緊跟國際前沿的型號。一開始還能夠模仿出來，越追就越吃力。原因無它，技術(shù)的發(fā)展是呈金字塔結(jié)構(gòu)的，一個技術(shù)尖峰的下面，是大量的基礎(chǔ)技術(shù)。而這些基礎(chǔ)技術(shù)需要有產(chǎn)量來支撐。

就比如中國的5G技術(shù)，之所以能夠走在世界前列，是因為我們擁有全球最大的4G網(wǎng)絡(luò)。我們形成了豐富的使用經(jīng)驗，培養(yǎng)了大量的設(shè)備供應(yīng)商，這樣走到5G上才能游刃有余。1978年的中國，這個型號也要搞，那個型號也要搞，每個型號出來只能造三臺五臺。這樣的產(chǎn)量，根本不值得制造專用設(shè)備，于是就搞“苦干加巧干”。前一代這樣出來了，后一代呢？再往后呢？