中國光刻機十年 - 工程師

http://tech.gmw.cn/2014-01/04/content_10016750.htm

原標題“以光為刃，鐫刻中國產業的“光刻指紋”

　　— 我國光刻機十年創新的啟示（上）

　　本報記者 陳 磊 賈 婧

　　創新驅動發展

　　賀榮明清楚地記得，11年前，當大部分專家、領導問他，中國自主研發光刻機有決
心嗎？“有！”當時的回答并無一絲猶豫。“如今回想此事真有些后怕，那時候勇氣勝
過理智。”

　　下決心創新，有時靠的是一種氣魄，而完成創新的過程則需要更多的冷靜和執著。


　　光陰荏苒，刻鑄創新。在光刻機領域，中國幾乎從零出發，經過十年砥礪，到現在
已成為世界上少數掌握高端光刻機系統設計與系統集成測試技術的國家，并成功切入IC
先進封裝、新型顯示等新技術產業領域。那么，在創新實踐中，政府和企業究竟應該扮
演怎樣的角色？光刻機重大專項實施帶給我們什么啟示？

　　艱難決策：干還是不干，怎么干？

　　時光回溯到11年前，上海舉行的“十五”863計劃科技部重大專項討論會現場，來自
全國各科研院所的專家正為一個項目爭論不休：技術方案有七八種之多，難度要跨好幾
個臺階，投入以億元計算，風險之大難以評估……

　　這個讓大家勞神的項目就是光刻機。其實，在此之前，爭論的焦點是干不干？！

　　每顆芯片誕生之初，都要經過光刻技術的鍛造。光刻機就像個以光為刃的鑄劍高手
，將硅片從一粒頑石變為智慧之腦，一閃之間，母版上復雜的電路設計圖形即轉化為硅
片上細微繁密的溝壑紋理。誰掌握了這種利刃，就擁有了集成電路產業發展水平的技術
掌控權。各發達國家政府一直對相關戰略產業持續投入，爭取戰略競爭優勢，在此領域
，荷蘭、美國、日本早已虎踞龍盤。

　　早在1996年，我國意識到集成電路的重要性，部署了908工程、909工程，但對于光
刻機，卻一直未敢觸碰，就如一張白紙，從何落筆？隨著國內集成電路產業的發展，科
技部決定將此設立為“十五”科技重大專項。

　　科技部副部長曹健林清楚地記得，“當時上海市加上科技部的投入，如果拿到國際
上，也許僅僅夠建一個超凈間”。

　　除了投入捉襟見肘，關鍵是我國從未有光刻機的實踐生產經驗。如何研究制定切實
可行的技術路線圖？經過專家論證，國家從多條技術方案中選擇了193納米激光投影式光
刻機，10年后的結果證明，選擇這條相對成熟的技術路線是正確的。

　　“對未來有帶動性的戰略產業，政府一定要有決心、耐心和恒心，不能急于求成。
決策不僅僅限于專家層面的技術論證，更是一種戰略判斷和眼光，需要拍板的勇氣，成
敗皆有可能。”上海市科委主任壽子琪說，政府需要考察的是有沒有一個好的領頭人帶
領創新團隊真心干事業，能不能圍繞核心技術形成產業技術體系。

　　項目落戶上海后，讓誰牽頭？這又是個尖銳的問題。國家02科技重大專項技術總師
葉甜春是當時參與這場論證的專家之一，也全程參與和見證了光刻機攻關歷程。他回憶
說：“科技部的思路很明確，研發和產業化結合！一定要探索企業化的運作模式。”

　　此前，尚無先例。我國雖也有科研院所承擔過相關項目，但僅止于實驗室的理論和
技術，并未面向工業化大生產需求；之前部署都是單點研發，各單位自成體系，缺乏系
統網絡的構建。因缺乏應用市場的錘煉，最終都不了了之。現在再搞光刻機，一定要以
企業為主體構建產業鏈和創新鏈。

　　2002年3月，上海微電子裝備有限公司（以下簡稱“上微”）成立，賀榮明任總經理
。該公司作為一個綜合集成平臺承接項目，把產學研用資源匯聚起來。國家863計劃中，
光刻機成為首個以企業為主導開展研究的項目。

　　2009年，光刻機是國家設立的16個科技重大專項之一—— “極大規模集成電路制造
裝備與成套工藝專項”的核心內容。按照國家部署，上海作為光刻技術研發與設備研制
的重要基地，承擔了推進實施02科技重大專項的具體工作。政府從光刻機、刻蝕機到高
端設備、高端材料、先進制造工藝等關鍵領域和技術進行全面布局，并建立配套的產業
化平臺。

　　“十年來，我面臨的最大困惑不是技術難題，解決它們只是時間問題。最難的是讓
別人理解這個行業發展特征，技術風險，對此，企業和政府都有壓力。”50出頭的賀榮
明頭上已布滿銀絲，“這種項目不是立竿見影，考驗的是政府的戰略眼光。政府不是錦
上添花，而是要敢啃硬骨頭。”

　　一方面，國家根據階段需求，以重大專項的方式支持裝備整機及分系統的研發項目
，加強頂層設計和系統部署；另一方面，由企業主導提出創新需求，創新資源配置和創
新活動圍繞企業目標開展。

　　集成創新：搶占產業生態鏈的高端

　　2002年春，在浦東張江春曉路一棟租來的3層小樓里，工號為001的賀榮明帶著9位來
報到的“戰友”開始了艱難的創業之路。

　　猶如世界上沒有兩片相同的葉子，同樣，也沒有兩臺一模一樣的光刻機。每臺光刻
機，都有自己獨一無二的“光刻指紋”。賀榮明和他的戰友就是要生產中國自己的光刻
機。

　　光刻機就像一臺精密復雜的特殊照相機，是芯片制造中“定義圖形”中最為重要的
一種機器。高端光刻機集精密光學、機械、控制、材料等先進科技和工程技術于一體，
是集成電路裝備中技術難度最高、價格最昂貴的關鍵設備，被稱為人類技術發展的制高
點和制造工業“皇冠上的明珠”。

　　“光刻機的水平決定著集成電路的發展水平，它在IC制造設備的價值鏈中占30%—4
0%。”上微總經理辦公室主任賀躍進介紹，光刻機的主要難點聚焦在準分子光源、光學
系統和超精密運動高速工作臺。

　　一臺光刻機有上萬個零部件要在電腦程序的控制下進行復雜協調的聯動，其運動精
準程度的誤差不得超過一根頭發絲的千分之一，這無異于在頭發上“繡花”！打個通俗
的比喻，就如同坐在一架超音速飛行的飛機上，拿著線頭穿進另一架飛行飛機上的針孔
。

　　企業成立之初，賀榮明到國外談合作，有人把他當成皮包公司，因為當時連廠房都
沒有。有次，賀榮明去德國談技術合作。對方倒是彬彬有禮，但對合作毫無興趣。眼光
里投射出來的是：“瘋了，中國人也要做光刻機？”日耳曼工程師一臉嚴肅地撂下一句
話：“就是給全套圖紙，你們也做不出來！”

　　十年過去了。樣機試驗成功，研發項目驗收，關鍵技術輻射的商用機型下線，實現
國內外銷售，中國人一步一個腳印又一次把天方夜譚變成了現實。

　　奧妙何在？

　　在上微，沒有“裝配”二字，只有“集成”。對此，賀榮明頗有心得：“集成創新
，就是由我設計，然后利用全球技術為我所用，最后還由我調控。在技術基礎薄弱和國
外封鎖的情況下，用好的管理和組織方式，照樣可以掌握復雜的技術系統。”

　　“光刻機是逼出來的。”壽子琪說，“從光刻機重大專項的實施，我們的體會是，
要有開放的姿態，同時要有客觀認識自我的心態。” 上海當時承接此項目，既有結構轉
型、創新驅動的內在動力，同時在實施過程中也秉承著開放創新和實事求是的原則。

　　同時，“集成”在微觀層面也極具操作難度。

　　上微有個集成工程部，它的職責就是把關設備，把一個個小的系統集成成光刻機。
“我們既是前鋒又是守門員。前鋒是要把產品性能調到最佳提供給客戶，守門員就是堵
住這樣那樣的問題。”上微集成工程部毛方林經理說，“我們面臨最大的困難就是沒有
任何集成的經驗借鑒，只能靠經驗積累和摸索。”

　　光刻機就好像一個人，一個個子系統就如同人體的各種器官。首先，要有總體框架
，每個“器官”大小尺寸必須系統設計，否則五花八門，大小不一，不合規范。其次，
即使各個單位制造的“器官”都符合指標要求，但一裝到系統就常常出現問題，這里還
存在很多復雜因素。其中的集成經驗要通過大量的工程演練才能形成。就如同人經常會
發燒生病，有先天體質原因，這就是光刻機的性能指標；也有后天因素，這就要靠“醫
生”也就是集成部門去診斷，技術人員不僅要“驗血檢查”，還要告訴供應商真正的病
根。

　　比如說，今天天氣和溫度變了，空氣壓力變了，設備的對焦就不準確了。“這需要
我們仿真模擬，研究空氣對哪些部件有影響”，毛方林說，“以前我們曾遇到一個問題
，百思不得其解，花費一個月才解決。任何集成都是創新，在這個過程中我們經常遇到
死胡同，往往是絕地反擊，起死回生。”

　　從零出發，10年后，上微成為世界上繼歐洲和日本3家公司之后的少數掌握了高端光
刻機的系統設計與系統集成測試技術的高科技公司。90nm光刻機產品的研制和開發還在
潛心前行。

　　“到現在，我們考慮的不是能否裝一臺光刻機，而是在于用多長時間裝出來，關注
的是集成的數量和效率，關注用戶的需求、可操作性和可維護性等等。”毛方林說，以
前一臺先進封裝光刻機設備要幾年集成，后來是幾個月集成，現在批量設備是一個月集
成。

　　“從制造型國家到創新型國家轉型，就必須實現能級的躍遷，搶占產業生態鏈的高
端。”賀榮明說。

　　產業輻射：沿途下蛋與自我造血

　　2013年8月，在充分進行工藝測試的基礎上，上微首臺用于2.5代生產線的新型顯示
光刻機正式上線昆山的一家企業。

　　光刻機之所以被稱為戰略產品，除了技術難度高，還在于對相關核心高端制造領域
有強大的產業輻射能力。上微就在新型顯示產業開拓了一片新的疆土。

　　2008年底，上微敏銳地注意到，光刻機技術在OLED產業中將大有作為，決定啃下這
塊硬骨頭。然而，開發新型OLED TFT光刻機單打獨斗不可行。通過了解，上海大學“新
型顯示技術與應用集成教育部重點實驗室”在新型OLED器件工藝研究方面做了很多探索
，他們希望擁有先進設備進一步提升新工藝研發水平。

　　于是，雙方一拍即合，迅速展開聯合技術攻關。2009年，200×200新型顯示光刻機
的研制立為上海市科技攻關的重點項目。

　　2010年，SSB200/10 OLED研發光刻機生產出自主知識產權的1.6英寸OLED顯示屏，將
國產光刻設備用于平板顯示領域，在國內實現零的突破。

　　同時這唯一的國產設備，也串起了上海大學已有的工藝生產線，使之為更多的國內
企業提供OLED產線流片的工藝測試。更重要的是，在合作中，上微還收獲了友誼和信任
——國內4家新型顯示領域的老大，都與上微開展了合作。

　　在重大專項的實施過程中，還成立了產業技術聯盟，加強協同創新。“由企業提出
創新目標，然后分解任務、配置資源，最后集成并修正任務。不僅體現了企業技術創新
的主體地位，更能提高企業創新的管理能力。”壽子琪說。

　　上微將IC制造的光刻機技術衍生到其他領域，開發了如激光封裝、激光退火等設備
。公司將此類產品比喻為“類光刻機”，即將光刻技術用于其他新興產業領域的工藝、
開發相關設備，具有極大的產業應用價值。

　　研制光刻機過程中有個奇特的現象，那就是企業在完成國家戰略任務的同時，基于
市場需求和自身發展，通過自主創新，及時把關鍵技術輻射到相關領域，將階段性成果
轉化為市場應用性項目，實現企業的自我造血。大家形象地稱作這一產業化的過程為“
沿途下蛋”。

　　除了新型顯示領域，上微早在2004年開始探索先進封裝光刻機的產業化發展之路。
2012年，上微的封裝光刻機走進了先進封裝的重鎮——臺灣，更引起同行業競爭者的重
視，逼著他們降低售價并效法改進設備性能。目前，上微已占據國內先進封裝光刻機市
場的80%，并迫使競爭對手降低產品價格1/3，動了國際先進封裝設備市場的奶酪。

　　賀榮明將曾經崛起的我國女排戰術——“高舉高打，平拉開”應用于企業戰略：技
術高端切入，逼近世界水平，追高度；市場中端介入，形成產業規模，求寬度；拓展應
用領域，伴隨客戶成長，筑厚度。

　　以光刻機為抓手，部件服從整機牽引，通過產品工程牽起責任鏈，并圍繞產業鏈串
聯起工藝、材料、軟件等創新鏈。這就是上微的成功之道。

　　以國家戰略需求為導向，政府大膽決策，穩定支持，以企業為紐帶，聚合產學研用
創新資源，讓市場成為配置科技資源的決定性力量，讓企業成為技術創新的“主角”。
這就是重大專項在光刻機研制中的創新實踐。

　　“光刻機在國外有30多年的歷史，我們搶跑用了10年，2002年我國與國際光刻機先
進水平相差20年，現在差距已大為縮小。我們漸漸找到了感覺與方法，相信我們的加速
度是越來越高的。”賀榮明有自己的中國夢，一是做出中國自己的光刻機，讓全世界尊
重中國的科技；二是為中國打造優秀創新團隊。現在，夢想正照進現實。

http://www.stcsm.gov.cn/jdbd/gkjjs/xwbd/332474.htm

光陰十年刻下深深的腳印

——記上海微電子裝備有限公司艱辛創業路
　2012年4月7日，上海微電子裝備有限公司（SMEE）舉行成立10周年慶典。10年前，張
江一方淺淺的魚塘，是SMEE十幾名員工出發的起點，他們不再顧盼人潮攢動的人民廣場
、繁華的十里洋場南京路，十年如一日地扎根這里，為早日實現“制造中國人自己光刻
機”的夢想，篳路藍縷、披荊斬棘。

　10年后，從無到有，突破一道道技術難關，如今的SMEE，已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系統設計與系統集成技術的公司，引領“中國
智造”不斷走向世界。

　　光刻機是半導體芯片制造業中的最核心設備，在國家“十五”“十一五”“十二五
”發展規劃中都被明確定義為重點制造裝備，并被列入國家“02”科技重大專項。從跟
蹤國際專利到不斷掌握具有完全自主知識產權的高端光刻設備的總體設計技術、集成技
術和關鍵單元技術，形成系列完整的產品。10年來，SMEE在該領域內取得重要突破，并
在先進封裝光刻機產品方面形成了系列化和量產化，在國際同類產品中處于先進水平，
并實現了光刻機海外市場的銷售突破。

　　篳路藍縷以啟光刻

　　“如果10年前我知道搞光刻機有這么艱難，可能就不會堅持到今天。”頭發有些花
白的總經理賀榮明玩笑間流露出創業的艱辛。

　　光刻機是基于光學、機械、電氣控制、微環境控制等多種跨學科復雜高技術的系統
集成，而“對準”和“曝光”又是光刻工藝中最關鍵的工序，攻克尖端技術的過程中布
滿重重挑戰。微米級的瞬時傳輸控制技術，頭發絲直徑千分之一的亞微米級水平操作等
諸多高技術難點，都需要經過較長時間的研究才能解決。光刻機從樣機的誕生到最終上
大生產線，要經歷很多的過程，必須精確測量控制每一步工藝流程。

　　自主掌握高端光刻設備的總體設計技術、集成技術和關鍵單元技術，發展我國自主
產權的光刻設備產業，是我國微電子產業發展規劃的重大戰略決策。對于打造一個我國
的光刻設備高端產品技術平臺，發展我國自主產權的光刻設備產業具有重要意義。為實
現“用中國人的光刻機造中國芯”的夢想，SMEE承擔起振興國家民族微電子裝備產業，
實現光刻夢想的重任。

　　在SMEE的展覽館，一個個自主設計的部件紛至沓來，組成光刻機的頂層系統設計與
集成。其中成像系統通常由15—20個直徑為200—300毫米的透鏡組成，而定位系統定位
精度小于10納米。賀榮明打個比方說，微米級的瞬時傳輸控制技術，猶如兩架空客以10
00公里同步高速運動，在瞬間對接穿針引線。而玻璃鏡面加工，猶如一個足球場的最高
與最低處高度誤差不超過0.5毫米。他自豪地表示，高性能電子系統是光刻機的“神經中
樞”，一套光刻機有幾百塊板卡，而光刻機所有控制板卡均自主設計。

　　“光刻機整個系統集成全部實現自主。”過去10年間，我國在半導體產業研發點上
有了很多新突破，但在系統集成這一競爭的新戰場，系統設計與集成技術成為半導體設
備供應商提升產品價值，體現差異化的核心競爭力。

　　SMEE堅持頂層系統設計與集成戰略，嚴格按照系統工程的思想進行開發，掌握了擁
有自主知識產權的關鍵核心技術，如納米級測量與高精對準、投影光學系統設計制造、
精密調焦調平測量、紅光定位、板卡和控制板卡等。“10年前，有國外公司放言，把整
套圖紙就是給你們，你們也做不出。10年后，通過光刻機的科技突破，SMEE已具備復雜
大系統過程控制與工程實現能力。”賀榮明深有感觸。

　　10年前的SMEE，只有十幾名員工在默默地堅守。打破桎梏，育人才圖自強，是自主
制造中國人自己的光刻機的關鍵。SMEE將人才上升至戰略高度，不斷探尋優質高效的人
才培育機制，通過建立系統的培訓機制、完善的規章制度和優秀的企業文化，努力刻就
出一支“永不磨滅的番號”。

　　光刻機的研發成本相當高，國際巨頭僅一年的研發資金就逾5億歐元，一般的公司
根本難以為繼。光刻機專業人才的培養更需要漫長的時間，培養一名專家型光刻機工程
師國外一般要花17年時間。在摩爾定律的魔咒下，充滿挑戰的尖端技術、國內匱乏的人
才和研發資金、西方技術強國的壟斷和限制，成為了限制國產光刻機快速發展的桎梏。


　　歷經十載艱辛，如今的SMEE獨特的“文檔化”管理模式和優秀的企業文化，有效降
低了人才流失率，使團隊不會因隊員的改變而減弱戰斗力，同時也源源不斷地吸引著國
內外高素質人才的競相到來，從最初的十幾名員工，壯大到現在的800多名高素質員工，
碩士、博士學歷員工比例達50%以上，囊括了一大批“千人計劃”、“領軍人才”、專業
工程師、高級技工。“70后”“80后”員工是人才團隊的中堅力量，并涌現了一部分勤
于鉆研、樂于奉獻的“90后”員工。年齡結構合理的高素質人才團隊，壯大了SMEE的底
氣。

　　先進封裝光刻機是先進封裝設備中技術難度最高、價格最昂貴的關鍵設備，全球僅
有極少數國家具備研制能力。SMEE的“70后”副總工程師周暢博士領銜的由“70后”“
80后”組成的創業團隊，勇立高端科技的潮頭，迎難而上，成功研制出國內首臺具有自
主知識產權的先進封裝用分步投影光刻機，申請專利103項，其中國家發明專利74項、國
際發明專利3項，項目榮獲2010年度上海科技獎技術發明二等獎。

　　

※ 編輯: wladimir (223.65.141.236), 03/31/2014 23:15:00
　　完善謀劃產業化布局：逐鹿市場競爭

　　兵貴神速，SMEE采取一切措施搶占市場。

光刻設備價值高，設備更新換代非常快。一種新型光刻設備的市場壽命約為5年，而
其研發周期卻很長。10年前，我國光刻機機型的攻關研究目標還缺乏超前性和預見性，
在產業化方面幾乎沒有成功的先例。在中國著手研制100nm光刻機時，技術指標還是空白
的。然而，國際上三大知名光刻機制造商ASML、Nikon、Canon分辨率為100nm的193nmAr
F準分子激光分步掃描投影光刻機卻早已在市場銷售。過去我們確定的光刻機攻關目標幾
乎都與當時國外已經商品化的機型相同。國外已經可以批量生產的光刻機，我們要經過
約5年時間的努力才能研發成功，剛剛研制成功的光刻機已在淘汰產品之列，或至少已錯
過了需求高峰期；而且此時國外同類光刻機的售價大幅下降，我們的光刻機就更無市場
競爭力可言。盲目追隨失去競爭力，中國企業做國產光刻機要有更強的使命感、緊迫感
。

　　以極致服務，造高端產品，創卓越價值。在服務于國家“十五”“十一五”“十
二五”規劃及“02”科技重大項目和上海市戰略發展的形勢下，SMEE融合國家、地方和
企業之力，采取“技術高端切入，逼近世界水平；市場中端介入，形成產業規模；拓展
應用領域，伴隨客戶成長”的發展戰略，在瞄準技術高端的過程中，放大集成研發過程
中的優勢效應，將已經攻克的一系列專利技術發明成果快速高效孵化，研發出衍生產品
，并進行工業化生產，在產業化的過程中，形成SMEE的中、高端產業布局。

　　與高等院所和客戶緊密協作，采取邊研發邊應用的模式，把技術優勢轉化成產業優
勢。賀榮明形象地指出：“將貴族型產品變成平民化產品，我們通過自主創新及時把階
段性成果轉化為市場應用性項目，即‘沿途下蛋’，開發出比國際光刻機設備技術超前
的產品，逐鹿市場競爭，在快速產業化方面邁出了一條新路。”

　　利用100nm光刻機攻關形成的技術基礎，在專項支持下，根據江陰長電先進封裝有
限公司的技術需求，成功開發出先進封裝光刻機。2009年10月21日，SMEE自主研發并擁
有自主知識產權的第一臺SSB500/10A先進封裝光刻機通過用戶的ATP測試，并正式簽訂了
首臺光刻機銷售合同，邁出了SMEE投影光刻機走向市場的第一步。

　　2010年7月6日，SMEE和用戶在江陰市聯合舉行首臺先進封裝光刻機使用現場匯報
會暨SMEE與用戶戰略合作協議簽約儀式，并與用戶簽署了《第二臺先進封裝光刻機的銷
售合同和長期戰略合作協議》。

　　在產業化過程中，將知識產權升至“戰略高度”，已建立了一整套與高科技企業
相適應的知識產權管理體系與機制，自主開發了專利情報戰略管理系統，把龐雜而又有
系統布局的專利變成知識產權的“核彈頭”，獲得了行業知識產權互為威懾與談判的對
等能力。

　　目前，SMEE已申請中國專利926項，其中申請發明專利822項，授權318項，申請國
外發明專利41項，授權15項，是國家第二批企事業單位知識產權示范創建企業和上海市
專利工作和知識產權示范企業。

　　10年前，SMEE在國際同行面前名不見經傳。10年后，SMEE的技術逼近世界先進水
平，躋身世界前四行列，在國際舞臺上頻頻發出自己的聲音，并不斷贏得國際同行和合
作伙伴的重視。“成功的花兒，人們只驚羨她現時的明艷！然而當初她的芽兒，浸透了
奮斗的淚泉，灑遍了犧牲的血雨。”

　 　　一路風雨一路情。SMEE在創新的道路上戮力前行。（科技日報2012年4月7日報道
記者 王春 實習生 肖浩宇）

※ 編輯: wladimir (223.65.141.236), 03/31/2014 23:19:18