光刻機（Mask Aligner）是制造微機電、光電、二極體大規(guī)模集成電路的重要設備。一臺光刻機主要包括了曝光系統(tǒng)和對準系統(tǒng)兩個部分。光刻機能夠利用曝光系統(tǒng)發(fā)射出的紫外線通過模版去除晶圓表面的保護膜，將器件或電路結(jié)構(gòu)臨時“復制”到硅片上。根據(jù)工作方式，光刻機又可分為兩種。第一種是模板與圖樣大小一致，曝光時模板緊貼晶圓的Contact Aligner。第二種則是利用類似投影機原理，能夠獲得比模板更小的曝光圖樣的Stepper。

讓我們先將時光倒回到2018年的12月，不知道大家還記不記得有過這樣一條新聞：荷蘭光刻機制造公司ASML對外宣稱，其主要的元器件供應商Prodrive工廠于12月1日突生大火。ASML預計2019年年初的的供貨將遭到延期。

當時，ASML全年的光刻機產(chǎn)量在18臺左右，而國內(nèi)著名集成電路制造企業(yè)中芯國際曾在2017年成功預定ASML公司1臺制程為7nm的EUV光刻機訂單。這場意外的火災加上目前重重的外交因素，導致這臺光刻機直至今日都未交付給中芯國際。盡管中芯國際已經(jīng)掌握了7nm工藝的應用，但是卻因為遲遲未到貨的光刻機而無法投產(chǎn)，這給中國的半導體領(lǐng)域，特別是芯片制造產(chǎn)業(yè)帶來了巨大的挑戰(zhàn)。

難道中國不能制造光刻機？我可以先明確地告訴你可以，但是許多復雜的大國博弈、行業(yè)歷史以及技術(shù)差距還需要在后文中為大家詳細地進行介紹。

始于冷戰(zhàn)，卻未隨之而終

在第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后，圍繞著美蘇兩大巨頭形成了兩大陣營，并進入了眾所周知的冷戰(zhàn)時期。當時，美國及其西歐盟友為了防止以蘇聯(lián)為首的紅色陣營發(fā)展高端武器，包括美國、英國、日本、法國、澳大利亞在內(nèi)的十七個國家于1949年11月在巴黎成立巴黎統(tǒng)籌委員會（簡稱巴統(tǒng)）。限制成員國向社會主義國家出口，包括軍事武器裝備、尖端技術(shù)產(chǎn)品和稀有物資等三大類上萬種產(chǎn)品。

后來隨著中美建交，冷戰(zhàn)的結(jié)束，歐美等國家看中了中國龐大的勞動力優(yōu)勢以及低廉的勞工成本，便稍微放松了對中國的軍民用產(chǎn)品禁運，并于1994年4月1日正式將這個冷戰(zhàn)時期的協(xié)會解散。

但好景不長，1995年，包括“巴統(tǒng)”17國在內(nèi)的28個國家在荷蘭瓦森納召開了高層峰會。1996年7月，以西方國家為主的33個國家在奧地利維也納便正式簽署了以瓦森納會議為基礎的《瓦森納協(xié)定》。自此，一份對中國未來科技研究及發(fā)展走向影響深遠的多國協(xié)定，正式開始實行。

《瓦森納協(xié)定》，又被稱為“瓦森納安排機制”，全名為《關(guān)于常規(guī)武器和兩用物品及技術(shù)出口控制的瓦森納安排》。這是世界主要的工業(yè)設備和武器制造國在巴黎統(tǒng)籌委員會解散后于1996年成立的一個旨在控制常規(guī)武器和高新技術(shù)貿(mào)易的國際性組織。協(xié)定中包含了兩份清單。一份是軍民兩用商品和技術(shù)清單，涵蓋了先進材料、材料處理、電子器件、計算機、電信與信息安全、傳感與激光、導航與航空電子儀器、船舶與海事設備、推進系統(tǒng)等9大類。另一份是軍品清單，涵蓋了各類武器彈藥、設備及作戰(zhàn)平臺等共22類。

而對于中國的半導體發(fā)展，因為《瓦森納協(xié)定》的存在，從芯片設計到制造等多個領(lǐng)域，都無法獲取海外的先進技術(shù)。就拿今天的主題——光刻機來說，即使中芯國際能夠通過與比利時微電子研究中心（IMEC）進行合作，買到二手的光刻機設備，但中國企業(yè)必須等待IMEC使用五年后才能拿到手，因為這樣才符合《瓦森納協(xié)定》中的要求。舉個例子，英特爾、三星、臺積電2015年能買到ASML 10NM的光刻機。而大陸的中芯國際，2015年只能買到ASML在2010年生產(chǎn)的32NM的光刻機——五年時間對于半導體產(chǎn)業(yè)來說，已經(jīng)可以得到數(shù)次迭代了。

除了不能買到最新的生產(chǎn)設備之外，因為《瓦爾納協(xié)定》中的條款限制，華裔工程師還不能進入到歐美等知名半導體公司的核心部門，防止技術(shù)泄露。中國的半導體產(chǎn)業(yè)，因而受到了從生產(chǎn)設備到人才積累的全方位壓制。直至今天，即使中國企業(yè)能夠掌握先進的工藝制程，也因無法得到先進的設備而不能進行芯片的實際生產(chǎn)。

稱霸世界半導體制造行業(yè)的巨頭，ASML

目前擁有光刻機制造能力的企業(yè)主要有荷蘭ASML，日本尼康、佳能，德國SUSS、美國ABM, Inc.以及中國的上海微電子裝備。在這之中，尼康早年憑借相機方面的技術(shù)積累，獲取了來自IBM、英特爾、AMD、德州儀器的大量訂單，與當時來自美國的行業(yè)龍頭GCA平起平坐，象征了日本半導體產(chǎn)業(yè)的騰飛。然而，風水輪流轉(zhuǎn)，由于國與國之間的商業(yè)及技術(shù)博弈，最終卻讓ASML這個曾經(jīng)名不見經(jīng)傳的角色坐到了光刻機制造領(lǐng)域的王座上。

在幾十年前，ASML還只是飛利浦電子旗下的一個合資小公司，全公司從老板到普通職員也只有31位成員。ASML在當時也沒有正式的辦公地點，公司上上下下全數(shù)擠在飛利浦總部旁邊臨時搭建的板房之中辦公。ASML的名號甚至沒有幾個人知曉，外出進行銷售談判還得行飛利浦母公司的名義。

但就是這么一家公司，成立僅二十年不到，就實現(xiàn)了技術(shù)的飛躍，掌控了各大晶圓代工廠的能否開工的生殺大權(quán)。ASML甚至揚言道“如果我們交不出EUV光刻機，那么摩爾定律就將會停擺”。

ASML的發(fā)展歷史中充滿了機遇和挑戰(zhàn)。2003年，其聯(lián)合臺積電工程師林本堅研發(fā)“沉浸式光刻”方案，依靠水會影響光的折射率這一特點，在2004年推出了132nm光源波長的光刻機產(chǎn)品，奪得了IBM、臺積電等大客戶的訂單。ASML也正是憑借132nm光刻機將當時仍在堅守干式微影157nm技術(shù)的尼康，打得氣喘吁吁。ASML也靠著這漂亮的一仗，贏得了當時美國新生，主導極紫外技術(shù)的EUV LLC聯(lián)盟的入場券，從而在之后的歲月中獲得了美方的大量軟、硬件技術(shù)資源共享。ASML更是在2013年以25億美元高價，并購了一家名為Cymer的美國公司，因為其擁有生產(chǎn)EUV光刻技術(shù)所需大功率光源的能力。

縱觀ASML的發(fā)展之路，甚至可以稱得上是幸運。雖然ASML在2004年的成功獲得了業(yè)界的關(guān)注，但尼康仍然是一個非常強大的對手。有著“藍色巨人”之稱的英特爾，在32nm工藝階段時就獨家采用了來自尼康的光刻機產(chǎn)品，即使是之前的45nm和之后的22nm，也采用ASML和尼康同時供貨的模式。但由于尼康在遭遇美國封鎖后，生產(chǎn)技術(shù)逐步落后，制造效率也越來越明顯地落后于ASML。最終，英特爾在新CEO上任后，還是將尼康提出了局。尼康從此一蹶不振，不得不退出IC光刻市場，其生產(chǎn)的光刻機在之后也主要應用于三星、LG、京東方等企業(yè)的顯示面板生產(chǎn)領(lǐng)域。

當然，ASML在加入EUV LLC聯(lián)盟之后也沒閑著。在2015年，ASML推出了第一臺可量產(chǎn)的EUV樣機。這臺重達180噸、價值高達1.2億美元的巨無霸融合了歐美供應鏈廠商的零部件，也正式確立了ASML在光刻領(lǐng)域的壟斷地位。

而在芯片制造以及光刻機領(lǐng)域，我們同樣有很長的一段路要走，也必須得堅持走下去。