贺荣明

    上海微电子装备（集团）股份有限公司董事长兼总经理。2002年至今，先后作为项目负责人承担国家863重大科技专项、国家科技支撑计划项目、国家02科技重大专项等任务，围绕国产光刻机，组织团队“十年磨一剑”。

    国人普遍对光刻机唉声叹气之时，全球光刻机龙头ASML首席执行官彼得·温宁克却曾表示：

“如果不将光刻机卖给中国，五年之内，他们必将掌握所有的EUV光刻技术，十五年之后，ASML公司或将失去行业话语权！”

    我们能做到吗？

    01艰难开局

    1956年，周恩来总理收到了一份六百万字的草案，在这份《十二年科学技术发展远景规划》中，中科院的学部委员们提出了57项重点发展任务。

    看着厚厚的资料，周总理向专家们请教：“这么多重点，国务院应该主要抓哪些？”

    最终，57项任务被凝结为四大紧急措施：计算技术、无线电电子学、自动学和远距离操纵技术，以及半导体技术。

    新中国对半导体的重视的确不算晚。两年后，美国德州仪器的基尔比、仙童半导体的诺伊斯，才几乎同时做出人类史上的第一块集成电路，打开了潘多拉魔盒。

    作为集成电路（芯片）制造的必备设备，光刻机从此走上历史舞台，走进发展快车道。中国光刻机的发展，也从此时开始。

    1961年，美国GCA公司制造出了第一台接触式光刻机。而一个广为流传的说法是，1966年，中科院下属109厂就与上海光学仪器厂协作，研制成功了我国第一台65型接触式光刻机。

    早期的光刻机复杂程度和照相机差不多，技术难度不高，所以大家的差距也没那么大。

    半导体市场的快速发展，推动着光刻机的需求和生长。日本的佳能、尼康，美国的GCA公司，以及接受军方投资的Perkin Elmer公司，都开始进入这一领域，中国虽然相对落后，但在相当长时间内，也算是亦步亦趋地紧跟产业步伐。

    即便在动荡年代，中国也依然在向光刻机产业发起冲锋，虽然这个过程充满艰辛。

    1971年，在江西鄱阳湖畔学习水稻种植的徐端颐，突然接到一个来自北京的电话，原本就是清华大学精密仪器系教师的他，要回京负责新一代光刻机的研发。

     清华大学为徐端颐配备了数百人的团队，有技术超群的钳工，有搞精密机械加工的，还有从其他单位调来的搞计算机控制的老师和技术工人。群贤毕至，却没有一个人搞过光刻机。

    组建这样一个“草台”班子，多少有些无奈。

    新中国刚成立没多久，美国、英国、日本等17个国家，搞了个国际巴黎统筹委员会（简称巴统），旨在限制成员国向社会主义国家出口战略物资和高技术，列入禁运清单的有军事武器装备、尖端技术产品，中国也在封禁之列。

    随着半导体的蓬勃发展，光刻机也被巴统列为尖端产品，对华实行禁运。而国内很少有从事光刻机的专业人才，只能从相关学科中调兵遣将。

    底子薄、基础差，还有“巴统”这样的镣铐，落后在所难免。

    1973年，美国PerkinElmer公司推出首台扫描投影光刻机，这种光刻机精度高，又改变了把光掩模压在光刻胶上的技术路线，芯片生产的良率从10%一夜之间提升到70%。但国内仍停留在接触式光刻机时代。

    落后就要挨打，深深地刻在一代人的印记里，得到消息的中国决心奋起直追。

    1977年，在江苏吴县（今苏州吴中区），专门开了一场光刻机技术座谈会，与会的67名代表指出：光刻设备和工艺极为重要，要提高光刻机技术，让中国半导体设备赶超世界先进水平。

    人的潜力，在中国第一代光刻机从业者身上发挥到极致。

    没有资料，只能靠自己摸索，徐端颐和团队成员边干边学，没日没夜地加班攻关，终于在1980年造出了国内第一台投影光刻机。

    1985年，中科院45所在光刻机领域取得了重大进展，研制出分步投影式光刻机，被认定达到了1978年美国GCA公司推出的光刻机水准。当时，日后的光刻机巨头ASML公司才刚刚诞生。  

    国产光刻机有一个好的起点，但尴尬的是，因为当时国内半导体产业整体太薄弱。国产光刻机虽然研发出来，却没有很好的下游应用市场，无法真正走上市场和商业化的道路，只能停留在实验室研究阶段。

    此后的二三十年，这种现实愈演愈烈，中国光刻机对外的差距，也越来越大。

    02蹉跎岁月

    1977年7月，邓小平邀请30位科技界代表在人民大会堂召开座谈会。

     那场座谈会上，中国半导体灵魂人物王守武说得很直接：

    “全国共有600多家半导体生产工厂，一年生产的集成电路总量，只等于日本一家大型工厂月产量的十分之一。”

    王守武的一句话，将中国半导体产业的家底抖了个干净。

    在20世纪60年代后期，中国一度采用群众运动的方式搞半导体。当时，报纸上甚至出现了如此报道：街道老太太在弄堂里架一台扩散炉，也能做出半导体。

    蛮干硬上，产业发展违背科学规律，国内的芯片产业基本处于分散的手工式生产。在同一个时期，日本则依靠“产、官、学”相互协作体系，成为全球半导体市场的有力竞争者，其光刻机技术也取得长足的进步。

    1984年，尼康推出量产型自动化步进式光刻机，凭借良好的性能，一如太平洋战争初期那般，印刻着“Made in Japan”的光刻机，把美国厂商打得节节败退。尼康甚至从美国厂商GCA手里夺下了IBM、英特尔、AMD等一系列大客户。

    一消一涨之间，中国与世界先进水平的差距，被拉得更大了。这种差距感染了规划工作者，中国半导体行业由此开始了急进式的追赶之路。

    从1986年到1995年，国家部委先后组织了半导体领域的“三大战役”：531战略、908工程、909工程。规划工作者希望通过市场化和运动式的集中攻关并行，换取半导体技术的进步和产业跨越的发展。

    但国内如火如荼的造芯运动，却没有成为国产光刻机的幸运时刻。

    改革开放，让美、日光刻机厂商紧盯着中国市场，再加上国产光刻机性能本就落后，国内好不容易起来的半导体企业和光刻机市场需求，却成了送给外资的礼物。

    为迅速抢占中国光刻机市场，国际厂商除了常规竞争，可谓是千方百计。一些企业甚至还推出特别福利：买光刻机，送出国游。

    国门刚开，中国的厂长经理们总想出去看一看、玩一玩，顺便学些先进经验回来。再加上对方的产品的确优秀，所以国内企业普遍就选择了国外光刻机。

    许多原本购买徐端颐团队投影光刻机的公司，纷纷取消了订单。

    本身就落后，且没有什么市场的国产光刻机，此时处境更加尴尬。产品卖不出去，从市场上找不到钱的同时，连生存也被釜底抽薪：

    在20世纪80年代初，我国实行“拨改贷”的政策，将政府对国有企业的财政拨款，改为企业向银行贷款，导致国家对电子工业投入的减少。

    既赢不了市场，也没了国家经费支持，国产光刻机因此站到悬崖边，许多光刻机项目纷纷下马。

    芯片产业日新月异，光刻机亦是如此。当步伐停下后，曾经尚可奋力一争的国产光刻机，与国际同行的差距因此被迅速拉大，甚至几乎处于停滞状态。

    曾经编写过《光刻掩模版的制造》武汉无线电元件三厂，一度还卖起了副食品。徐端颐团队也退出了光刻机的研究，转向光盘技术领域，还拿到了国家发明二等奖。

    03从头再来

    从1958年世界上第一块集成电路问世以来，随着科技的不断发展，它的体积就开始越来越小，当然性能是越来越强大。

    什么是光刻机？简单说，它是制造集成电路，也就是芯片制造最关键的设备之一。每颗芯片诞生之始，都要经过光刻机的锻造。就在那电光火石之间，母版上复杂的电路设计图形转化为硅片上细微繁密的沟壑纹理。可以说，如果没有“中国光刻机”，那么制造“中国芯”也就无从谈起。

    但是在17年前，世界上只有少数国家能够制造光刻机，且长期以来对中国实施技术限制。当时我们国家只能够长期依赖进口，每年进口额高达2000亿美元，而且继续这样下去非常不利于国家的战略安全和产业安全。

    所以在2002年的时候，光刻机被列入国家863重大科技攻关计划，由科技部和上海市共同推动成立上海微电子装备有限公司（简称“SMEE”）来承担，为实现“用中国人的光刻机造中国芯”的梦想，贺荣明带着几位满怀梦想的“战友”来到上海浦东张江，承担起制造振兴国家民族的微电子装备产业，开始了艰难的光刻机研发之路。

    光刻机，被称为现代光学工业之花，制造难度非常大，全世界只有少数几家公司能够制造。其售价高达7000万美金。用于生产芯片的光刻机是中国在半导体设备制造上最大的短板，国内晶圆厂所需的高端光刻机完全依赖进口。

    通俗易懂的说，光刻机就是在制造芯片时不可或缺的工具，没有光刻机就没有芯片。

    在能够制造机器的这几家公司中，尤其以荷兰（ASML）技术最为先进。价格也最为高昂。光刻机的技术门槛极高，堪称人类智慧集大成的产物。

   “十二五”科技成就展览上，上海微电子装备公司（SMEE）生产的中国最好的光刻机，与中国的大飞机、登月车并列。它的加工精度是90纳米，相当于2004年上市的奔腾四CPU的水准。国外已经做到了十几纳米。

光刻机制造难度有多大？

    光刻机跟照相机差不多，它的底片，是涂满光敏胶的硅片。电路图案经光刻机，缩微投射到底片，蚀刻掉一部分胶，露出硅面做化学处理。制造芯片，要重复几十遍这个过程。

    位于光刻机中心的镜头，由20多块锅底大的镜片串联组成。镜片得高纯度透光材料+高质量抛光。SMEE光刻机使用的镜片，得数万美元一块。

    ASML的镜片是蔡司技术打底。镜片材质做到均匀，需几十年到上百年技术积淀。

    “同样一个镜片，不同工人去磨，光洁度相差十倍。”SMEE总经理贺荣明说，他在德国看到，抛光镜片的工人，祖孙三代在同一家公司的同一个职位。

    另外，光刻机需要体积小，但功率高而稳定的光源。ASML的顶尖光刻机，使用波长短的极紫外光，光学系统极复杂。有顶级的镜头和光源，没极致的机械精度，也是白搭。光刻机里有两个同步运动的工件台，一个载底片，一个载胶片。两者需始终同步，误差在2纳米以下。两个工作台由静到动，加速度跟导弹发射差不多。

    贺荣明说：“相当于两架大飞机从起飞到降落，始终齐头并进。一架飞机上伸出一把刀，在另一架飞机的米粒上刻字，不能刻坏了。”而且，温湿度和空气压力变化会影响对焦。“机器内部温度的变化要控制在千分之五度，得有合适的冷却方法，精准的测温传感器。”贺荣明说。SMEE最好的光刻机，包含13个分系统，3万个机械件，200多个传感器，每一个都要稳定。像欧洲冠军杯决赛，任何一个人发挥失常就要输球。

    2002年，一个中国人，带着公司的核心技术人员，来到了荷兰南部靠近比利时边境的小镇费尔德霍芬。他们身上背着很重的任务，那就是被列入国家重大科技攻关计划的光刻机，此行的目的是与阿斯麦尔开展技术合作，最不济学点东西也好。但是没想到的是，对方压根就没把中国的客人放在眼里，撂下一句： 就算给你们图纸，也造不出来高端光刻机。

    这一句话，像一根刺一样，深深扎进了这个中国年轻人的心，他越想越气愤，回到上海之后，和团队一起专心攻关，研究技术，终于在2007年造出国内首台高端投影光刻机样机。

    这个年轻人，就是上海微电子装备有限公司的董事长贺荣明。

    回国之后，贺荣明就组建了上海微电子装备集团股份有限公司，他带领自己的团队从维修光刻机零部件开始，逐步掌握制造光刻机的技术。

    光刻机，被称为工业皇冠上的明珠，是这个世界上制造工艺最复杂，技术应用最高端的工业母机，也是芯片制造不可或缺的核心设备之一，小到手表手机，大到飞机高铁，都离不开光刻机。

    据业内人士介绍，制造光刻机就是在微观世界里“造房子”——光刻机是一个由几万个精密零件、几百个执行器传感器、千万行代码组成的超复杂思维系统，它的内部运动精度误差不超过一根头发丝的千分之一。打个比喻，就像坐在一架超音速飞行的飞机上，拿着线头穿进另一架飞机上的针孔。由于它技术的超高难度以及系统的复杂性，导致光刻机在全世界形成了超高的技术门槛。

    在研发光刻机的初期，由于国内的相关行业处于一片空白，无论是专业人员还是配套的零件供应链，都让贺荣明无从下手，在这样的情况下，贺荣明知道，唯一的出路就是自主创新。

    为了在研制过程做到完全自主产权，技术真实可控，贺荣明一边努力学习世界上大型复杂工程项目的管理案例，把先进经验和光刻机的项目研发结合在一起，坚持用产品化， 工程化的思想来进行产品研发，另一边， 他将创新视为企业的生命和永恒的发动机，结合研发项目开展创新实践，有效运用创新方法体系解决了多项实际问题。

    贺荣明知道，光刻机的开发周期长，难度也很高，如果在整个过程只是瞄准最高目标做研发，而不及时考虑产业化，那么就会很难出成果，对整个项目的开发，及团队的激情都有很大的影响。

    所以他决定以研发高端光刻机为主线，同时把已经掌握或部分掌握的技术，做成产品，去服务于相关行业，进行市场培育。

    04持续突破

    2019年6月3日，一架波音C-32A飞机降落在荷兰首都阿姆斯特丹，专机里坐着的是时任美国国务卿蓬佩奥，美国政坛二号人物。

    他此行目的之一，是要阻止一桩中荷企业间的交易：一年前，中芯国际花费1.5亿美元，向荷兰ASML公司购买了一台EUV光刻机。

    小于5纳米的芯片晶圆，只能用EUV光刻机生产。有了这台光刻机，中芯国际将有望在芯片制程上继续追赶，缩短差距。

    向来崇尚市场经济、自由贸易的美国政府，此次索性自打自脸，向荷兰施压，并获得了成功，包括中芯国际在内的中国芯片制造企业，也因此被卡住了脖子。

    2021年11月9日，第三届进出口博览会上，全球光刻机龙头ASML副总裁、中国区总裁沈波对媒体表示：公司对向中国出口光刻机持开放态度。

    这下可捅了马蜂窝。因为美国正竭力要求其对华禁售产品，并且步步紧逼，不但要禁售先进制程的EUV光刻机，还要禁售成熟制程的DUV光刻机。  

    目前，双方的博弈还在继续中。

    美国在继续施压，但已经禁了EUV的ASML，显然不愿意再禁DUV，其CEO彼得·温宁克就表示，“中国是非常重要的全球市场供应方，世界‘不能忽视这种现实’。”

    话说得很委婉，但意思很明确，“一旦向中国断供光刻机，全球的半导体市场都会有影响。”

    同样是光刻机，前道产业化应用的难度非常高，但是后道用于先进封装的光刻机不仅应用广泛，而且技术难度要低很多，可以先行进入。

    这里有必要说说前道和后道的区别，前道光刻机就是在晶圆上制造出各种电路和器件，这也是我们常说的光刻机，后道就是芯片的封装，说白了就是给芯片进行包装，虽然前道光刻机的难度比后道要难很多，但是芯片封装也不能小瞧。

    给芯片封装能够降低芯片的功耗，能够提高芯片的性能，对于芯片的生产至关重要，它是把蚀刻好的硅晶片转化为可以使用的芯片，那就必须得要用到后道光刻机的处理。而且设计结构越是先进的芯片，它对于封装的精确度要求也越高。

     贺荣明抓住这个机遇，开发适用于先进封装行业的光刻机，2022年2月7日，上海微电子制造的中国首台首台2.5D/3D先进封装光刻机成功完成线下交付，这就意味着中国在芯片的后道设备上取得了新的突破了，以后西方就没办法在先进的封装设备上去卡中国脖子了。

     以前，这种光刻机完全依赖于进口，现在上海微电子已经占领了80%的国内市场及40%的国际市场。当蔡荣明把光刻机交到国外客户手里时，国外的客户感慨地说：

    我们真没有想到，中国人能生产出自己的光刻机！

在前道光刻机的研发上，贺荣明领导的上海微电子也进步神速，2020年突破90纳米制程，2021年突破28纳米制程，现在，贺荣明正在带领团队向14纳米制程光刻机冲刺。

    现在的上海微电子，已经坐拥2400项专利，不仅占有国内80%的光刻机市场份额，就算放眼全球，稳坐第四把交椅。

    20年的卧薪尝胆，贺荣明带领的上海微电子，已经掌握了最先进的后道光刻机生产技术，前道光刻机14纳米制程工艺的突破，也指日可待，等到国产EUV光刻机亮相的那一天，中国芯片制造的整个产业链的完整度和先进程度就会获得质一般的提升。

    正是有贺荣明这样的实干家，我国被西方卡脖子的技术正在一个个减少，我们坚信，总有一天，我们可以完全掌握所有的核心科技，并完成对西方的超越。

    为贺荣明这样的科研工作者点赞，从他们身上，我们看到什么是真正的“工匠精神”，真正是工匠，是为国铸器，他们才是真正的“大国工匠”。