中國造不出光刻機(jī)？中科大副院長：美國造不出，中國永遠(yuǎn)都不可能

2024年9月，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)原副校長朱士堯一句“美國尚且無法實(shí)現(xiàn)，中國單靠自身力量絕無可能突破”，瞬間引爆全網(wǎng)輿論，光刻機(jī)議題再度成為全民熱議焦點(diǎn)。

部分網(wǎng)友批評其言辭過于悲觀，有損民族信心；也有業(yè)內(nèi)人士盛贊他撕開了行業(yè)過度渲染的遮羞布，道出了技術(shù)攻堅中最堅硬的現(xiàn)實(shí)邏輯。

這句話聽來刺耳，卻精準(zhǔn)擊中了全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈最底層的運(yùn)行法則。

當(dāng)今世界最先進(jìn)的極紫外（EUV）光刻系統(tǒng)，并非某國閉門造車的成果，而是橫跨歐、美、亞三大洲，由數(shù)十個國家數(shù)百家頂尖科研機(jī)構(gòu)與制造企業(yè)共同編織的技術(shù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)晶——即便由美國主導(dǎo)協(xié)調(diào)，也難以完成全部技術(shù)閉環(huán)；而中國若試圖脫離這一全球協(xié)作體系獨(dú)自突圍，無異于在沒有地基的前提下建造摩天大樓。

不少中老年讀者常年聽到“光刻機(jī)”“制程工藝”等術(shù)語刷屏，卻未必清楚它究竟承擔(dān)何種功能。我們不妨用最直白的方式解釋：你正在使用的5G手機(jī)、聯(lián)網(wǎng)的智能空調(diào)、甚至車載導(dǎo)航系統(tǒng)，之所以能開機(jī)、聯(lián)網(wǎng)、運(yùn)算、響應(yīng)指令，全依賴內(nèi)部那枚指甲蓋大小的芯片。

一旦缺失芯片，這些設(shè)備將徹底喪失數(shù)字功能，淪為無法啟動、無法交互的電子空殼，連基本通電運(yùn)轉(zhuǎn)都成問題。

而芯片制造環(huán)節(jié)中，最具決定性、不可替代的核心裝備，正是光刻機(jī)——哪怕設(shè)計圖紙再先進(jìn)、架構(gòu)再精妙，若無法通過光刻工藝將電路圖精準(zhǔn)轉(zhuǎn)印至硅晶圓表面，所有前期投入都將歸零。這就像畫家畫出絕世名作卻找不到畫布，再高超的構(gòu)思也無法落地為實(shí)體產(chǎn)品。

尤其是用于7納米及以下先進(jìn)制程的EUV光刻機(jī)，其制造復(fù)雜度已逼近人類精密工程能力的極限邊界！

你或許難以置信：一臺EUV光刻設(shè)備凈重達(dá)180噸，相當(dāng)于滿載的波音737客機(jī)重量；整機(jī)集成超過10萬個高可靠性零部件，任意一個微米級誤差或裝配偏差，都會導(dǎo)致整機(jī)失效，停擺即成常態(tài)。

更嚴(yán)峻的是，這10萬多個關(guān)鍵組件，沒有任何單一國家具備全鏈條自主生產(chǎn)能力。必須依賴全球范圍內(nèi)約5000家頭部供應(yīng)商，分別提供各自領(lǐng)域內(nèi)達(dá)到“天花板級”性能的子系統(tǒng)與元器件，才有可能拼湊出一臺可商用的EUV整機(jī)。

每一項(xiàng)指標(biāo)都嚴(yán)苛到毫厘不容失：光學(xué)路徑誤差需控制在0.001納米以內(nèi)，機(jī)械定位重復(fù)精度要求優(yōu)于0.2納米，真空腔體潔凈度須達(dá)每立方米少于1個0.1微米顆粒——任何一項(xiàng)未達(dá)標(biāo)，整機(jī)即宣告報廢，毫無妥協(xié)空間。

以EUV系統(tǒng)最核心的反射式光學(xué)鏡頭組為例，目前全球僅德國卡爾蔡司公司掌握全套設(shè)計與制造能力，別無分號可尋！

該鏡頭的面形平整度誤差必須穩(wěn)定維持在0.1納米以內(nèi)，相當(dāng)于把整個鏡面放大到北京市區(qū)面積，其最高點(diǎn)與最低點(diǎn)落差不能超過一根頭發(fā)絲直徑的十萬分之一。肉眼完全不可辨識，普通電子顯微鏡亦無法直接觀測，唯有借助原子力顯微鏡逐點(diǎn)掃描才能驗(yàn)證。

蔡司為此項(xiàng)目歷時八年持續(xù)攻關(guān)，累計投入逾10億歐元資金，集結(jié)來自德、美、日、荷等十余國的三百余名頂級光學(xué)物理學(xué)家與精密工程師，歷經(jīng)上萬次鍍膜—檢測—修正循環(huán)，最終才交付首批合格鏡片。

即便是科技實(shí)力全球領(lǐng)先的美國，動用國家級實(shí)驗(yàn)室資源聯(lián)合攻關(guān)，至今仍未突破此項(xiàng)工藝壁壘，這就是當(dāng)前真實(shí)存在的代際鴻溝！

除光學(xué)系統(tǒng)外，EUV光源模塊同樣堪稱工程奇跡中的奇跡！目前全球僅有美國Cymer（現(xiàn)屬ASML）與德國通快（TRUMPF）兩家公司實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)應(yīng)用。

其工作原理是將液態(tài)錫金屬霧化為直徑僅數(shù)微米的微小液滴，再以兩束超強(qiáng)脈沖激光先后轟擊——首束預(yù)熱，次束主擊，使錫滴瞬時升溫至22萬攝氏度，激發(fā)出所需波長的極紫外光。該溫度約為太陽表面溫度（約5500℃）的40倍，稍有參數(shù)失控，便會發(fā)生劇烈等離子體爆燃，直接損毀價值數(shù)億美元的光學(xué)元件。

更為嚴(yán)苛的是，這套加熱—發(fā)光—冷卻全過程需以每秒5萬次的頻率穩(wěn)定循環(huán)，每次能量波動幅度不得超過±0.3%，否則輸出光子通量將劇烈抖動，導(dǎo)致芯片線寬嚴(yán)重失真，良率斷崖式下跌。

如此極端工況下的系統(tǒng)穩(wěn)定性，不僅中國尚未攻克，就連美國也只能掌控其中部分子系統(tǒng)，整套光源裝置仍需依賴德美聯(lián)合體協(xié)同交付。

至于承載晶圓高速運(yùn)動與精確定位的雙工件臺系統(tǒng)，則是荷蘭ASML公司的專屬護(hù)城河，技術(shù)封鎖等級極高，連圖紙都不對外公開。

其核心部件中，超高剛性空氣軸承產(chǎn)自瑞典SKF集團(tuán)，動態(tài)響應(yīng)精度達(dá)亞納米級；納米級流量調(diào)控閥件由法國泰雷茲旗下子公司獨(dú)家供應(yīng)；運(yùn)動控制系統(tǒng)軟件則深度綁定德國西門子工業(yè)平臺——任一環(huán)節(jié)缺位，整套雙工件臺即失去同步能力，光刻工序自動中斷。

正因EUV光刻機(jī)集成了人類當(dāng)前最尖端的材料科學(xué)、量子光學(xué)、超精密機(jī)械、真空物理、人工智能控制等十余個前沿學(xué)科成果，迄今全球僅ASML一家實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定量產(chǎn)供貨。

美國英特爾曾牽頭組建“EUV LLC”聯(lián)盟，整合勞倫斯利弗莫爾、桑迪亞等六大國家實(shí)驗(yàn)室資源，耗資超20億美元、歷時近十年，最終仍止步于原型機(jī)階段；德國、日本等工業(yè)強(qiáng)國亦多次嘗試破局，均未能跨越從實(shí)驗(yàn)室樣機(jī)到工業(yè)級產(chǎn)品的生死門檻。

自然會有人質(zhì)疑：美國坐擁全球最強(qiáng)科研體系與最雄厚資本，為何始終無法獨(dú)立研制成功？答案就藏在那段被塵封的歷史里。

上世紀(jì)九十年代末，美國能源部聯(lián)合英特爾、摩托羅拉等巨頭發(fā)起EUV先導(dǎo)計劃，動員全國頂尖高校與軍工復(fù)合體力量，目標(biāo)明確指向擺脫對日本尼康與佳能的設(shè)備依賴。然而歷經(jīng)十余年高強(qiáng)度投入后，項(xiàng)目被迫終止，最終轉(zhuǎn)向與ASML合作共建技術(shù)平臺。

日本尼康也曾傾盡全力押注EUV路線，前后投入超8億美元研發(fā)經(jīng)費(fèi)，組建千人規(guī)模專項(xiàng)團(tuán)隊(duì)，但連續(xù)七年未能解決掩模版污染與光源功率衰減兩大頑疾，最終黯然退出EUV主賽道，全面轉(zhuǎn)向深紫外（DUV）技術(shù)深耕。

視線轉(zhuǎn)回國內(nèi)，關(guān)于“中國光刻機(jī)困局”的誤讀從未停止。

所謂“中國造不出光刻機(jī)”，實(shí)屬偷換概念的誤導(dǎo)性表述！我國早已實(shí)現(xiàn)光刻機(jī)自主研發(fā)與批量交付，只是尚未邁入EUV這一最高端層級，切勿將“尚未抵達(dá)”等同于“永遠(yuǎn)無法企及”。

上海微電子裝備（SMEE）目前已實(shí)現(xiàn)SSA600系列DUV光刻機(jī)的規(guī)模化量產(chǎn)，支持28納米成熟制程節(jié)點(diǎn)，整機(jī)平均良率達(dá)到92.3%，已通過多家晶圓廠產(chǎn)線驗(yàn)證并正式導(dǎo)入量產(chǎn)流程。

這意味著每加工100片晶圓，至少有92片可滿足商用標(biāo)準(zhǔn)，足以支撐5G基站射頻芯片、汽車MCU控制器、物聯(lián)網(wǎng)通信模組等大量終端產(chǎn)品的國產(chǎn)化供應(yīng)。

尤為關(guān)鍵的是，該機(jī)型整機(jī)國產(chǎn)化率已達(dá)83.6%，包括曝光光學(xué)系統(tǒng)、精密運(yùn)動平臺、環(huán)境溫控模塊在內(nèi)的七大核心子系統(tǒng)均由國內(nèi)科研院所與龍頭企業(yè)聯(lián)合攻關(guān)完成，對外依存度大幅降低。

或許你會追問：既然DUV已具規(guī)模，為何EUV遲遲未能突破？答案并非主觀懈怠，而是客觀約束下的必然節(jié)奏。

首要障礙在于西方國家實(shí)施的嚴(yán)密技術(shù)圍堵——EUV所需的氟化鈣晶體、多層膜反射鏡、高功率CO?激光器等37類核心部件，全部被列入《瓦森納協(xié)定》出口管制清單，嚴(yán)禁向中國轉(zhuǎn)移相關(guān)技術(shù)與成品。

其次，EUV本質(zhì)是一項(xiàng)典型的“超級系統(tǒng)工程”，必須依托德國的光學(xué)設(shè)計能力、美國的光源物理建模能力、瑞典的超精密軸承制造能力、法國的微流體控制技術(shù)、日本的特種材料加工能力，以及荷蘭ASML長達(dá)三十年積累的系統(tǒng)集成經(jīng)驗(yàn)——五大支柱缺一不可，這是產(chǎn)業(yè)演進(jìn)規(guī)律決定的客觀現(xiàn)實(shí)，而非推諉之詞。

此外，光刻機(jī)并非簡單拼裝即可投入使用。整機(jī)調(diào)試周期普遍長達(dá)8至14個月，涉及3800余項(xiàng)獨(dú)立參數(shù)標(biāo)定，涵蓋溫度梯度補(bǔ)償、振動頻譜抑制、氣體成分凈化、激光脈沖整形等多個維度。其中僅環(huán)境溫控一項(xiàng)，就要求恒溫艙內(nèi)任意兩點(diǎn)間溫差長期穩(wěn)定在±0.001℃以內(nèi)，這對基礎(chǔ)工業(yè)配套能力提出前所未有的挑戰(zhàn)。

朱士堯教授所言“美國尚且無法實(shí)現(xiàn)，中國單靠自身力量絕無可能突破”，既非唱衰論調(diào)，亦非消極退縮，而是基于全球半導(dǎo)體發(fā)展史與工程技術(shù)規(guī)律作出的專業(yè)判斷。

EUV研發(fā)不存在彎道超車捷徑，它需要跨學(xué)科知識沉淀、跨國界技術(shù)互信、跨世代人才梯隊(duì)建設(shè)，更需要尊重科學(xué)規(guī)律的耐心與定力。

當(dāng)下我們雖暫未掌握EUV整機(jī)技術(shù)，但已在關(guān)鍵征途上邁出堅實(shí)步伐！

上海微電子的DUV光刻機(jī)不僅填補(bǔ)了國內(nèi)空白，更構(gòu)建起覆蓋設(shè)計—制造—檢測—封裝的完整技術(shù)驗(yàn)證閉環(huán)，零部件自主替代比例正以每年12%的速度穩(wěn)步提升，逐步削弱外部供應(yīng)鏈風(fēng)險，這本身就是一種實(shí)質(zhì)性突破，值得充分肯定，無需妄自菲薄。

半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的成長軌跡，從來不是百米沖刺，而是一場跨越數(shù)十年的馬拉松。

外部封鎖越嚴(yán)密，我們越需沉心靜氣夯實(shí)底層能力；技術(shù)代差越顯著，我們越要錨定方向加速原始創(chuàng)新。唯有堅持走自主創(chuàng)新之路，才能真正打破“卡脖子”困局。

我們不必盲目鼓吹“舉國之力速勝論”，也不應(yīng)陷入“技術(shù)絕望悲觀論”。清醒認(rèn)知差距，理性評估路徑，扎實(shí)積累每一項(xiàng)基礎(chǔ)工藝、每一個核心算法、每一類特種材料，終將在時間的復(fù)利效應(yīng)下，迎來屬于中國自己的EUV光刻機(jī)誕生時刻，徹底扭轉(zhuǎn)芯片產(chǎn)業(yè)受制于人的被動局面，牢牢握緊大國科技命脈的主動權(quán)！