光刻機（Mask Aligner）是製造微機電、光電、二極體(ti) 大規模集成電路的重要設備。一台光刻機主要包括了曝光係統和對準係統兩(liang) 個(ge) 部分。光刻機能夠利用曝光係統發射出的紫外線通過模版去除晶圓表麵的保護膜，將器件或電路結構臨(lin) 時“複製”到矽片上。根據工作方式，光刻機又可分為(wei) 兩(liang) 種。第一種是模板與(yu) 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(men) 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(lan) 光刻機製造公司ASML對外宣稱，其主要的元器件供應商Prodrive工廠於(yu) 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(chan) 量在18台左右，而國內(nei) 著名集成電路製造企業(ye) 中芯國際曾在2017年成功預定ASML公司1台製程為(wei) 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，導致這台光刻機直至今日都未交付給中芯國際。盡管中芯國際已經掌握了7nm工藝的應用，但是卻因為(wei) 遲遲未到貨的光刻機而無法投產(chan) ，這給中國的半導體(ti) 領域，特別是芯片製造產(chan) 業(ye) 帶來了巨大的挑戰。

難道中國不能製造光刻機？我可以先明確地告訴你可以，但是許多複雜的大國博弈、行業(ye) 曆史以及技術差距還需要在後文中為(wei) 大家詳細地進行介紹。

始於(yu) 冷戰，卻未隨之而終

在第二次世界大戰結束後，圍繞著美蘇兩(liang) 大巨頭形成了兩(liang) 大陣營，並進入了眾(zhong) 所周知的冷戰時期。當時，美國及其西歐盟友為(wei) 了防止以蘇聯為(wei) 首的紅色陣營發展高端武器，包括美國、英國、日本、法國、澳大利亞(ya) 在內(nei) 的十七個(ge) 國家於(yu) 1949年11月在巴黎成立巴黎統籌委員會(hui) （簡稱巴統）。限製成員國向社會(hui) 主義(yi) 國家出口，包括軍(jun) 事武器裝備、尖端技術產(chan) 品和稀有物資等三大類上萬(wan) 種產(chan) 品。

後來隨著中美建交，冷戰的結束，歐美等國家看中了中國龐大的勞動力優(you) 勢以及低廉的勞工成本，便稍微放鬆了對中國的軍(jun) 民用產(chan) 品禁運，並於(yu) 1994年4月1日正式將這個(ge) 冷戰時期的協會(hui) 解散。

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

《瓦森納協定》，又被稱為(wei) “瓦森納安排機製”，全名為(wei) 《關(guan) 於(yu) 常規武器和兩(liang) 用物品及技術出口控製的瓦森納安排》。這是世界主要的工業(ye) 設備和武器製造國在巴黎統籌委員會(hui) 解散後於(yu) 1996年成立的一個(ge) 旨在控製常規武器和高新技術貿易的國際性組織。協定中包含了兩(liang) 份清單。一份是軍(jun) 民兩(liang) 用商品和技術清單，涵蓋了先進材料、材料處理、電子器件、計算機、電信與(yu) 信息安全、傳(chuan) 感與(yu) 激光、導航與(yu) 航空電子儀(yi) 器、船舶與(yu) 海事設備、推進係統等9大類。另一份是軍(jun) 品清單，涵蓋了各類武器彈藥、設備及作戰平台等共22類。

而對於(yu) 中國的半導體(ti) 發展，因為(wei) 《瓦森納協定》的存在，從(cong) 芯片設計到製造等多個(ge) 領域，都無法獲取海外的先進技術。就拿今天的主題——光刻機來說，即使中芯國際能夠通過與(yu) 比利時微電子研究中心（IMEC）進行合作，買(mai) 到二手的光刻機設備，但中國企業(ye) 必須等待IMEC使用五年後才能拿到手，因為(wei) 這樣才符合《瓦森納協定》中的要求。舉(ju) 個(ge) 例子，英特爾、三星、台積電2015年能買(mai) 到ASML 10NM的光刻機。而大陸的中芯國際，2015年隻能買(mai) 到ASML在2010年生產(chan) 的32NM的光刻機——五年時間對於(yu) 半導體(ti) 產(chan) 業(ye) 來說，已經可以得到數次迭代了。

除了不能買(mai) 到最新的生產(chan) 設備之外，因為(wei) 《瓦爾納協定》中的條款限製，華裔工程師還不能進入到歐美等知名半導體(ti) 公司的核心部門，防止技術泄露。中國的半導體(ti) 產(chan) 業(ye) ，因而受到了從(cong) 生產(chan) 設備到人才積累的全方位壓製。直至今天，即使中國企業(ye) 能夠掌握先進的工藝製程，也因無法得到先進的設備而不能進行芯片的實際生產(chan) 。

稱霸世界半導體(ti) 製造行業(ye) 的巨頭，ASML

目前擁有光刻機製造能力的企業(ye) 主要有荷蘭(lan) 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麵的技術積累，獲取了來自IBM、英特爾、AMD、德州儀(yi) 器的大量訂單，與(yu) 當時來自美國的行業(ye) 龍頭GCA平起平坐，象征了日本半導體(ti) 產(chan) 業(ye) 的騰飛。然而，風水輪流轉，由於(yu) 國與(yu) 國之間的商業(ye) 及技術博弈，最終卻讓ASML這個(ge) 曾經名不見經傳(chuan) 的角色坐到了光刻機製造領域的王座上。

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

但就是這麽(me) 一家公司，成立僅(jin) 二十年不到，就實現了技術的飛躍，掌控了各大晶圓代工廠的能否開工的生殺大權。ASML甚至揚言道“如果我們(men) 交不出EUV光刻機，那麽(me) 摩爾定律就將會(hui) 停擺”。

ASML的發展曆史中充滿了機遇和挑戰。2003年，其聯合台積電工程師林本堅研發“沉浸式光刻”方案，依靠水會(hui) 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(chan) 品，奪得了IBM、台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幹式微影157nm技術的尼康，打得氣喘籲籲。ASML也靠著這漂亮的一仗，贏得了當時美國新生，主導極紫外技術的EUV LLC聯盟的入場券，從(cong) 而在之後的歲月中獲得了美方的大量軟、硬件技術資源共享。ASML更是在2013年以25億(yi) 美元高價(jia) ，並購了一家名為(wei) Cymer的美國公司，因為(wei) 其擁有生產(chan) EUV光刻技術所需大功率光源的能力。

縱觀ASML的發展之路，甚至可以稱得上是幸運。雖然ASML在2004年的成功獲得了業(ye) 界的關(guan) 注，但尼康仍然是一個(ge) 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(chan) 品，即使是之前的45nm和之後的22nm，也采用ASML和尼康同時供貨的模式。但由於(yu) 尼康在遭遇美國封鎖後，生產(chan) 技術逐步落後，製造效率也越來越明顯地落後於(yu) ASML。最終，英特爾在新CEO上任後，還是將尼康提出了局。尼康從(cong) 此一蹶不振，不得不退出IC光刻市場，其生產(chan) 的光刻機在之後也主要應用於(yu) 三星、LG、京東(dong) 方等企業(ye) 的顯示麵板生產(chan) 領域。

當然，ASML在加入EUV LLC聯盟之後也沒閑著。在2015年，ASML推出了第一台可量產(chan) 的EUV樣機。這台重達180噸、價(jia) 值高達1.2億(yi) 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在光刻領域的壟斷地位。

而在芯片製造以及光刻機領域，我們(men) 同樣有很長的一段路要走，也必須得堅持走下去。