在信息技术飞速发展的今天，集成电路芯片的重要性尽人皆知，有人说它是电子设备的大脑，也有人说它是现代工业的粮食。现代社会生活的各个方面都有它的身影。
我国拥有全球第一大芯片市场，占全球市场份额的50%以上，但80%以上的芯片却依赖进口，高端芯片的自给率更是不足10%。根据中国海关统计，2017年我国集成电路进口额为2601.4亿美元（出口额为668.8亿美元），集成电路已连续五年超过原油成为我国第一大进口商品。我国石油对外依存度近几年一直在60%以上，超过了国际经验50%的“安全警戒线”；然而，我国芯片的对外依存度又远高于石油。随着中美贸易争端不断升级，特别是中兴事件和晋华事件的发生，突显了我国在一些关键核心技术领域受制于人的现状，芯片短板问题更是引起了全社会的高度关注。人们感到加快高技术产业发展，保障国家经济安全的重要性。
作为世界第一制造大国，为什么我们在集成电路领域有如此大的差距？怎样提高芯片自给率？工欲善其事，必先利其器。芯片自给率不足有很多原因，生产芯片的先进装备的供给能力不足，是其中一个重要原因。
在制造芯片的诸多装备中，光刻机极为重要，当今世界只有荷兰阿斯麦（ASML）、日本尼康和佳能等少数几家公司能够制造。在我国，上海微电子装备（集团）股份有限公司（以下简称“上微”）是能够研制生产这种先进光刻机的唯一企业，因此，它承载着中国人追逐光刻的梦想。
零的突破
制造芯片可不是一件容易的事情。“制造一块集成电路芯片，其精细程度相当于一根头发丝的千分之一，好比在头发上面‘绣花’一样。”上微总经理贺荣明说。
在芯片生产流程中，光刻是最复杂、最关键的工艺步骤，耗时长、成本高。芯片生产的难点和关键点就在于将电路图从掩模转移至硅片，这一过程是通过光刻来实现的，光刻的工艺水平直接决定芯片的制程和性能水平。据介绍，芯片在生产中需要进行20-30 次的光刻，耗时占到集成电路生产环节的50%左右，成本占芯片总生产成本的1/3。
“要把一块体积小巧、功能强大的集成电路芯片制造出来，除了卓越的电路设计外，更离不开将设计图形转换成高性能芯片的制造设备，而其中最为关键的设备就是光刻机。”贺荣明如是说。
光刻机就像一台精密复杂的特殊照相机，在芯片制造中，它是
“定义图形”最为重要的一种机器。高端光刻机集精密光学、机械、控制、材料等先进科技和工程技术于一体，是集成电路装备中研发投入最大、技术难度最高的关键设备，因此，它被称为人类制造技术发展的制高点或集成电路产业“皇冠上的明珠”。正是因为研制光刻机的技术门槛和资金门槛都非常高，时至今日，世界上有能力涉足高端光刻机制造的企业也是寥若晨星。在上微成立之前，世界上除了荷兰的阿斯麦，还有日本的尼康和佳能，仅此而已。行业龙头老大是阿斯麦，它占有全球高达80%的市场份额，并垄断了高端光刻机——最先进的极紫外光刻机市场，可谓一骑绝尘。
就是在这样的市场环境下，上微诞生了。2002年春天，在上海浦东张江高科技开发区春晓路一栋3层小楼里，贺荣明带着最初的9位创业者走上了光刻机自主研发之路。也正是从那时起，中国人开始了追逐自己的光刻梦想。
在奉命组建上微之前，贺荣明在上海电气（集团）总公司工作，担任公司战略发展部部长。接受研发光刻机的任务，对他而言是一个巨大的挑战。
上微一创立就面临着重重困难。一是人才严重匮乏，这是公司遇到的最大难题。据贺荣明介绍，当时国内懂光刻机的人才只有几十人。二是缺乏技术积累，引进西方国家的技术受到很多限制，不得不从零起步。三是没有配套的供应链，当时国内与光刻机相关的配套行业几乎是一片空白。在这样的情况下，“想要建立行业生态链和国际合作很难，唯一的出路就是走创新之路。”贺荣明说。
如何创新？上微的创业者们把一种“解方程式”的方法应用到创新之中。他们首先“将自己定位于光刻机的‘顶层系统设计者’，并确立了聚焦集成创新的研发策略，通过在产业链上位置的跃迁实现自主创新。”光刻机的零部件可以由合作企业提供，但系统设计和核心技术要掌握在自己手里。通过自主攻关掌握整机和各重要分系统的设计，再将其层层分解到元器件，全球可合作的资源就丰富了。
上微专门设置了一个集成工程部，其职责就是把关设备，把一个个小的系统集成成光刻机。“我们既是前锋又是守门员。前锋是要把产品性能调到最佳提供给客户，守门员就是堵住这样那样的问题。”上微集成工程部经理毛方林说。在这个过程中没有任何现成的经验可以借鉴，只能靠自己的摸索和经验积累。
经过在系统设计和集成方面持续艰苦的探索，上微终于走出了一条通向集成创新的成功之路。说起上微的集成创新，贺荣明颇有心得：“集成创新，就是由我设计，然后利用全球技术为我所用，最后还由我调控。在技术基础薄弱和国外封锁的情况下，用好的管理和组织方式，照样可以掌握复杂的技术系统。”
鏖战多年后，他们的努力终于得到了回报。2008年，上微制造出了第一台国产100纳米光刻机，实现了零的突破。同年，上微开始研制90纳米光刻机。
2018年3月，上微承担的国家重大科技专项（02专项）的“90纳米光刻机”产品通过了国家验收。国产90纳米光刻机的问世，标志着上微成为继阿斯麦、尼康和佳能之后，第四家掌握光刻机系统设计和系统集成技术的公司。
上微的不懈努力，得到了国家权威机构和社会各界的认可。2012年12月，上微负责的研究课题《纳米精度多自由度运动系统关键技术及其应用》荣获“国家技术发明二等奖”。2018年6 月，上微获得由上海品牌国际认证联盟等机构授予的“上海品牌”认证荣誉称号，成为上海首批获得该认证的企业。
“沿途下蛋”
聪明的企业经营战略是可以相近的。2018 年7 月13 日，华为总裁任正非在华为内部作了一个题为《在攀登珠峰的路上沿途下蛋》的报告。他说：“我们要承认现实主义，不能总是理想主义，我们要在攀登珠峰的征程中沿途下蛋。”任正非以“无人驾驶”为例说：“无人驾驶是基础研究，我们要支持科学家为理想而奋斗，暂时不要去做商用产品。而沿途下蛋，则是即使将来我们不能在马路上无人驾驶，也可以在生产线上使用、管理流程中使用、低速条件下的工作中使用……无人驾驶就是爬珠峰，爬山过程中，有人可以半路去放羊，有人可以半路去挖矿，有人可以半路去滑雪……，把孵化的技术应用到各个领域，这就是沿途下蛋。”
“沿途下蛋”一经任正非的口说出来，市场上效仿者云集。然而，大家可能不知道，在此之前，上微早已提出并实践了“沿途下蛋”的企业经营战略。
就中国而言，做出90纳米光刻机，无疑是在100纳米光刻机基础上的又一大进步。但是，当下光刻机市场的主流产品是28-14纳米光刻机，上微碰到了产品落后于市场需求的难题。在这种情况下，产业链下游的芯片制造企业不会掏出真金白银购买上微的90纳米光刻机，这就意味着上微研发的高端光刻机无法进入生产线调试，从而无法积累工艺适应性经验。没有经验的积累，进一步研发又从何谈起？更大的问题是：没有销售收入，企业持续经营下去的资金从何而来？
钱从哪里来？这是上微必须要解决的问题。政府扶持固然能解决一部分研发资金短缺的难题，但并不能提供企业运营所需的全部资金。企业要生存下去，要发展起来，光靠政府“输血”是不够的，一定要有持续的自我“造血”能力。
事实上，在长期的研发过程中，上微已经积累了一定的技术力量，基本掌握了高端光刻机的集成技术，并且部分掌握了光刻机核心部件的制造技术。于是，上微的运营团队在思考：企业能不能在继续攻关高端光刻机的同时，利用现有的技术力量开发出产业链其他环节所需的产品？显然，这样做的结果，既有利于降低对“输血”的依赖，也有利于增强企业的“造血”能力。上微把这种由技术向市场转化的模式称作“沿途下蛋”。
通过这种模式，上微的产品线日渐丰富，国内、国际市场也逐渐打开，营业收入不断增加。“上微研制的LED光刻机市场占有率全球第一；封装光刻机占领了90%的国内市场，同时国际市场占有率全球第二；平板光刻机已供给国内京东方、天马公司等，打破了日本佳能、尼康公司对我国技术和市场的垄断。”上微战略规划总监贺跃进说。此外，上微还开发了激光封装、激光退火、检测类装备等。通过这些适应市场需求的技术转化，上微实现了自我“造血”。2017年，上微实现销售收入4亿多元，净利润达到10%。
从“沿途下蛋”的结果来看，上微并不是为了赚快钱而去搞房地产或金融，也不是离开核心技术搞多元化，而是充分利用自己多年积累起来的技术优势，在半导体设备行业不断产出满足市场需求的“金蛋”。
例如，LED灯是国家倡导的节能产品，其芯片制造需要光刻机。上微研发的LED光刻机以其领先的技术优势，广受市场的追捧。
再如，平板光刻机是新型显示产业中的关键装备，国际上只有少数国家能够生产此类设备。上微研制的平板光刻机打破了国外垄断，在国内日益受到市场的认可。上微应用于平板显示的SSB245高分辨率投影曝光机荣获“2016年中国国际工业博览会金奖”。
在集成电路芯片制造装备的研制方面，上微的策略是“一手抓国家战略，一手实施产业化。”上微始终把国家战略布局的高端光刻机（也称前道光刻机）作为重点攻关任务，积极探索将其核心技术应用到产业链的其他环节。
“我国的封装企业基本都使用我们生产的后道光刻机。我们的产品比美国的同类产品有竞争优势，而且我们的产品和国内用户的工艺匹配更好，我们能够做到24小时不间断地为国内用户服务。”贺跃进说。上微后道光刻机的成功上市，不仅打破了国外的垄断，改变了国际先进封装设备的市场格局，而且还迫使国外竞争对手不得不大幅下调其产品的售价。前道光刻机的国产化是上微的终极目标。上微把研发前道光刻机形象地比喻为攀登“珠峰”，而“沿途下蛋”就是在登顶“珠峰”的途中技术外溢并商业化的结果，这是上微对企业经营战略的一种创新。
在实施“沿途下蛋”的经营战略中，上微形成了高端光刻类设备、激光应用类设备、光学检测类设备、特殊应用类设备四大系列产品。在此基础上，上微又将攀登新的高峰，力争在2025年建成中国领先、全球先进的以光刻机及相关衍生产品为代表的高端智能装备集团，成为国家泛半导体产业领域高端智能装备的一支重要力量。
再攀新高
90纳米光刻机刚刚通过验收，上微又受领了新的任务：到2020年完成28纳米光刻机的研制。对于上微而言，这是一个光荣的任务，也是十分艰巨的任务。从光刻机的技术阶梯看，90纳米是一个技术台阶，从90纳米做到65纳米比较容易，对65纳米光刻机进行升级可做到45纳米。45纳米又是一个重要的技术台阶，32纳米、28纳米光刻机基本都是对45纳米浸没式深紫外光刻机改进升级的结果。上到45纳米这个台阶后，对物镜和光源进行升级可以达到32纳米，极限光刻工艺节点可达28纳米。但下一步升级到22纳米这一台阶，因为要用到很多新技术，其难度将大增。
现在，上微要在不到3年的时间，跳过65纳米、45纳米等台阶，从90纳米干式光刻机直接升级到28纳米浸没式光刻机，其难度可想而知。
在国际上，光刻机的发展步伐一直没有停止。阿斯麦现在已开发了新一代极紫外光刻机，如果我们不提速追赶，那么我们的新产品一出来，就又可能像90纳米光刻机一样，沦为不适合主流市场需求的落后产品；国内晶圆厂也改变不了高端光刻机依赖进口的命运。
上微有完成任务的责任和使命，也有完成任务的既有优势。
首先，经过16年的发展，上微现已发展成为世界第四个掌握光刻机系统设计和系统集成技术的公司，通过持续的自主创新和技术积累，在光刻机核心技术方面取得了一些重大突破。截至2017年5月，上微申请专利总数多达2498项（授权1371件），其中申请中国发明专利1845项(授权1050项)，申请国外发明专利407项(授权140项)。上微知识产权保护工作做得卓有成效，被评为国家级知识产权示范企业。
其次，上微已形成了一支超过1000人的员工队伍。这是一支年龄结构合理、学科门类齐全、专业技能扎实的光刻机设计、集成的优秀工程技术人才队伍，与复杂系统研制和产品化、产业化相适应的经营管理团队。
凭借上述优势，再加上国家在资金和其他政策方面的大力支持，上微正在努力追赶，努力争取2020年完成任务。
不可否认，当今世界先进制造业的竞争尤其是集成电路产业的竞争，已经不是一个企业的单打独斗，而是全产业链的竞争。上微是一个在光刻机系统设计和系统集成方面有优势的公司，28纳米浸没式光刻机能不能按时生产出来，还要取决于我国光刻机产业链能不能提供制造28纳米浸没式光刻机所需的核心零部件，例如镜头、光源等。
镜头、光源、工件台、浸液系统是28纳米浸没式光刻机的四大核心部件，国内一直有研究机构在研发。有了符合28纳米要求的前三个组件，再加上浸液系统，就能够做出28纳米浸没式光刻机。据清华大学教授朱煜介绍，清华大学研制的浸没式光刻机双工件台2017年立项，第一台2019年交付使用。中科院长春光学精密机械和物理研究所、应用光学国家重点实验室研发的物镜系统，中科院上海光学精密机械研究所研发的照明系统，浙江大学研发的28纳米光刻机浸液系统，也都有比较好的研发进展。
从这些情况看，我国光刻机的全产业链正在形成，这让人们有理由乐观地期待：不久的将来，国产28纳米浸没式光刻机将在上微诞生。
（编辑 宋斌斌）
