EUV光刻機：在微妙之間競賽

解一章

2020年10月14日，半導體巨頭、全球光刻機領頭企業阿斯麥（ASML）首席財務官羅杰·達森對向中國出口光刻機的問題作出了表態。他表示，阿斯麥可以從荷蘭向中國出口DUV（深紫外）光刻機，無需美國許可。但講話并未提到更先進的EUV（極紫外）光刻機。

芯片競賽的火熱，帶著背后低調的光刻機也頻頻出圏。小小的芯片，不過拇指蓋大小，卻能在幾十平方毫米的空間里，運行幾十億個晶體管。其中之精妙，令人驚嘆。

在芯片制造中，光刻機是無法繞開的核心設備。我們可以將光刻機理解成一個成像設備，它將光源照射到設置好的圖像，通過成像系統把電路圖形精確復制到晶圓上，制造出芯片所需的圖形和功能區。

看似簡單的原理，背后卻是納米級別的精確度。因此，光刻機有著“半導體行業皇冠上的明珠”之稱，而高端的光刻機更號稱世界上最精密的儀器。

光刻機的競賽，不僅在于精尖技術的毫厘突破，還在于數十年來，幾大公司之間商業考量、技術爭奪甚至不同國家間政治化博弈的不斷微妙權衡。目前，荷蘭阿斯麥、日本尼康以及佳能三大品牌占據了全球九成以上的市場份額，而最高級的EUV技術則完全掌握在阿斯麥一家手中。

羅杰·達森的松口，或許是一個危機暫紓的信號。但今后要想自主制造高端芯片，突破高端光刻機領域的技術壟斷仍是繞不開的路。那么，國產光刻機會是下一個逆襲的“盾構機”嗎？

EUV光刻機如何造就？

從瀕臨破產的小公司成長為光刻機巨擘，阿斯麥的商業故事是一個傳奇。

1984年，在飛利浦210萬美元的出資下，阿斯麥誕生了。此時佳能、尼康都早已入局。從成立之初阿斯麥就一直在與缺錢作斗爭，最初的31名員工就在簡易木板房里辦公。此后公司兩度因為撤資而走不下去，游說投資人甚至成為員工的必備技能。初創十年，阿斯麥篳路藍縷。

90年代，光刻機光源波長卡在了193納米上，全行業都在尋求突破。當時，尼康等老牌公司主張改良前代技術，采用157納米波長的光線;美國新生的 EUVLLC聯盟則傾向于研發EUV技術，采用十幾納米的極紫外光，但短時間實現也并不容易。

第三種方案出現了，臺積電工程師林本堅提出了浸潤式光刻方案，即通過水的折射原理，直接將193納米降至132納米。但這一方案不被各方接受，只有阿斯麥拋出了繡球。雙方攜手，僅用了一年，就趕出了第一臺樣機，由此阿斯麥成功拿下大訂單。

阿斯麥靠著132納米的濕刻技術，成功趕超了尼康的干刻。一步之差，尼康開始落入下風。數據顯示，在2000年之前的16年里，阿斯麥占據的市場份額不足10%。2000年后，阿斯麥市場份額逐漸增長，2007年已經超過尼康，達到約60%。

除了光刻機，阿斯麥一直以來沒有其他產品線。他們始終專注于光刻領域，以滿足芯片產業的需求。EUV成為阿斯麥瞄準的必爭之地。

EUVLLC聯盟自行研發EUV并不順利，便想要和尼康、阿斯麥合作。問題在于這兩家都非美國本土企業。兩相比較，曾一度在半導體領域意氣風發的日本更令美國忌憚。與此同時，阿斯麥主動示好來表現誠意，愿意出資在美國建廠和設立研究中心，并且保證55%的零部件從美國采購，因此贏得了美國政府的信任。

加入 EUVLLC聯盟對于阿斯麥成功研發出EUV光刻機至關重要。分享聯盟大量的技術研發成果、聯合頂尖科研力量、收購美國多個設備供應商完善上游供應鏈、出臺計劃吸引客戶聯合投資，阿斯麥由此成為全球唯一一家能夠設計和制造EUV光刻機的公司。

回溯阿斯麥的一次次戰略選擇和突破便能發現，當下最高端的EUV光刻機并非是單靠一家公司埋頭研發、單打獨斗就能完成的，當中離不開多個國家、地區的技術支撐和整個產業成熟發展的智慧。

納米級別的賽道

如今，代表著行業最高水準的阿斯麥正為全球絕大部分芯片制造公司提供產品及服務。在三家廠商的市場格局中，阿斯麥也是毫無疑問的行業第一。

根據公司財報，2020年第三季度阿斯麥光刻機凈銷售額達31億歐元，其中中國大陸市場的營收占到21%。第三季度阿斯麥總計凈銷售額達到約40億歐元，凈收入近11億歐元。EUV光刻機的收入占比極高，貢獻了66%的光刻機銷售額。

5G芯片、存儲器、計算芯片等制造過程都涵蓋著上百道的光刻工藝。光刻工藝非常重要，如果工藝不能實現精準，芯片質量就無法得到保證，甚至會成為廢品。而芯片制造要想突破10納米以下節點，更是離不開EUV光刻技術。

阿斯麥的首臺光刻機PAS2000在1984年問世并獲得市場的初步認可，由此登上光刻機的舞臺。2015年，阿斯麥推出193納米波長的光刻機機型，被廣泛采用。2016年，阿斯麥推出可量產的最先進EUV光刻機，售價每臺1.2億美元，也被三星、臺積電等排隊搶購。

EUV光刻機，在7納米工藝以下的芯片制造上，有著廣闊的前景。譬如主要用來做信號處理的邏輯芯片，一路從10納米到7納米，再到5納米。2020年下半年，5納米制程邏輯芯片進入大量生產階段。

在5G、物聯網等新應用需求的刺激下，芯片產業快速成長，這也拉動背后的光刻機廠商的不斷發展，阿斯麥也一直在加大投入研發。

與此同時，國產光刻機也未懈怠。1977年，我國第一臺光刻機誕生。在80年代，我國研制出分布投影式光刻機，彼時與國外先進水平差距不大。但在這以后，我國光刻機停滯在193納米的水平。

進入21世紀，我國一直努力追趕，已在中低端市場有所開拓。2002年，上海微電子開始攻克光刻機，目前已自主研制生產出90納米的光刻機。但顯然，這距離國際頂尖技術還有一定距離。

國內半導體行業如今熱情高漲。2019年，我國集成電路銷售收入7562億元，同比增長15.8%，是全球集成電路發展增速最快的地區之一。2020年9月，中科院宣布入局研制高端光刻機，提振了國產芯片發展的信心。

但隨著芯片尺寸的不斷縮小，對于成像、光刻質量的要求也越來越高。在掌握精密的工藝、實現高精度的對準系統方面，國產光刻機仍有很長的路要走。

（摘自《看世界》2020年第23期）