EUV光刻机：在微妙之间竞赛

解一章

2020年10月14日，半导体巨头、全球光刻机领头企业阿斯麦（ASML）首席财务官罗杰·达森对向中国出口光刻机的问题作出了表态。他表示，阿斯麦可以从荷兰向中国出口DUV（深紫外）光刻机，无需美国许可。但讲话并未提到更先进的EUV（极紫外）光刻机。

芯片竞赛的火热，带着背后低调的光刻机也频频出圏。小小的芯片，不过拇指盖大小，却能在几十平方毫米的空间里，运行几十亿个晶体管。其中之精妙，令人惊叹。

在芯片制造中，光刻机是无法绕开的核心设备。我们可以将光刻机理解成一个成像设备，它将光源照射到设置好的图像，通过成像系统把电路图形精确复制到晶圆上，制造出芯片所需的图形和功能区。

看似简单的原理，背后却是纳米级别的精确度。因此，光刻机有着“半导体行业皇冠上的明珠”之称，而高端的光刻机更号称世界上最精密的仪器。

光刻机的竞赛，不仅在于精尖技术的毫厘突破，还在于数十年来，几大公司之间商业考量、技术争夺甚至不同国家间政治化博弈的不断微妙权衡。目前，荷兰阿斯麦、日本尼康以及佳能三大品牌占据了全球九成以上的市场份额，而最高级的EUV技术则完全掌握在阿斯麦一家手中。

罗杰·达森的松口，或许是一个危机暂纾的信号。但今后要想自主制造高端芯片，突破高端光刻机领域的技术垄断仍是绕不开的路。那么，国产光刻机会是下一个逆袭的“盾构机”吗？

EUV光刻机如何造就？

从濒临破产的小公司成长为光刻机巨擘，阿斯麦的商业故事是一个传奇。

1984年，在飞利浦210万美元的出资下，阿斯麦诞生了。此时佳能、尼康都早已入局。从成立之初阿斯麦就一直在与缺钱作斗争，最初的31名员工就在简易木板房里办公。此后公司两度因为撤资而走不下去，游说投资人甚至成为员工的必备技能。初创十年，阿斯麦筚路蓝缕。

90年代，光刻机光源波长卡在了193纳米上，全行业都在寻求突破。当时，尼康等老牌公司主张改良前代技术，采用157纳米波长的光线;美国新生的 EUVLLC联盟则倾向于研发EUV技术，采用十幾纳米的极紫外光，但短时间实现也并不容易。

第三种方案出现了，台积电工程师林本坚提出了浸润式光刻方案，即通过水的折射原理，直接将193纳米降至132纳米。但这一方案不被各方接受，只有阿斯麦抛出了绣球。双方携手，仅用了一年，就赶出了第一台样机，由此阿斯麦成功拿下大订单。

阿斯麦靠着132纳米的湿刻技术，成功赶超了尼康的干刻。一步之差，尼康开始落入下风。数据显示，在2000年之前的16年里，阿斯麦占据的市场份额不足10%。2000年后，阿斯麦市场份额逐渐增长，2007年已经超过尼康，达到约60%。

除了光刻机，阿斯麦一直以来没有其他产品线。他们始终专注于光刻领域，以满足芯片产业的需求。EUV成为阿斯麦瞄准的必争之地。

EUVLLC联盟自行研发EUV并不顺利，便想要和尼康、阿斯麦合作。问题在于这两家都非美国本土企业。两相比较，曾一度在半导体领域意气风发的日本更令美国忌惮。与此同时，阿斯麦主动示好来表现诚意，愿意出资在美国建厂和设立研究中心，并且保证55%的零部件从美国采购，因此赢得了美国政府的信任。

加入 EUVLLC联盟对于阿斯麦成功研发出EUV光刻机至关重要。分享联盟大量的技术研发成果、联合顶尖科研力量、收购美国多个设备供应商完善上游供应链、出台计划吸引客户联合投资，阿斯麦由此成为全球唯一一家能够设计和制造EUV光刻机的公司。

回溯阿斯麦的一次次战略选择和突破便能发现，当下最高端的EUV光刻机并非是单靠一家公司埋头研发、单打独斗就能完成的，当中离不开多个国家、地区的技术支撑和整个产业成熟发展的智慧。

纳米级别的赛道

如今，代表着行业最高水准的阿斯麦正为全球绝大部分芯片制造公司提供产品及服务。在三家厂商的市场格局中，阿斯麦也是毫无疑问的行业第一。

根据公司财报，2020年第三季度阿斯麦光刻机净销售额达31亿欧元，其中中国大陆市场的营收占到21%。第三季度阿斯麦总计净销售额达到约40亿欧元，净收入近11亿欧元。EUV光刻机的收入占比极高，贡献了66%的光刻机销售额。

5G芯片、存储器、计算芯片等制造过程都涵盖着上百道的光刻工艺。光刻工艺非常重要，如果工艺不能实现精准，芯片质量就无法得到保证，甚至会成为废品。而芯片制造要想突破10纳米以下节点，更是离不开EUV光刻技术。

阿斯麦的首台光刻机PAS2000在1984年问世并获得市场的初步认可，由此登上光刻机的舞台。2015年，阿斯麦推出193纳米波长的光刻机机型，被广泛采用。2016年，阿斯麦推出可量产的最先进EUV光刻机，售价每台1.2亿美元，也被三星、台积电等排队抢购。

EUV光刻机，在7纳米工艺以下的芯片制造上，有着广阔的前景。譬如主要用来做信号处理的逻辑芯片，一路从10纳米到7纳米，再到5纳米。2020年下半年，5纳米制程逻辑芯片进入大量生产阶段。

在5G、物联网等新应用需求的刺激下，芯片产业快速成长，这也拉动背后的光刻机厂商的不断发展，阿斯麦也一直在加大投入研发。

与此同时，国产光刻机也未懈怠。1977年，我国第一台光刻机诞生。在80年代，我国研制出分布投影式光刻机，彼时与国外先进水平差距不大。但在这以后，我国光刻机停滞在193纳米的水平。

进入21世纪，我国一直努力追赶，已在中低端市场有所开拓。2002年，上海微电子开始攻克光刻机，目前已自主研制生产出90纳米的光刻机。但显然，这距离国际顶尖技术还有一定距离。

国内半导体行业如今热情高涨。2019年，我国集成电路销售收入7562亿元，同比增长15.8%，是全球集成电路发展增速最快的地区之一。2020年9月，中科院宣布入局研制高端光刻机，提振了国产芯片发展的信心。

但随着芯片尺寸的不断缩小，对于成像、光刻质量的要求也越来越高。在掌握精密的工艺、实现高精度的对准系统方面，国产光刻机仍有很长的路要走。

（摘自《看世界》2020年第23期）