光刻機(jī)這東西,說(shuō)白了就是芯片制造里最核心的設(shè)備之一。
現(xiàn)在全球高端極紫外光刻機(jī)(EUV)基本被荷蘭ASML一家包圓,美國(guó)自己反而造不出來(lái)完整的高端機(jī),這事兒很多人覺(jué)得不可思議。
畢竟美國(guó)科技那么強(qiáng),怎么就沒(méi)把這個(gè)最難的活兒干了?荷蘭一個(gè)小國(guó)又是靠什么站到頂端的?中國(guó)被卡脖子這么多年,能不能自己搞出來(lái)?
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上世紀(jì)七八十年代,美國(guó)在光刻機(jī)領(lǐng)域其實(shí)起步最早。
但后來(lái)日本尼康和佳能靠著規(guī)模化生產(chǎn)、成本控制和快速迭代,把市場(chǎng)搶了大半。到90年代,日本企業(yè)在步進(jìn)式和掃描式光刻機(jī)上基本稱霸,美國(guó)開(kāi)始坐不住了。
美國(guó)政府和產(chǎn)業(yè)界當(dāng)時(shí)面臨一個(gè)現(xiàn)實(shí)問(wèn)題:如果完全讓日本掌控半導(dǎo)體設(shè)備,未來(lái)芯片供應(yīng)鏈安全就成隱患。于是美國(guó)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室從90年代就開(kāi)始搞極紫外光刻(EUV)研究,投了大量錢。
但問(wèn)題來(lái)了,美國(guó)本土企業(yè)很難把光學(xué)、激光、精密機(jī)械這些環(huán)節(jié)全部整合起來(lái)。供應(yīng)鏈分散,協(xié)調(diào)成本高,企業(yè)之間又互相競(jìng)爭(zhēng),很難像后來(lái)ASML那樣形成合力。
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關(guān)鍵轉(zhuǎn)折在2000-2001年。ASML收購(gòu)了美國(guó)硅谷集團(tuán)(SVG),拿到了關(guān)鍵的EUV技術(shù)許可和專利授權(quán)。日本尼康和佳能雖然也參與了早期EUV合作,但美國(guó)出于戰(zhàn)略考慮,沒(méi)有把完整技術(shù)給日本。
這就給了ASML一個(gè)窗口期,它順勢(shì)把美國(guó)的光源技術(shù)(后來(lái)收購(gòu)Cymer公司)、德國(guó)蔡司的光學(xué)鏡片、其他歐洲國(guó)家的精密部件全部整合到一起,慢慢形成了全球最完整的EUV產(chǎn)業(yè)鏈。
結(jié)果就是,美國(guó)把最難的系統(tǒng)集成活兒讓給了荷蘭的ASML,自己反而成了供應(yīng)鏈里的一環(huán)。
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ASML在1984年才成立,最初就是飛利浦和ASMI各出一半錢搞的合資公司。那時(shí)候公司只有幾十個(gè)人,規(guī)模小得可憐。能走到今天,靠的不是荷蘭自己技術(shù)多牛,而是它非常會(huì)“借力”。
第一步,借美國(guó)的技術(shù)和資金。ASML明確承諾,大部分關(guān)鍵零部件從美國(guó)采購(gòu),并且接受美國(guó)定期審查。
2012年資金鏈差點(diǎn)斷的時(shí)候,英特爾、三星、臺(tái)積電直接掏了幾十億美元幫忙續(xù)命,換來(lái)的是ASML優(yōu)先滿足這些客戶的技術(shù)路線。
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第二步,借歐洲的精密制造。德國(guó)蔡司負(fù)責(zé)最難的多層膜反射鏡,鏡面拋光精度要到原子級(jí),單件鏡子做幾個(gè)月。
瑞典的軸承、其他歐盟國(guó)家的零部件,都被ASML整合進(jìn)來(lái)。荷蘭本身工業(yè)基礎(chǔ)不算頂尖,但它作為歐盟成員,協(xié)調(diào)這些歐洲資源特別方便。
第三步,借客戶的需求牽引技術(shù)。2007年以后,ASML跟臺(tái)積電深度綁定,專門根據(jù)臺(tái)積電的制程需求優(yōu)化浸沒(méi)式和EUV光刻機(jī)。
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尼康和佳能在EUV上投入不夠,迭代速度跟不上,慢慢就被甩開(kāi)了。
說(shuō)白了,荷蘭沒(méi)把所有技術(shù)都自己從零做到一,而是當(dāng)了“超級(jí)系統(tǒng)集成商”。
它把全球最好的單項(xiàng)技術(shù)捏到一起,再加上專利墻(現(xiàn)在超1.2萬(wàn)項(xiàng)專利)和客戶綁定,把別人復(fù)制的路堵死了。這就是為什么一個(gè)小國(guó)能壟斷全球最尖端的民用裝備。
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中國(guó)從上世紀(jì)70年代就開(kāi)始搞光刻研究,上海微電子裝備公司(SMEE)是主力軍。現(xiàn)在90nm光刻機(jī)已經(jīng)商用,28nm浸沒(méi)式DUV也在2025年進(jìn)入驗(yàn)證階段,中芯國(guó)際已經(jīng)測(cè)試通過(guò),能支持14nm節(jié)點(diǎn)(用多重曝光方式)。
國(guó)產(chǎn)DUV光刻機(jī)的市場(chǎng)占有率在國(guó)內(nèi)已經(jīng)顯著提升,部分存儲(chǔ)廠承諾未來(lái)幾年把國(guó)產(chǎn)設(shè)備采購(gòu)比例提到40%以上。
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EUV這一塊難度最大。目前國(guó)內(nèi)有幾家單位在并行探索原型,包括激光誘導(dǎo)放電等離子體光源和激光產(chǎn)生等離子體兩種技術(shù)路線。
2025年已經(jīng)有實(shí)驗(yàn)室級(jí)光源能產(chǎn)生13.5納米波長(zhǎng),但功率、穩(wěn)定性和壽命都離商用差很遠(yuǎn)。業(yè)內(nèi)普遍估計(jì),真正做出商用EUV整機(jī),樂(lè)觀也要到2030年左右,更現(xiàn)實(shí)可能還要再往后推幾年。
現(xiàn)在最大的瓶頸不是錢也不是人,而是生態(tài)整合和長(zhǎng)期迭代經(jīng)驗(yàn)。ASML花了二十多年才把EUV從實(shí)驗(yàn)室做到量產(chǎn),中間燒掉幾百億美元,還差點(diǎn)破產(chǎn)。
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中國(guó)現(xiàn)在資源和人才都不缺,但時(shí)間和試錯(cuò)空間確實(shí)被壓縮了。
光刻機(jī)比原子彈稀有多了,因?yàn)樵訌検菐讉€(gè)國(guó)家從無(wú)到有搞出來(lái)的,而高端光刻機(jī)是全球分工協(xié)作下極致精密的產(chǎn)物。
美國(guó)沒(méi)做成完整版,荷蘭靠借力和整合做成了,中國(guó)現(xiàn)在就是在用自己的方式,從“借不到”走向“自己造”。
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