EUV光刻機(jī)：在微妙之間競賽

解一章

2020年10月14日，半導(dǎo)體巨頭、全球光刻機(jī)領(lǐng)頭企業(yè)阿斯麥（ASML）首席財務(wù)官羅杰·達(dá)森對向中國出口光刻機(jī)的問題作出了表態(tài)。他表示，阿斯麥可以從荷蘭向中國出口DUV（深紫外）光刻機(jī)，無需美國許可。但講話并未提到更先進(jìn)的EUV（極紫外）光刻機(jī)。

芯片競賽的火熱，帶著背后低調(diào)的光刻機(jī)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(yùn)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(jī)是無法繞開的核心設(shè)備。我們可以將光刻機(jī)理解成一個成像設(shè)備，它將光源照射到設(shè)置好的圖像，通過成像系統(tǒng)把電路圖形精確復(fù)制到晶圓上，制造出芯片所需的圖形和功能區(qū)。

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

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

羅杰·達(dá)森的松口，或許是一個危機(jī)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(jī)領(lǐng)域的技術(shù)壟斷仍是繞不開的路。那么，國產(chǎn)光刻機(jī)會是下一個逆襲的“盾構(gòu)機(jī)”嗎？

EUV光刻機(jī)如何造就？

從瀕臨破產(chǎn)的小公司成長為光刻機(jī)巨擘，阿斯麥的商業(yè)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?yàn)槌焚Y而走不下去，游說投資人甚至成為員工的必備技能。初創(chuàng)十年，阿斯麥篳路藍(lán)縷。

90年代，光刻機(jī)光源波長卡在了193納米上，全行業(yè)都在尋求突破。當(dāng)時，尼康等老牌公司主張改良前代技術(shù)，采用157納米波長的光線;美國新生的 EUVLLC聯(lián)盟則傾向于研發(fā)EUV技術(shù)，采用十幾納米的極紫外光，但短時間實(shí)現(xiàn)也并不容易。

第三種方案出現(xiàn)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(jī)，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(shù)，成功趕超了尼康的干刻。一步之差，尼康開始落入下風(fēng)。數(shù)據(jù)顯示，在2000年之前的16年里，阿斯麥占據(jù)的市場份額不足10%。2000年后，阿斯麥?zhǔn)袌龇蓊~逐漸增長，2007年已經(jīng)超過尼康，達(dá)到約60%。

除了光刻機(jī)，阿斯麥一直以來沒有其他產(chǎn)品線。他們始終專注于光刻領(lǐng)域，以滿足芯片產(chǎn)業(yè)的需求。EUV成為阿斯麥瞄準(zhǔn)的必爭之地。

EUVLLC聯(lián)盟自行研發(fā)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(yè)。兩相比較，曾一度在半導(dǎo)體領(lǐng)域意氣風(fēng)發(fā)的日本更令美國忌憚。與此同時，阿斯麥主動示好來表現(xiàn)誠意，愿意出資在美國建廠和設(shè)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(lián)盟對于阿斯麥成功研發(fā)出EUV光刻機(jī)至關(guān)重要。分享聯(lián)盟大量的技術(shù)研發(fā)成果、聯(lián)合頂尖科研力量、收購美國多個設(shè)備供應(yīng)商完善上游供應(yīng)鏈、出臺計劃吸引客戶聯(lián)合投資，阿斯麥由此成為全球唯一一家能夠設(shè)計和制造EUV光刻機(jī)的公司。

回溯阿斯麥的一次次戰(zhàn)略選擇和突破便能發(fā)現(xiàn)，當(dāng)下最高端的EUV光刻機(jī)并非是單靠一家公司埋頭研發(fā)、單打獨(dú)斗就能完成的，當(dāng)中離不開多個國家、地區(qū)的技術(shù)支撐和整個產(chǎn)業(yè)成熟發(fā)展的智慧。

納米級別的賽道

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

根據(jù)公司財報，2020年第三季度阿斯麥光刻機(jī)凈銷售額達(dá)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(dá)到約40億歐元，凈收入近11億歐元。EUV光刻機(jī)的收入占比極高，貢獻(xiàn)了66%的光刻機(jī)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(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)，芯片質(zhì)量就無法得到保證，甚至?xí)蔀閺U品。而芯片制造要想突破10納米以下節(jié)點(diǎn)，更是離不開EUV光刻技術(shù)。

阿斯麥的首臺光刻機(jī)PAS2000在1984年問世并獲得市場的初步認(rèn)可，由此登上光刻機(jī)的舞臺。2015年，阿斯麥推出193納米波長的光刻機(jī)機(jī)型，被廣泛采用。2016年，阿斯麥推出可量產(chǎn)的最先進(jìn)EUV光刻機(jī)，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(jī)，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(jìn)入大量生產(chǎn)階段。

在5G、物聯(lián)網(wǎng)等新應(yīng)用需求的刺激下，芯片產(chǎn)業(yè)快速成長，這也拉動背后的光刻機(jī)廠商的不斷發(fā)展，阿斯麥也一直在加大投入研發(fā)。

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

進(jìn)入21世紀(jì)，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(jī)，目前已自主研制生產(chǎn)出90納米的光刻機(jī)。但顯然，這距離國際頂尖技術(shù)還有一定距離。

國內(nèi)半導(dǎo)體行業(yè)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(fā)展增速最快的地區(qū)之一。2020年9月，中科院宣布入局研制高端光刻機(jī)，提振了國產(chǎn)芯片發(fā)展的信心。

但隨著芯片尺寸的不斷縮小，對于成像、光刻質(zhì)量的要求也越來越高。在掌握精密的工藝、實(shí)現(xiàn)高精度的對準(zhǔn)系統(tǒng)方面，國產(chǎn)光刻機(jī)仍有很長的路要走。

（摘自《看世界》2020年第23期）