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(cái)務(wù)官羅杰·達(dá)森對(duì)向中國(guó)出口光刻機(jī)的問(wèn)題作出了表態(tài)。他表示，阿斯麥可以從荷蘭向中國(guó)出口DUV（深紫外）光刻機(jī)，無(wú)需美國(guó)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(jìng)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(guò)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(gè)晶體管。其中之精妙，令人驚嘆。

在芯片制造中，光刻機(jī)是無(wú)法繞開(kāi)的核心設(shè)備。我們可以將光刻機(jī)理解成一個(gè)成像設(shè)備，它將光源照射到設(shè)置好的圖像，通過(guò)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(jiǎn)單的原理，背后卻是納米級(jí)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(hào)稱世界上最精密的儀器。

光刻機(jī)的競(jìng)賽，不僅在于精尖技術(shù)的毫厘突破，還在于數(shù)十年來(lái)，幾大公司之間商業(yè)考量、技術(shù)爭(zhēng)奪甚至不同國(guó)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(chǎng)份額，而最高級(jí)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(gè)危機(jī)暫紓的信號(hào)。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(kāi)的路。那么，國(guó)產(chǎn)光刻機(jī)會(huì)是下一個(gè)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(zhǎng)為光刻機(jī)巨擘，阿斯麥的商業(yè)故事是一個(gè)傳奇。

1984年，在飛利浦210萬(wàn)美元的出資下，阿斯麥誕生了。此時(shí)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(zhēng)，最初的31名員工就在簡(jiǎn)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(shuō)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(zhǎng)卡在了193納米上，全行業(yè)都在尋求突破。當(dāng)時(shí)，尼康等老牌公司主張改良前代技術(shù)，采用157納米波長(zhǎng)的光線;美國(guó)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(shí)間實(shí)現(xiàn)也并不容易。

第三種方案出現(xiàn)了，臺(tái)積電工程師林本堅(jiān)提出了浸潤(rùn)式光刻方案，即通過(guò)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(tái)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(kāi)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(chǎng)份額不足10%。2000年后，阿斯麥?zhǔn)袌?chǎng)份額逐漸增長(zhǎng)，2007年已經(jīng)超過(guò)尼康，達(dá)到約60%。

除了光刻機(jī)，阿斯麥一直以來(lái)沒(méi)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(zhēng)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(wèn)題在于這兩家都非美國(guó)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(guó)忌憚。與此同時(shí)，阿斯麥主動(dòng)示好來(lái)表現(xiàn)誠(chéng)意，愿意出資在美國(guó)建廠和設(shè)立研究中心，并且保證55%的零部件從美國(guó)采購(gòu)，因此贏得了美國(guó)政府的信任。

加入 EUVLLC聯(lián)盟對(duì)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(gòu)美國(guó)多個(gè)設(shè)備供應(yīng)商完善上游供應(yīng)鏈、出臺(tái)計(jì)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(jì)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(kāi)多個(gè)國(guó)家、地區(qū)的技術(shù)支撐和整個(gè)產(chǎn)業(yè)成熟發(fā)展的智慧。

納米級(jí)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(chǎng)格局中，阿斯麥也是毫無(wú)疑問(wèn)的行業(yè)第一。

根據(jù)公司財(cái)報(bào)，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(guó)大陸市場(chǎng)的營(yíng)收占到21%。第三季度阿斯麥總計(jì)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(chǔ)器、計(jì)算芯片等制造過(guò)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(wú)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(kāi)EUV光刻技術(shù)。

阿斯麥的首臺(tái)光刻機(jī)PAS2000在1984年問(wèn)世并獲得市場(chǎng)的初步認(rèn)可，由此登上光刻機(jī)的舞臺(tái)。2015年，阿斯麥推出193納米波長(zhǎng)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(jià)每臺(tái)1.2億美元，也被三星、臺(tái)積電等排隊(duì)搶購(gòu)。

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(lái)做信號(hào)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(zhǎng)，這也拉動(dòng)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(shí)，國(guó)產(chǎn)光刻機(jī)也未懈怠。1977年，我國(guó)第一臺(tái)光刻機(jī)誕生。在80年代，我國(guó)研制出分布投影式光刻機(jī)，彼時(shí)與國(guó)外先進(jìn)水平差距不大。但在這以后，我國(guó)光刻機(jī)停滯在193納米的水平。

進(jìn)入21世紀(jì)，我國(guó)一直努力追趕，已在中低端市場(chǎng)有所開(kāi)拓。2002年，上海微電子開(kāi)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(guó)際頂尖技術(shù)還有一定距離。

國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體行業(yè)如今熱情高漲。2019年，我國(guó)集成電路銷售收入7562億元，同比增長(zhǎng)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(guó)產(chǎn)芯片發(fā)展的信心。

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

（摘自《看世界》2020年第23期）