01 前沿導讀據《聯合早報》新聞指出，美國國會議員提出新法案，要求收緊在製造裝置上面的出口管制，重點約束荷蘭ASML、日本東京電子等企業對華出口。新法案包括禁止相關企業工程師在中國部分地區對已有的裝置進行維護和維修服務，而且還要在現有的技術管控上再次將範圍擴大，對ASML製造的所有浸潤式DUV光刻機實施更加嚴格的限制。目前荷蘭僅要求ASML對部分先進的浸潤式光刻機申請出口許可，並且針對的客戶群體有限，並沒有覆蓋所有中國客戶。新法案的落地，將會把覆蓋範圍拉到最大，完全禁止DUV光刻機與中國企業之間的聯絡，極大壓縮ASML中國區的生存空間。02 持續施壓2018年，就在美國重啟對中興的制裁之後，中芯國際用1.2億美元的價格緊急向ASML訂購了一台EUV光刻機。這個採購價格相當於中芯國際前一年的全年利潤，也在側面凸顯出了EUV光刻機對於中國晶片製造業的重要程度。沒有這台裝置，中芯國際的國產7nm工藝就無法進入測試階段，更不要說實現量產了。EUV光刻機屬於歐洲企業製造的晶片產業最頂級的工業裝置，需要受到《瓦森納協議》的影響。《瓦森納協議》是由美國主導建立的制裁條例，禁止歐美地區的企業未經允許將最先進的科技裝置運送到中國本土企業手中。不過ASML發言人表示，此次合作並沒有違反瓦森納協議，所有客戶都是平等的，而且中芯國際是由美籍華人張汝京所建立，其股東構成多元化，業務類股面向全球，EUV光刻機出口到中國完全沒有問題。但是時至今日，這台EUV光刻機不但沒有交付給中芯國際，反而還連帶著上一代浸潤式光刻機也被實施限制。根據復旦大學一帶一路及全球治理研究院發佈的資料顯示，2019年12月，瓦森納協議進行了新一輪修訂，新增了對計算光刻軟體、12英吋大矽片切磨拋技術的出口管制。隨後美國工業和安全域便依照瓦森納協議新增加的項目，對中國晶片產業實施更加嚴厲的制裁措施。2020年，被美國列入實體清單的中國企業將無法獲得製造10nm及以下技術節點的產品或技術。2021年，美國聯合歐洲、日本、韓國、台灣企業在內的64家半導體供應鏈組建美國半導體聯盟（晶片四方聯盟），開始在供應鏈層級對中國自主晶片實施出口管制。2023年，日本宣佈擴大半導體製造裝置的對華出口管制，將涉及晶片製造的6大類23種裝置事實限制。同年，ASML發佈公告稱，對於部分敏感的中國晶片企業，將無法獲得NXT:1970i及以上型號的浸潤式光刻機。從整個半導體產業的發展歷史上面來看，美國對中國晶片產業實施的制裁力度是巨大的，也是持續時間最長的，同時也是影響最深遠的。如果將中國晶片這些年受到的制裁措施，放在其他國家企業身上，那麼沒有人能夠頂住如此大規模的“制裁轟炸”，但是中國企業不同。中國企業不但掌握了7nm晶片的國產化製造，而且還在光刻機、矽片、製造裝置、製造材料等多個領域實現了跨越式發展。03 尋求突破據ASML官方近幾年發佈的聲明表示，EUV是被完全禁止出口給中國企業，那怕是韓國企業在華合資工廠也不允許購買。而上一代的浸潤式DUV光刻機，中芯國際、華虹這些中國大陸地區的自主企業此前囤積過一批ASML的光刻機裝置，現在已經被禁止向ASML繼續採購浸潤式光刻機。其他合資企業，例如三星西安工廠、SK海力士無錫工廠、台積電南京工廠可以根據實際情況給予出口批准，並且這些合資工廠也可以獲得來自於美國企業的裝置材料。為了壓制中國本土企業發展，美國還敦促ASML禁止為中國企業提供裝置的售後維修服務。但ASML中國區總裁沈波在進博會上表示，從1988年ASML將第一台裝置運到中國之後，中國市場就是ASML的重要客戶市場，中國市場上留存的光刻機與測量台，總裝機數量已經達到了1400台，ASML將會在合規的情況下繼續為中國企業提供服務。中國市場此前為ASML貢獻了40%以上的銷售佔比，是ASML全球第一大客戶市場。ASML前CEO彼得·溫寧克在接受國際媒體採訪時表示，禁止ASML與中國市場建立有效的合作關係，這是在損失西方國家的經濟利益。禁止他們購買ASML的裝置，他們會尋求進步自己開發。一旦中國企業開發出他們自己的製造裝置，那麼下一步便是依靠自主裝置與國際企業展開競爭。 (逍遙漠)

2026 年 4 月 3 日《路透社》消息，美國跨黨派議員提出《MATCH 法案》草案，擬進一步限制對華出口晶片製造裝置，荷蘭 ASML、日本尼康等企業在列。法案重點針對依賴的浸潤式 DUV 光刻機的企業，禁止相關裝置銷售與售後。此前美國已多輪管制，但僅限制 ASML 最先進裝置，新法或將全面封堵成熟 DUV 對華出口。2025 年，中國是 ASML 最大市場，佔其銷售額的 33%。ASML 今年 1 月表示，預計這一比例今年將降至 20%。ASML 周五拒絕置評。荷蘭外交部（負責貿易與出口政策）發言人表示：“我們不便對他國議員提出的法案草案置評。”（來源：路透社）英文報導原標題：US Targets Chinese Chipmaking With Proposed Export Restrictions on ASML and Others(芯榜)

01前沿導讀據美國戰略與國際研究中心研究員格雷戈裡·C·艾倫表示，中國科技公司已聘請ASML員工開發國產的光刻機裝置，但整體進度仍然處於落後狀態。隨後艾倫補充表示，在美國禁令生效之前，中國企業與ASML緊急簽訂了採購協議，囤積了ASML部分老款光刻機，以便繼續製造那些不太先進的晶片。02取得成功美國經濟歷史學家、外交政策研究院主任克里斯·米勒在個人作品《Chip War》中指出，先進的光刻機裝置是人類迄今為止創造過的最複雜的工業機器，其供應鏈企業遍佈全球，包括了歐洲、美國、亞洲在內的5100家企業。涉及學科複雜，包括材料學、物理學、化學、機械製造、設計光學等各類科學技術。ASML的成功依託於全球資源體系的支援，並且服務於全球範圍內的客戶群體。美國的對華限制讓ASML中國區業務出現不穩定因素，先封鎖了中國企業在2018年採購的EUV光刻機，隨後又接連封鎖了浸潤式光刻機的出口，這極大刺激了中國本土裝置企業，讓中國自主技術裝置迎來了大規模的集中發展。ASML前CEO與現任CEO紛紛在接受採訪時指出，已經知曉中國企業在開發先進的國產光刻機裝置這件事，這完全合情合理。中國是一個14億人口的大國，作為一個世界上最大的經濟體，中國企業絕對不會接受在關鍵技術上面被別人卡脖子的困境，美國試圖阻止中國發展科技，那麼中國就會更加努力地取得成功。在先進晶片和EUV光刻機受到封鎖之後，中國企業積極採取備選技術方案，通過可採購到的ASML浸潤式光刻機以及自對準多重圖案化技術製造國產7nm晶片。該技術需要光刻機一次曝光，然後經過兩次沉積-刻蝕工藝的交替實現電晶體半間距的縮短，以此來達到等效7nm工藝的特性。這種技術雖然可以製造7nm晶片，但是其能效、性能、良品率、成本均無法與先進的EUV技術相比。在積極解決先進晶片卡脖子的困境時，中國企業還在持續推進國產化裝置的技術進度。2024年中國工信部公佈了兩台光刻機裝置，一台KrF一台ArF。最先進的ArF裝置已經具備了65nm解析度，可以實現65nm—40nm的晶片製造。雖然只是兩台幹式光刻機裝置，但對於中國之前90nm的裝置來說技術進步明顯。03裝置出口ASML中國區總裁沈波此前在中國進博會上對媒體表示，從1988年ASML將第一台裝置運送到中國至今，中國大陸地區包括光刻機以及測量台在內的裝置數量達到了1400台左右。這些ASML的裝置，一部分被拿去生產等效工藝為7nm的先進晶片，另一部分被用於製造28nm、14nm工藝的成熟晶片，這些成熟工藝的晶片被廣泛應用於汽車、工業控制、物聯網、消費電子等領域，佔全球總市場需求的60%以上。大規模囤貨確保了在未來可能完全斷供的情況下，中國龐大的製造業基礎不至於因缺少裝置而停擺，為經濟安全構築了關鍵防線。據ASML財報顯示，2023年至2025年，中國市場為其貢獻的總銷售佔比極高，某些季度一度達到了40%以上的規模佔比。依靠ASML裝置形成的製造產業鏈，是整個全球晶片製造業的技術標準，同時也是中國國產光刻膠、鏡頭、工作台等裝置材料相對比的範本。研發團隊可以將國產部件接入現有產線進行測試，對比其與進口原件的性能差距，從而獲得最直接的反饋資料進行迭代最佳化。ASML的裝置能達到現在這麼穩定的水平，也是經過了長時間的技術偵錯與大量的資料資訊當做參考。依照ASML的標準進行國產技術的最佳化，這要比閉門造車效率高得多。如今來自於美國的外部壓力，已經迫使中國半導體產業從單點突破轉向系統發展。在刻蝕、沉積、清洗、檢測等多個裝置領域，北方華創、中微公司等本土廠商已加速進入主流產線，芯上微裝等本土光刻機企業也正在有條不紊的推動技術進步。中國企業依靠內需市場以及前幾年所囤積的進口裝置，正在成熟製程領域形成規模優勢和成本優勢。這不僅能滿足內需，還可能以更具競爭力的價格參與全球市場，從而在半導體產業的基本盤中佔據主導地位，削弱傳統巨頭的利潤基礎，為向高端進軍積累資本和市場話語權。 (逍遙漠)

作者按：2月24日，據路透社報導，全球唯一的商用極紫外（EUV）光刻機製造商艾司摩爾（ASML）取得了一項關鍵技術突破：成功研發出穩定輸出1000瓦（1kW）功率的極紫外光源系統。據預測，到2030年，這項技術將使單台光刻機每小時可處理約330片晶圓，較目前的220片顯著提升50%。EUV光刻機對晶片生產至關重要。美國政府與荷蘭方面合作，阻止該裝置輸華，這促使中國加快國家層面的自主研發攻關。完整的積體電路/半導體產業鏈大致可以分為設計、製造、封裝測試、輔助材料等幾個主要環節或子鏈。晶片設計方面，中國實際上已經躋身全球第一梯隊，比如國內晶片廠商的設計能力已經達到5nm甚至更低。設計軟體方面，歐美的EDA（Electronic Design Automation）生態最好，國產EDA在性能和對先進工藝的支援上還不如國際頭部廠商，但也可以勉強滿足自己的需求。製造方面，我們主要關注的是晶圓、光刻機和刻蝕機。刻蝕機儘管距離國際領先水平有一定差距，但我們已經可以基本國產化。而高純度晶圓和光刻機，很多核心的專利技術還是受到美、歐、日等國家箝制。雖然國內某晶片大廠的晶片產能已經是全球第五，但製造裝置、原材料和輔助材料還是依賴進口。封裝測試方面，封測在晶片整個產業鏈相對簡單（注意只是“相對”），裝置更新比較慢，也是國內優先發展的方向，目前國內在封測領域處於世界領先地位，完全不弱於任何國家。國內有市佔率全球第三的封測大廠。輔助材料方面，高端光刻膠、掩膜版、塗膠顯影材料和裝置等也依賴美、日、韓三家。比如，有資料顯示，國內適用於6英吋晶圓的g/i線光刻膠自給率為20%，適用於8英吋晶圓的KrF光刻膠自給率小於5%，適用於12英吋晶圓的ArF光刻膠目前基本靠進口。本文無意於拆解整個半導體產業鏈，主要想粗略介紹一下光刻機。因為前道晶片製造用的光刻機，是整個積體電路產業鏈最複雜的裝置，被稱為“工業皇冠上的明珠”，僅光刻機一類裝置，即可自成產業鏈。必須申明的是：作者本身為經濟學專業，撰寫本文僅出於對光刻機的興趣，希望能為非半導體專業的人士提供一點點資訊增量。文中難免有疏漏或者錯誤，歡迎讀者批評指正。本文參考資料，詳見文末。以下為正文：1946年2月14日，美國賓夕法尼亞大學研製了全球第一台基於電子管的電腦，佔地170平方米，重達30噸，有17468個電子三極體、7200個電子二極體、70000個電阻、10000個電容器、1500個繼電器、6000多個開關。電晶體是作為電子管的取代品而出現的。電晶體使用矽、鍺、氮化鎵和碳化矽等半導體材料製成，可以簡單理解為一種利用電訊號控制開合的微型開關，其開關速度非常快，超過1000億次/秒。矽、鍺等本身是絕緣體，但當加入某些材料並施加電場時，就會變得導電。比如，將四價矽摻雜加入少量三價硼和五價磷做出PN接面（電晶體工作的基本結構），再加上金屬氧化物做個控制門，就能做成某類電晶體。海量電晶體密集排列，按特定設計互相連接，就是晶片。比如，12吋晶圓的直徑是約300毫米，面積是70659平方毫米。先進晶片的電晶體密度能達到1平方毫米1億個，整個晶片有上百億個電晶體。摩爾定律的本質目標就是在單位面積的晶片上容納更多的電晶體，從而實現更強大的運算性能。晶片的整個製造流程可以分解為晶圓製造、積體電路設計、晶片製造和晶片封測四個環節。沙子被提純成高純度矽，冷卻後成為矽錠，然後切片、清洗、拋光成矽晶圓（wafer）。在晶圓上沉積（半）導體或隔離材料薄膜（光刻膠），然後通過特定波長的光照射，將掩膜版上的積體電路圖形轉移到矽片的光刻膠層，然後再通過刻蝕把圖形轉移到襯底上，做出裸晶片（die）——這個過程被稱為“光刻”。再對die進行加蓋、加引腳、封裝、測試——這幾步的難度相對較低。實際上整個光刻過程，總共需要經歷沉積、旋轉塗膠、軟烘、對準與曝光、後烘、顯影、堅膜烘焙、顯影檢測等8道工序。具體來說，第一步需要進行清洗、脫水和矽片表面成底膜處理，以便增強矽片和光刻膠之間的粘附性（氣相成底膜技術）。成底膜處理後，通過旋轉塗膠的方法塗上光刻膠材料。塗膠後進行軟烘，用以去除光刻膠中的溶劑。將掩膜版和矽片精確對準，然後進行曝光處理。曝光後需要對矽片再次烘焙，這樣做可以使之後的化學反應更加充分，從而提高顯影后的圖形尺寸和解析度。通過旋轉、噴霧、浸潤等方式，利用化學顯影劑溶解光刻膠上的可溶解區（一般是曝光環節中被光照射過的區域），將電路圖形留在矽片表面，即顯影——這一步非常關鍵。顯影后通過熱烘揮發掉存留的光刻膠溶劑，提高光刻膠對矽片表面的粘附性（堅膜烘焙）。檢查顯影后的電路圖是否完美無缺。檢測合格後繼續進行刻蝕、離子注入、去膠等步驟，並視需要重複光刻步驟，最終建立晶片的“摩天大樓”。晶片製造屬於半導體製造的前道工藝，對應的半導體製造裝置（前道裝置）主要有光刻機、刻蝕機、薄膜沉積裝置、離子注入機、CMP裝置、清洗機、前道檢測裝置和氧化退火裝置，覆蓋從光片到晶圓的成百上千道工序，直接決定了晶片製造工藝的質量。晶片封裝和測試是後道工藝，對應的後道裝置主要分為測試裝置和封裝裝置。實際上，光刻機可以分為前道光刻機和後道光刻機。前道光刻機用於晶片的製造，曝光工藝極其複雜，後道光刻機主要用於封裝測試，實現高性能的先進封裝，技術難度相對較小。從晶圓製造廠資本開支來看，積體電路製造裝置投資一般佔積體電路製造領域資本性支出的70%～80%，且隨著工藝製程的提升，裝置投資佔比也將相應提高。典型的積體電路製造裝置投資中，氧化爐、塗膠顯影機、光刻機、刻蝕機、薄膜沉積裝置、離子注入裝置、測試裝置、拋光裝置、清洗裝置等前道工藝裝置投資額佔比較高（80%），後道工藝的封裝測試裝置投資額佔比為20%。其中，光刻機佔前道裝置投資的23%左右，是整個半導體產業鏈最昂貴的單體裝置。如果考慮到光刻工藝步驟中的光刻膠、光刻氣體、掩膜版、塗膠顯影裝置等諸多配套設施和材料投資，整個光刻工藝佔晶片成本的30%左右。隨著晶片技術的發展，重複步驟數增多，先進晶片需要進行20～30次光刻，光刻工藝的耗時可以佔到整個晶圓製造時間的40%～50%。目前，全球的光刻機市場被荷蘭艾司摩爾（ASML）、日本佳能（Canon）和尼康（Nikon）三大巨頭壟斷。ASML是絕對的龍頭，市佔率超過60%，在當前最主流的DUV浸入式光刻機市場佔據了最大的份額，同時獨家壟斷了頂級的EUV光刻機市場。尼康在中高端光刻機也有一定市佔，佳能則集中在低端區域。2024年，ASML、Nikon、Canon的光刻機出貨達683台，銷售金額約264億美元。EUV、ArFi、ArF三個高端機型共出貨212台，其中ASML佔比90%以上(201台）。光刻機是半導體裝置中最昂貴、最關鍵但也是國產化率最低的環節。按照光源劃分，市面上主流的光刻機可分為g-line、i-line、KrF、ArF、EUV五種，其中g-line逐漸走向邊緣。國產光刻機主要集中在90nm製程的單工件台幹式DUV（KrF、ArF）光刻機，且主要用於晶片的後道封測。光刻產業鏈的高度複雜性主要體現在兩點——一是作為光刻核心裝置的光刻機元件複雜，包括光源系統、照明系統、物鏡系統、浸入式系統、雙工件台等在內的元件技術全球只有極少數幾家公司能夠掌握。ASML也不是一家就能造EUV，需要多家頂尖企業相互配合才可以完成。二是與光刻機配套的光刻膠、光刻氣體、掩膜版等半導體材料和塗膠顯影裝置等同樣要求很高的技術含量。比如，寬譜g/i/h線光刻膠基本完成國產替代，但高端KrF、ArF和EUV光刻膠基本被美國和日本的企業壟斷，韓國企業佔一點比重，中國大陸基本依靠進口。01. 瑞利準則：光刻的基礎物理原理光刻的過程是特定波長的光線穿過光掩膜版再通過透鏡，將掩膜版上的積體電路圖形成像到晶圓表面。我們知道，光在均勻介質中直線傳播，所以理想的成像系統，點光源通過透鏡後所成的像依然是一個完美的點。但實際的光學系統中的透鏡具有一定的孔徑，光穿過透鏡後會發生衍射，因此所成的像並不是一個點，而是一個“艾裡斑”，能夠區分兩個光斑的最小距離，就是解析度。解析度在晶片製造中體現為投影光學系統在晶圓上可實現的最小線寬。由於晶片越做越小，晶片上整合的電晶體越來越多，元件線路越來越密集，因此，光刻機需要達到更高的解析度。光刻解析度是光刻曝光系統最重要的技術指標，由光源波長、數值孔徑、光刻工藝因子決定，即瑞利準則（也稱為瑞利第一公式）。瑞利準則指衍射極限系統中的解析度極限。可以用以下公式表示：CD=k1•λ/NA其中，CD（Critical Dimension）表示積體電路製程中的特徵尺寸，即解析度，λ為光源波長，NA（Numerical Aperture）是光學器件的數值孔徑。k1為光刻工藝和材料相關的常數因子。艾司摩爾（ASML）認為，單次曝光中k1的物理極限為0.25。但通過組合使用計算光刻、多重圖形等解析度增強技術，光刻工藝因子已突破其理論極限0.25。數值孔徑的計算公式為：NA=n*sinα指透鏡與晶圓之間介質的折射率（n）和半孔徑角（α）的正弦乘積。孔徑角（2α）是指透鏡光軸上的物體點與物鏡前透鏡的有效直徑所形成的角度，它定義了可以收集多少光。在其他條件一定的情況下，更大的透鏡直徑允許更大的入射角，從而增加數值孔徑。因此，光刻機的透鏡最好在工藝能力允許的前提下儘可能做大一些。孔徑角與透鏡的有效直徑成正比，但與焦深（DoF）成反比。在光刻中，在透鏡的焦點周圍會有一個範圍，在這個範圍內的光刻膠能夠清晰地曝光，如果超出這個範圍，曝光的圖像就會模糊，導致圖案轉移不均勻。DoF是指在保持曝光成像質量的前提下，晶圓表面可以上下移動的距離，可以通俗理解為光刻的深度。焦深越大，層間誤差越小。焦深的計算公式（也稱為瑞利第二公式）為：顯然，焦深也限制了NA的無限擴大。因此，在光源波長一定的情況下，可以通過增大數值孔徑減小解析度，但需要和DoF折中考慮。02. 技術演進：追尋光刻的最優參數瑞利準則決定光刻機的技術路線有三個主要的突破方向：縮短光源波長，增大數值孔徑，降低工藝因子。對這三方面技術的突破，對應了光刻機的迭代。（一）縮短光源波長光源波長方面，主要經歷了g-line，i-line，KrF，ArF，（F2），EUV五種，波長由436nm縮短至13.5nm，對應的晶片製程從800nm縮短至3nm。一代和二代光刻機的光源來自高壓汞燈，對應製程主要集中在0.8μm-0.25μm，即800-251nm（註：1μm=1000nm）。高壓汞燈是一種氣體放電的電光源，橄欖型燈泡內密封有一個放電管、兩個金屬電極，並充有汞和氬氣。汞燈工作時，初始啟動時是低壓汞蒸氣和氬氣放電，放電產生的熱量使得汞蒸氣升壓，電弧收縮，高壓汞蒸氣產生電離激發，汞原子最外層的電子、原子和離子間產生碰撞而發光。高壓汞燈光線的主要輻射範圍為254-579nm譜線。365nm和436nm光源分別是高壓汞燈中能量最高，波長最短的兩個譜線。使用濾波器可以把紫外光i-line（365nm）或g-line（436nm）分離出來，作為第一、二代光刻機的光源。三代和四代光刻機的光源主要是KrF（248nm）和ArF（193nm）准分子雷射器，對應製程在65nm-350nm。准分子雷射技術始於上世紀60年代，光源工作介質一般為稀有氣體及鹵素氣體，並充入惰性氣體作為緩衝劑，工作氣體受到放電激勵，在激發態形成短暫存在的“准分子”，准分子產生輻射躍遷，形成紫外雷射輸出。不同的介質氣體產生Kr2/Ar2/XeF/KrF/ArF/XeCl等雷射輻射。氟化氪（KrF）、氟化氬（ArF）准分子雷射器由於在輸出能量、波長、線寬、穩定性等方面的優勢，成為最重要的紫外和深紫外波段的雷射光源，被用於光刻領域。目前使用最廣泛的深紫外光刻機（Deep Ultraviolet Lithography，DUV）一般採用ArF光源，加入浸入式技術的光刻機被稱為ArFi光刻機（多出的這個i代表加入了浸入式技術），加入浸入式技術並通過多重曝光技術最高可以實現7nm製程。第五代也是最新一代光刻機的光源為EUV（13.5nm），極紫外光（Extreme Ultraviolet Lithography，EUV）本質不是雷射，而是電漿體輻射光源（LPP），但其產生過程需要使用高功率雷射器轟擊金屬錫（Sn）。EUV光刻機對應製程為1-7nm，ASML是目前全球唯一的EUV光刻機供應商。目前已知有4種方案可以獲得EUV光源，分別是雷射激發電漿體技術（LPP）、氣體放電電漿技術（DPP）、雷射輔助放電技術（LDP）、穩態微聚束技術（SSMB）。全球只有ASML子公司Cymer和日本Gigaphoton兩家企業可以生產EUV光源（但這兩家企業也需要其它企業提供核心部件），使用的都是主流的LPP技術。LPP技術是使用20kW以上的高功率二氧化碳（CO2）雷射器在真空腔內連續兩次精準轟擊從發生器中以每秒5萬次的頻率被噴射出來直徑20μm的高純度Sn靶。第一次轟擊使用低強度的預脈衝撞擊圓形錫滴使其膨脹，變成薄餅型。由於薄餅錫受光面積大，光強增大。然後第二次高強度的主脈衝以全功率撞擊薄餅錫，錫原子被電離，產生高溫、高密度的電漿體雲，就在這團電漿體冷卻衰變的極短瞬間，錫離子會釋放出波長為13.5奈米的極紫外光子。收集鏡捕獲電漿體發出的EUV輻射（13.5nm），將其集中起來傳遞至曝光系統。現存商用型EUV光刻機的極紫外光源在600w左右，但是由於轉化效率低，最終只有2%～4%最終轉化為有用的13.5nm EUV光，其餘能量即為廢熱。如果要提升功率，則需要在單位時間內提升高純度Sn的噴射速度和雷射命中次數。文章開頭提到的ASML此次的技術創新，實際上就是實現了在Sn滴噴射頻率倍增（10萬次）的情況下，通過重構雷射脈衝策略保證命中精準率，進而提高EUV光源功率。這實際上是一個非常複雜的系統性工程，涉及在極高頻率下保持錫滴大小、位置和速度的極度均一、熱管理、錫碎片的清理以及光學元件的保護等等。從瑞利準則可以推斷，縮短光源波長是提高解析度最直接的方法，但光源發展到ArF（193nm）時，光源迭代速度放緩，ASML、Canon、Nikon等巨頭開始將目光轉向提高數值孔徑，並出現了F2（光源演進）與ArF+immersion（增大NA）的路線之爭。（二）增大數值孔徑數值孔徑方面，當物鏡直徑面臨瓶頸時，採用非球面元件、浸沒式裝置、引入反射元件減小折射角度，也可以進一步增大數值孔徑（NA）。光刻技術經過了接觸式、接近式、投影式三次迭代。20世紀60年代的接觸式光刻技術適用於小規模積體電路（解析度在亞微米級），單次曝光整個襯底，且接觸式光刻的掩膜版與晶圓表面直接接觸，很容易產生劃痕，降低晶圓良率和掩膜版的使用壽命。為解決上述問題，20世紀70年代產生了接近式光刻技術，晶圓和掩膜版之間留有間隙且以氮氣填充。雖然解決了劃痕的問題，但光由玻璃介質進入氣體介質，會發生衍射。衍射效應改變了光的角度，限制了解析度極限（2μm）。另外，對於接觸式和接近式光刻技術，掩膜版圖形和晶圓尺寸是1:1的關係，限制了線寬。20世紀70年代中後期，出現了投影式光刻技術。投影式光刻可以借助物鏡投影成像，縮小投影尺寸，進一步提高解析度。但投影式光刻依然面臨衍射效應，線寬越低，受衍射效應影響越大。因此，需要增大投影物鏡直徑來提升入射角（α），從而擴大數值孔徑（NA）來接受更多的光。但當線寬小於65nm時，物鏡直徑已經增大到導致物鏡內聚焦的光角度越來越大，再經過折射效應（n），射出投影物鏡的光角度接近水平，無法在晶圓表面成像。引入非球面結構後，在不改變物鏡口徑的情況下改變了折射角度，將NA提升至0.9，接近（乾式光刻的）物理極限。此時，Nikon選擇著重攻克波長更短的F2（157nm）光源，但透鏡材料僅能用氟化鈣（CaF2），光刻膠也需要重新研製，研發成本和產業換代應用的成本都很高。ASML則採用台積電（研發副總林本堅）的建議：放棄突破157nm，退回到技術成熟的ArF（193nm）光源，在投影物鏡和晶圓間加純水，從而增大介質折射率，由於水對193nm光的折射率高達1.44（空氣=1），那麼波長可縮短為193/1.44=134nm＜F2（157nm），NA值達到1.07。此後又進一步引入反射鏡，採用折反式光學系統，配合浸沒式，將NA提升到1.35（極限值）。所以，增大NA的技術路徑發展趨勢為（乾式）球面鏡、非球面鏡、（浸沒式）非球面鏡、折返式。浸入式技術原理雖然看起來簡單易懂，但從理論構思到工業應用，需要攻克氣泡消除、水漬控制、水溫溫控、光刻膠設計等技術難關，需要深厚的流體動力學技術積累，對顆粒、溶解氧、溫度、離子等進行控制，保證水質、溫度和壓力。Nikon光刻機主要集中於DUV光刻機（乾式和浸入式），也是全球除了ASML以外唯一能生產浸入式光刻機的廠商。當然，按照數值孔徑的計算公式（NA=n*sinα），理論上通過研究新的光學材料和浸沒液可以通過改變折射率和入射角進一步提高NA，但深紫外光和極紫外光的波長太短且光子能量很高，很容易被光學材料和浸入液吸收，可用作透鏡的材料有限，當前的方案主要有熔融石英（Fused silica）和氟化鈣（CaF2），熔融石英技術成熟且熱膨脹係數低，是DUV的首選，CaF2加工難度大、成本高，但會在鏡頭特定位置加入CaF2校正系統色差。（三）降低工藝因子ASML原來認為單次曝光中k1的物理極限為0.25。但通過組合使用計算光刻、離軸照明、相移掩膜等解析度增強技術（RET），k1已突破0.25。衍射效應導致成像模糊，如果想要得到清晰的電路，就需要對光路上的組成部分做修改，因此，掩膜版圖形與晶片上最終成型的電晶體、器件、互聯線路圖形並非一一對應。比如，光刻一個簡單的“十”字，掩膜版的圖形可能複雜到像人類大腦的剖面圖。沒有強大的計算光刻能力，很難實現這樣複雜的掩範本設計。通過改進光源系統和掩膜圖形，儘可能消除圖像失真，進而提高解析度的過程，就是計算光刻。常見的計算光刻技術包括光學鄰近效應修正（OPC）、亞解析度輔助（SRAF）、光源－掩膜協同最佳化技術（SMO）、多重圖形技術（MPT）、反演光刻技術（ILT）等，涉及電磁物理、光化學、計算幾何、迭代最佳化和分散式運算等複雜計算。在2023年開發者大會上（GPU Technology Conference, GTC）上，輝達（NVIDIA）、台積電（TSMC）、艾司摩爾和新思科技（Synopsys）聯合宣佈，完成全新的人工智慧（AI）加速計算光刻技術軟體庫cuLitho。cuLitho的核心是一組平行演算法，計算光刻工藝的所有部分都可以平行運行。已知軟體庫中有多項用於實現不同功能的技術，如cuDOP用於衍射光學，cuCompGeo用於計算幾何，cuOASIS用於最佳化，cuHierarchy用於AI。輝達稱，基於GPU的cuLitho計算光刻技術，其性能比當前光刻技術工藝提高了40倍以上，原來需要4萬個CPU系統才能完成的工作，現在僅需用500個GPU（NVIDIA DGX H100）系統即可完成，使用cuLitho的晶圓廠每天的光掩模產量可增加3-5倍，而耗電量可以比當前配置降低9倍。從長遠來看，cuLitho將帶來更好的設計規則、更高的密度和產量，以及AI驅動的光刻技術，不僅使晶圓廠能夠提高產量、減少碳足跡，還能為2nm及更高工藝的High-NA EUV光刻工藝奠定基礎。有意思的是，晶片是人工智慧的算力底座，如今，AI技術又被應用在晶片設計中，反過來促進了算力水平的提升。除計算光刻外，離軸照明技術（OAI）通過採用特殊光源將正入射光轉換為斜入射光，使得同等數值孔徑可以容納更多的高階光，從而曝光更小尺寸結構以提高解析度。當兩個光源進行成像時會在重合部分產生干涉效應，使光強增大，導致兩個光源不能有效地區分開，相移掩膜技術（PSM）通過改變掩膜結構對其中一個光源進行180度相移，兩處光源產生的光會產生相位相消，光強相消，可以區分開兩個光源，從而提高解析度。上述三個方向的技術演進，一直支撐著光刻機的代際迭代。目前佔據市場主流的依然是DUV光刻機，浸入式DUV光刻機的單次曝光主要生產28nm及以上製程的晶片，ArFi+雙重曝光可以生產22/20/16/14nm，多重曝光可以生產7nm甚至5nm製程。但當製程微縮至10nm及以下時，多重曝光大幅增加了光刻、刻蝕、沉積等工藝的複雜度，也帶來良率損失的風險，使得晶圓光刻成本增加2-3倍。實際上，在22nm節點之後，DUV已經很難再實現最佳化，只能重新開發新的極紫外光源（13.5nm）。而隨著EUV光刻機的出現，晶片製程最小可以達到3nm。下一代光刻機又回到了提升數值孔徑的路線，標準的EUV光刻機的數值孔徑是0.33。目前ASML正在研發High-NA EUV光刻機（Twinscan NXE:5000/5200）的數值孔徑為0.55，製程可達2nm、1.8nm，在解析度和套刻精度上的性能表現將比目前的EUV系統高70%，即將量產。雖然業界已經在討論超數值孔徑（Hyper-NA，NA>0.7）的EUV光刻機，但技術難度和製造成本都將極高，產業化的可能性不大。03. 結構拆解：ASML的EUV光刻機ASML是全球唯一能夠生產EUV光刻機的公司，通過對ASML的EUV光刻機進行粗略的拆解，可以直觀呈現光刻機的模組構成進而透視其技術難點。EUV光刻機共有約10萬個零件，重達180噸，包含晶圓輸運系統、雙工作台、掩膜版輸運系統、系統測量與校正系統、曝光系統、浸沒系統、物鏡系統、光源系統、光柵系統、減震系統等十幾個模組。從技術原理來看，光刻機的三大核心，分別是光源系統、物鏡系統、雙工作台。值得申明的是，EUV整機的10萬個零部件由分佈在全球的5000多家供應商提供，其中約90%的關鍵裝置來自外國而非荷蘭本土，ASML實質上只負責光刻機設計與模組整合。（一）光源系統深紫外光是准分子光源，由雷射器產生，極紫外光本質是電漿體輻射光源，不能由准分子雷射器產生。ASML採用的是主流的雷射激發電漿體（LPP）技術，即由高能雷射兩次精準轟擊Sn靶激發高強度的電漿體，收集並捕獲電漿體發出的13.5nm EUV輻射，將其集中起來傳遞至曝光系統。所以，EUV光源系統由光的產生、光的收集和傳輸、光譜的純化與均勻化三大單元組成。第一個技術難點是製造高功率光源。極紫外光刻需要光源功率至少達到250w，倒推雷射器的激發功率要達到20kW以上。目前能提供EUV光源的僅有ASML子公司Cymer和日本Gigaphoton，二者均使用基於電調製種子源加多級功率放大器的納秒脈衝光纖雷射器（Master Oscillator Power-Amplifier, MOPA）和預脈衝相結合的方案轟擊Sn靶。Cymer使用通快雷射放大器，Gigaphoton使用三菱電機生產的放大器，結構和原理類似。與傳統的固體和氣體雷射器相比，光纖雷射器的轉換效率更高，結構簡單，光束質量高（有助於降低衍射效應），體積小，散熱效果更好，使用壽命更長等特點。第二個技術難點在於光的收集和均化。首先，EUV的波長為13.5nm，很容易被包括鏡頭玻璃在內的材料吸收，所以需要使用反射鏡來代替透鏡。普通打磨鏡面的反射率不夠高，必須使用布拉格反射器（Bragg Reflector），它是一種複式鏡面設計，可以將多層的反射集中成單一反射。其次，空氣也會吸收EUV並影響折射率，所以光路通過的腔體必須是真空狀態。最後，保證解析度還需要對光進行均勻化。ASML採用的是FlexRay照明器，由能量均衡元件、光束分割元件、微反射鏡陣列和傅里葉變換鏡組組成，本質上是一個微光機電系統（Micro-Opto-Electro-Mechanical Systems, MOEMS），核心器件是一組（64×64個）場鏡和光瞳鏡，均為可轉動的微反射鏡陣列（MMA），通過改變每一個反射鏡的角位置改變照明光瞳，最後出來的光就被均勻化了。照明系統共約1.5萬個元件，重1.5噸。第三個技術難點在於光源的穩定傳輸。使雷射束以極大功率穩定傳輸的照明系統非常複雜。以通快（TRUMPF）的雷射器為例，核心元件有高功率種子模組、由4—5個諧振腔組成的高功率放大鏈路、光束傳輸系統和光學平台。放大器將幾瓦的CO2雷射脈衝連續放大10000倍以上，達到40kW。從種子光發生器到Sn靶的整個照明系統有500多米的光路，對所有零部件的要求都非常苛刻。另外，EUV在照明系統中的每一次反射都會損失約三成能量，經過反射鏡陣列，最後到達晶圓的光線大概只能剩下2%左右。反射過程中被吸收的能量也必須用大功率散熱系統進行冷卻。光源的穩定性和聚光元件的保護也是巨大的挑戰，因為用於激發的雷射器本身存在抖動，雷射與電漿體作用時產生的污染將會對光源聚光元件造成影響和破壞。（二）物鏡系統EUV從光源系統發出後，首先進入照明系統，最佳化光束，接著光穿過掩範本，再經過投影物鏡，將掩範本上圖案聚焦成像在晶圓表面的光刻膠上。在早期的低解析度光刻機中，物鏡結構有全反射型、全折射型、折反射型、透射型等多種結構。由於EUV波長短、穿透性強，DUV所用的透射式系統無法使極紫外線偏折，故而物鏡系統中只能使用全反射的投影系統。全反射系統設計要求光束相互避讓，誤差容忍度低，對光學元件加工的要求極高，其性能的高低直接決定了光刻機的解析度和套刻精度。2010年，ZEISS研發出全球第一套EUV光學系統，2012年量產。最新一代EUV光刻機投影物鏡約有2萬個元件，重2噸。ZEISS是ASML光刻機所用透鏡、反射鏡、照明器、收集器和其他關鍵光學元件的全球唯一供應商。第一個技術難點是原子級的平整度。EUV光刻機的反射鏡最大直徑1.2米，面形精度峰谷值0.12奈米，表面粗糙度20皮米（0.02奈米），這意味著如果把鏡片放大到德國那麼大，表面粗糙度也只有0.2毫米。第二個技術難點是多層鍍膜工藝。由於EUV能量很高，會引起反射鏡表面的化學反應和損傷。所以，反射鏡需要高度純淨的材料和多層表面鍍膜，EUV物鏡的鍍膜由鉬和矽的交替奈米層製作，最高達100層，且多層膜厚度誤差在0.025奈米（原子等級）。鍍膜工藝由蔡司（ZEISS）與弗朗霍夫應用光學與精密工程研究所（Fraunhofer IOF）共同研發。第三個技術難點是真空潔淨度要求。由於絕對的平整度要求，任何環境中的微小顆粒都會對工藝質量造成極大破壞，所以整套系統要求極高的真空潔淨度，蔡司（ZEISS）位於奧伯科亨（Oberkochen）的總部實驗室能達到該要求。第四個技術難點是浸入式技術。EUV目前主要採用局部浸入式，即在投影物鏡最後一個透鏡的下表面與光刻膠之間充滿高折射率的液體（純水），並保證水隨著光刻機在晶圓表面做掃描運動，其好處是對系統的改造小，工件台與乾式系統相同，並可以保留原有的對準系統和調平調焦系統。不過，仍需要克服浸潤液氣泡、鏡頭表面腐蝕、套刻精度受限等技術難題。目前只有ASML和尼康兩家公司掌握浸入式技術。此前EUV光刻機的上市時間不斷被延後，主要有兩大方面的原因，一是所需的光源功率遲遲無法達到250w的工作功率需求；二是光學透鏡、反射鏡系統對於光學精度的要求極高，生產難度極大。物鏡的製作不僅需要採用精度最高的打磨機和最細的鏡頭磨料，還需要頂級的“技術工人”。在光學鏡頭的生產工序中，僅光學表面成形拋光技術（Computer Controlled Optical Surface, CCOS）就有小磨頭拋光、應力盤拋光、磁流變拋光、離子束拋光等高難度的超精密工序。高端光刻機整機價格超過3億美元，鏡頭的價值接近0.6億，成本佔比相當大。上述兩方面的原因甚至使得ASML難以獨立支撐龐大的研發費用支出，不得不在2012年向三星、台積電、英特爾聯合體出售23%的股權，融資支援EUV光刻機的研發，並約定上述三家擁有優先供貨權。此後，ASML收購了全球領先的准分子雷射器供應商Cymer，並以10億歐元現金入股光學系統供應商ZEISS，加速EUV光源和光學系統的研發處理程序，這兩次併購也是促成EUV光刻機研發成功的重要原因。（三）雙工件台工件台是承載晶圓的平台，也被稱為承片台，由吸盤模組、驅動模組、導向模組、位置測量模組和運動控制模組組成。承片台上有真空吸盤用於固定矽片，宏動模組是承載微動模組的運動裝置，主要完成長行程運動，微動模組實現奈米精度的運動，共同完成矽片的定位和傳輸，超精密位移測量系統負責即時高精度位置測量和反饋。早期的工件台為單工件台形式，單個工件台串聯執行上下片、測量、對準和曝光等工序，產出效率較低。而2000年，ASML的雙工件台（TWINSCAN）推向市場，採用“直線電機+氣浮導軌+雷射干涉儀”的方案。雙工件台的基本運行原理是兩個工件台聯動運行，當位於曝光工位的工件台做曝光時，位於測量工位的工件台提前完成上片、對準、三維形貌測量等工序，之後兩個工件台互換位置，如此循環。雙工件台比單工件台的效率提升3倍以上，也更能適應浸入式光刻的需求，避免了物鏡系統與矽片間的水膜影響矽片測量的精準性，提升了光刻精度。2008年，新一代NXT平台採用了創新型材料，並使用磁懸浮平面電機和平面光柵測量技術，生產效率再提高30%。深紫外ArFi光刻機和EUV光刻機使用的都是新一代的NXE雙工件台。第一個技術難點是高加速度。目前投產的EUV光刻機（NXE:3600D），12吋晶圓的光刻生產速度為170片/小時以上，下一代NXE:3600E和NXE:4000F的吞吐量都將擴容到220片/每小時，這意味著承片台需要以高達7g的加速度高速移動。7g的加速度意味著從0km/h加速到100km/h只要約0.4秒，而F1賽車需要2.5秒。第二個技術難點是精確對準。EUV的套刻精度（晶片製造需要層層疊加，每次重疊的誤差稱為套刻精度）要求是2nm以下。晶圓從傳送模組到承片台的機械誤差高達數千nm。投影物鏡和晶圓表面的高低差累計也可達到500-1000nm。所以，每次曝光前，雙工件台必須與計算光刻軟體結合，對每片晶圓做精密量測，擷取到晶圓每一個區塊奈米等級的微小誤差，在曝光階段進行即時校正。目前能夠掌握該項技術的只有ASML。第三個技術難點是穩定運動。EUV光刻機的運動控制模組可以做到吸收平衡晶圓平台所施加於機座的反作用力，使整座機台完全靜止。位置測量模組採用平面光柵技術，兩個工件台上分別佈置4個光柵編碼器，具有4個面內測量資訊和4個面外垂向測量資訊，利用8個位移測量資訊得到六自由度位移，精度可以做到0.06nm。總之，EUV光刻機幾乎逼近目前物理學、材料學以及精密製造的極限。所以EUV不僅是頂級精密製造的學問，更以前沿科學研究為基礎。上海微電子裝備公司（SMEE）董事長對EUV光刻機的精度有過形象的比喻：相當於兩架大飛機從起飛到降落，始終齊頭並進，一架飛機上伸出一把刀，在另一架飛機的米粒上刻字，還不能刻壞。04. 光刻機的國產化處理程序實際上，中國光刻機的實驗室研製起步並不晚，早在70年代就研製出接觸式曝光系統，但產業化落地嚴重滯後。為強化國內半導體產業鏈自主研發能力，國務院於“十二五”規劃期間推出“極大規模積體電路製造裝備及成套工藝”重大專項，簡稱“02專項”，旨在突破積體電路製造裝備、材料、工藝、封測等核心技術，形成完整的產業鏈和較強的國際競爭力。國產光刻機的主要企業為上海微電子（SMEE），上海微電子自主研發的90nm製程SSA600/20步進掃描投影光刻機正是通過承擔“02專項”的“90nm光刻機樣機研製”項目。該光刻機於2018年3月面世，可滿足國內重要機構使用需求，不受國外限制。SSA600/20光刻機的核心零部件約佔所有零部件的70%—80%，都已經實現國產化，剩下20%未國產化的部分主要是板卡等非核心零部件，如果有必要，隨時可以實現國產替代。但SSA600/20的產能和良率較ASML還有較大差距，且主要用於積體電路的後道封測。國產光刻機還處於單工件台幹式DUV階段，光源主要是i-line、KrF和ArF。最新消息是上海微電子的28nm光刻機樣機已經交付企業測試，實際製程對應45nm左右。但樣機驗收和產業應用是兩個概念。樣機驗收只需要成功完成晶圓曝光即可。到工廠應用，至少要兩年時間才能得到足夠的良率資料，如果一切順利，將良率調優到90%以上可能還需要3—5年時間。ASML的光刻機發到台積電，也需要兩年左右的時間安裝、偵錯，才能正式量產。另有消息說某知名廠商通過購買尼康的光刻機進行改造，通過多重曝光技術也實現了高製程晶片的量產，但具體細節不得而知。光源方面，中國已經可以製造高能准分子雷射器，甚至不乏一些國際市佔率還不錯的優質企業，有一些光學元件、雷射器件也供貨ASML，TRUMPF，Lumentum等國際企業。不過，目前國內的雷射器還是在DUV光源，EUV光源研發則剛剛起步，僅有實驗室等級的DPP-EUV光源。前段時間，清華大學提出了穩態微聚束技術（SSMB）方案，也很有前景，但尚未得到產業應用。物鏡方面，技術節點已經突破90nm，反射鏡的面形精度PV可以做到30nm（ASML EUV PV<0.12nm），表面粗糙度可以做到0.5nm（ASML EUV 表面粗糙度<30pm）。物鏡的真空腔體也可以自主製造。雙工件台仍處於實驗室階段。產學合作研發的實驗室階段的雙工件台的運動精度已經可以達到10nm，但還沒有正式的產業化應用。另外，目前的工件台主要適配於乾式光刻機，應用於浸入式光刻機的工件台仍在研發。另外，國內對整個多重曝光技術的掌握程度還比較低。多重曝光技術將原本一層光刻的圖形拆分到多個掩模上，利用光刻Litho和刻蝕Etch實現更小製程，可以在犧牲良率和產量的情況下生產更低製程的晶片，比如使用DUV光刻多重曝光可以實現7nm製程。國內光刻機當前重點攻關的是浸入式ArFi光刻機（波長等效134nm）。如果順利突破，這就意味著國產光刻機邁進DUV光刻機的高端行列。05. 突破路徑：ASML的啟示（一）復盤ASML的歷史1955年，貝爾實驗室開始採用光刻技術。1961年，GCA公司製造出第一台接觸式光刻機。20世紀80年代，尼康發布了第一台商用步進式光刻機NSR-1010G。1984年尼康與GCA各佔據30%市場份額，同年ASML剛剛成立。ASML從一個默默無聞的小公司逐步成長為光刻機霸主的歷程發展歷史中有幾個里程碑事件。1991年，ASML公司推出PAS 5500這一具有業界領先的生產效率和精度的光刻機。PAS 5500的模塊化設計使得同一個系統能夠生產多代先進晶片。PAS 5500也為ASML帶來幾家關鍵的客戶，包括台積電，三星和現代，這些客戶是公司後來實現盈利的關鍵。1997年，為了突破193nm波長，英特爾和美國能源部牽頭成立了EUV LLC聯盟，成員包括摩托羅拉、IBM以及若干美國知名研究機構，但聯盟早期成員沒有光刻機廠商，於是ASML順勢加入並共享研究成果。隨後，ASML就開始了漫長的EUV光刻機研發過程。2001年，公司推出TWINSCAN系統和革命性的雙工作台技術，一般的光刻機只有一個工作台，需要先測量，再曝光，而雙工作台技術實現測量與曝光同時進行，在對一塊晶圓曝光的同時測量對準另外一塊晶圓，一下子把生產效率提升了35%以上。2003年，ASML與台積電合作推出浸入式光刻機。儘管同期尼康基於F2光源（157nm）和乾式微影技術的90nm產品和電子束投射（EPL）產品樣機研製成功，但相對於尼康的全新研發，ASML的產品屬於改進型成熟產品，在為半導體晶片廠商節約大量成本的同時實現工藝提升，半導體廠商只需對現有裝置進行微調就能將蝕刻精度提升1-2代，並且其縮短光波的效果也優於尼康產品（多縮短25nm）。可以想像，幾乎沒有廠商願意選擇尼康的產品，尼康在高端光刻機領域的“潰敗”由此開始。此後，尼康痛定思痛選擇調轉方向研發浸沒式光刻系統，並推出NSR-S622D、NSR-S631E、NSR-S635E等產品，但半導體裝置更新換代迅速且投資很高，新產品總是需要至少1～3年時間由前後道多家廠商通力磨合，可謂一步慢、步步慢。ASML在浸入式系統上的先行優勢使其有更充裕的時間改進裝置、提高良率，產品可靠性自然領先尼康。從此，代表日本高端光刻機的尼康逐漸敗給了日後的高端光刻龍頭ASML。2006年，ASML推出EUV光刻機的原型機。由於EUV光刻機的研發難度極大，2013年ASML才推出第一台EUV量產產品，進一步加強行業壟斷地位。（二）三大策略ASML光刻機採用模組化的設計、製造、整合和偵錯。各模組系統與單元元件分別在ASML產業鏈聯盟夥伴和關鍵供應商內部完成，之後交由ASML組裝，然後再分解成若干單元，將其包裝並空運到使用者的Fab廠房，再次進行整機安裝偵錯。這種模式加快了ASML新產品開發速度，縮短了產品上市周期。實際上，光刻機90%的關鍵裝置來自外國而非荷蘭本國，ASML作為整機公司，只負責光刻機設計與整合各模組，需要全而精的上游產業鏈做堅實支撐。縱覽ASML的發展歷史，ASML主要採取了幾方面的合作創新策略：第一，通過收購/入股，深度繫結上游供應商。2000年以來ASML歷經7次主要收購，包括美國光刻機製造商SVG，美國計算光刻軟體公司Brion，美國EUV光源製造商Cymer，獲取了上游光源、鏡頭等光刻機關鍵部件的領先技術。多次併購加速了EUV光源和光學系統的研發處理程序，也是EUV光刻機能研發成功的重要原因。2016年收購台灣的漢微科（HMI），吸收其電子束晶圓檢測能力；2017年收購蔡司（Zeiss）24.9%的股份；2019年收購荷蘭電子束光刻廠家Mapper做技術儲備；2020年收購Berliner Glas，主要提供晶圓台和夾具、掩膜卡盤和鏡塊。第二，鼓勵客戶參股公司，構築利益共同體。2012年，公司推出“Customer Co-Investment Program”，該計畫允許其大客戶對ASML進行少數股權投資，英特爾、台積電、三星投資總計約39億歐元取得23%的股份，並向ASML提供13.8億歐元的研發資金，同時享受EUV光刻機的優先供貨權。第三，重視研發投入，並採取開放合作的研發模式。技術創新是推動ASML增長的最重要因素，ASML的技術創新理念是合作開放，通過全球產業鏈分工合作，採取模組化外包協同聯合開發策略，建構了以ASML為核心的產業鏈聯合體。公司開放式創新系統中包含了大學、研究機構、合作夥伴等，建立一個強大的知識技術共享網路，ASML可以快速獲得行業內前沿技術的相關知識。包含了比利時的Imec、上海積體電路研發中心、荷蘭ARCNL、EUV LCC、蔡司等。2019年，ASML與一些大學、研究機構和高科技公司參與了歐盟補貼的項目，這系列的項目圍繞著光刻、計量和工藝開發三大核心技術領域，每一項技術都在推動公司創新過程中發揮著至關重要的作用。（三）繞路超車其實，除了光刻機，研究人員還提出了一些潛在的替代方案。比如，奈米壓印技術（NIL）。這種技術將印有電路圖案的掩模壓印在晶圓表面的抗蝕劑上，通過類似於印章的形式製造積體電路，將掩模上的精細電路圖案轉移到晶圓上，可在單個壓印件中形成複雜的二維或三維電路圖案。由於不依賴EUV光源，這種製造技術的成本更低。現在日本已經初步將這一技術用於生產快閃記憶體晶片，未來或許有進一步擴大應用的空間。定向自組裝（DSA）。這是一種利用材料自身的分子排列規律，誘導光刻材料在矽片上自發組成需要的圖案的方法，它比傳統光刻解析度更高，加工速度也不受影響，但它對材料控制的要求特別高。現在比利時的Imec、美國的MIT實驗室都已經建立了實驗室產線，未來有產業化的可能。電子束光刻（EBL）。這種技術實際上是利用高能電子束代替雷射器光源，直接在晶圓上進行雕刻。它的解析度實際上比EUV光刻還高（可以達到0.768nm），但刻蝕速度非常慢，無法滿足商業化需求，目前主要用在量子晶片等高精度、小批次的晶片生產中。06. 總結：光刻攻關需久久為功受《瓦森納協議》等國外技術管制影響，中國幾乎無法向所有參與半導體產業鏈的國家購買尖端技術和相關裝置，國產高端光刻機也就無法像ASML一樣通過全球合作、併購突破，只能依託本土光刻元件和配套設施產業鏈自主研發。不過，EUV被ASML壟斷，但短期內DUV才是行業主流的應用產品，且國外的技術封鎖主要集中在雙工件台的DUV，目的是提高中國的商業化應用成本。中國在乾式、單工件台的KrF、ArF光刻機製造方面已經取得了不少經驗。在技術路徑上，下一代光刻機所應用的浸沒式技術的成功已經通過ASML和尼康之爭的過程得到驗證，本土企業可以少走彎路。但區別於其他工藝，光刻機的元件及配套設施極度複雜，毫不誇張地說，光刻機自身即可自成產業鏈。所以，光刻機的製造研發絕不是某一個企業能夠單獨完成的，必然需要很多頂尖企業相互配合。在這種情況下，指望在一兩個點上取得突破就戰勝所有其他對手是不現實的，ASML即很好的例證。與其說ASML是一家荷蘭企業，不如說它是一家全球企業。說“集全球之力，成一家ASML”也不為過。ASML所有的機型從研發到成為主流都經歷了十多年到二十多年的時間，即使光刻機的關鍵技術取得了突破，後續還有穩定性、良率、價格、市場需求等因素，幾乎每一項因素都會決定這個機型的前途命運。彎道超車談起來容易，但在十幾、二十年的時間裡能堅持下來的企業鳳毛麟角。只要一個方面出現差錯，都有可能功虧一簣，歷史上在這方面的教訓非常多。當然，我們也不必氣餒，只要我們在光刻機突破方面（實際上所有的技術突破都是如此），抱著實事求是的態度，踏踏實實地解決一個個問題，做好長時間攻關的戰略準備，利用好光刻機研發對產業、學界帶來的機會，內省自己的產業發展生態和科教體制機制，對光刻機的研發，實際上也是對基礎學科基礎研究能力的錘煉。所謂“但行好事，莫問前程”，即如是。 (秦朔朋友圈)

01. 前沿導讀據《觀察者網》轉載《路透社》新聞指出，印度代表團在近日訪問了荷蘭的埃因霍溫，以探討雙方的投資機會。埃因霍溫是光刻機製造商ASML以及晶片製造商恩智浦的總部所在地，在美國實施出口管制之後，ASML無法與中國本土企業建立聯絡，這導致ASML的國際業務出現損失，ASML正在尋求新市場。印度代表團技術總監馬尼什·胡達對此表示，如果他們有興趣在印度建設營運機構，我們持非常開放的態度。ASML現任CEO克里斯托弗·富凱在去年9月份的峰會上面就表示過，印度是一個具有潛力的合作夥伴，我們的先進光刻解決方案可以幫助印度晶圓廠實現尖端性能，希望在未來與印度建立合作關係。02. 印度市場2021年，印度便啟動了“半導體印度”的科技扶持計畫，該計畫的初期預算為87億美元，承諾提供高達50%的項目成本資金支援，涵蓋矽基半導體製造封測整個產業鏈。雖然該計畫立項多年，但是時至今日仍然沒有顯著的技術成果。並且印度啟動的扶持計畫本質上就是向國外企業提供資金補助，吸引其在印度本土建廠投資。富士康、美光、力積電、塔塔集團等大型企業都是印度拉攏的對象，多年過去了，凱恩斯、美光科技、CG Semi、塔塔集團均已經在印度開始建設工廠，預計今年投入營運。ASML曾對印度市場進行了產業預測，預計2026年印度半導體市場達到550億美元，2030年達到1000億美元，其增長動力來源於手機、汽車等領域的強勁需求。整體預測的規模龐大，但是由於印度本地的半導體技術基礎薄弱，短期內印度的需求大多集中在低端晶片領域，而高端的ai晶片並不是印度市場的核心需求。今年2月份，高通宣佈成功流片2nm晶片，該晶片是在印度的設計中心完成的設計和流片，最終由台積電進行生產。印度技術機構就此事發佈聲明稱，印度已經具備了2nm晶片的設計能力，下一步便是在製造上面提升實力，在印度本土建設2nm晶片的製造工廠。從技術基礎上面來看，印度的半導體產業要差於中國的半導體產業。據外媒分析指出，印度目前尚不具備製造14nm及以下晶片的晶圓廠，而且印度地區的水電資源、基礎設施的穩定性還不夠穩定，無法支撐其發展本土的製造產業鏈。03. 技術差距印度半導體產業的現狀，與剛被美國製裁時的中國半導體產業很相似。早期的中國半導體產業以設計能力為主，製造技術以及製造裝置存在一定程度的短板，這也是美國在晶片上對中國實施出口管制的核心因素。在受到制裁之後，中國先進晶片的研發受阻，但是中國企業還掌握著傳統成熟晶片的製造技術。依靠在成熟晶片產業上面的發展，中國企業的設計能力、製造能力、製造裝置均有了大幅度提升，為後續國產7nm晶片的突破奠定了基礎。並且中國的基礎建設以及綠色能源技術，可以支撐相關企業建設多座大型晶圓廠，資源優勢也是中國晶片能實現技術突破的原因之一。中國市場此前連續多個季度成為了ASML全球最大的單一客戶群體，據ASML官方財報表示，中國企業此前訂購的裝置已經進行了集中交付，預計2026年中國市場將會佔ASML總銷售的20%左右，回歸到正常水平。光刻機屬於是耗電量巨大的工業機器，需要持續的資源輸送才能保證其穩定運行。並且安放光刻機的環境必須是清潔度極高的潔淨室，每隔一段時間進行一次空氣過濾，避免空氣中微小的雜質影響晶片的良品率。由此可見，設計晶片與製造晶片本身就是兩個完全不同概念的工作。設計晶片主要依靠電子自動化軟體和內部設計的技術水平，而製造晶片需要考慮的因素特別多，資源供應能力、基礎建設能力、工程師團隊的培養、上下游供應鏈的協同等。以目前的情況來看，中國半導體產業的發展情況最為良好，儘管被美國封鎖了先進裝置，但是本土的技術裝置一直在穩步推進，而且還有成熟晶片這個需求量大的產業當做可持續發展的根基。而印度的晶片設計能力已經跟上了國際水平，但是其製造業落後嚴重。雖然政府也推出了扶持政策，但是印度本身的基礎建設能力與資源輸送能力存在較為嚴重的脫節，就算從ASML手中採購了先進光刻機，電力輸送、潔淨室、技術水平、良品率、製造成本這些因素都是無法避免的問題。 (逍遙漠)

在半導體全球化浪潮遭遇逆流的當下，ASML總裁克里斯托弗·富凱（Christophe Fouquet）近日向彭博社發出嚴厲警示：試圖通過切斷光刻機供應來封鎖中國，不僅無法遏制中國技術的崛起，反而可能招致中國在稀土資源與傳統晶片領域的反制。富凱強調，半導體產業的繁榮建立在“相互依賴”的基石之上，任何單方面打破這種平衡的行為，最終都將導致全球產業鏈的共同受損。一、 貿易武器的雙刃劍效應：從光刻機到稀土“如果不賣給中國光刻機，人家也可以不賣給你稀土和傳統晶片。”富凱的這番言論，直指當前地緣政治下半導體博弈的核心痛點。長期以來，歐美國家習慣於掌握高端裝置（如EUV光刻機）的主動權，卻忽視了中國在全球供應鏈上游的絕對統治力。資料顯示，2024年全球稀土儲量約9000萬噸，中國獨佔4400萬噸，佔比近半；而在產量上，中國更是以27萬噸的年產出佔據了全球68.54%的份額。更關鍵的是，中國掌握的“串級萃取”技術，能將關鍵稀土元素純度提升至99.9999%，這是目前歐美難以企及的工藝壁壘。稀土並非普通的礦產資源，它是現代工業的“維生素”。從智慧型手機螢幕、電腦散熱模組，到人形機器人的精密關節、航空發動機的耐高溫葉片，乃至雷達系統，無一能離開稀土。富凱敏銳地指出，若美國執意將光刻機禁令推向極致，中國完全有理由在稀土出口上收緊閥門。對於極度依賴高純度稀土材料的歐美高端製造業而言，這種斷供的打擊力度遠超光刻機禁運對中國的影響。二、 “逼出來的自主”：封鎖只會加速中國突圍歷史反覆證明，技術封鎖往往是自主創新最強的催化劑。ASML前CEO彼得·溫寧克曾直言：“你不分享技術，他們就自己研發。一旦他們成功，你就永遠失去了這個市場。”富凱在訪談中進一步闡釋了這一邏輯。美國的全面封鎖策略，實際上是將中國企業逼入了“背水一戰”的境地。面對絕境，中國企業別無選擇，只能傾舉國之力攻關核心技術。這種壓力正在轉化為實質性的突破：2024年，中國在乾式光刻機領域已取得里程碑式的進展，浸潤式光刻機的量產攻關也進入了衝刺階段。“試圖在晶片領域完全孤立中國是徒勞且危險的。”富凱警告道，當中國建立起自主可控的光刻機產業鏈時，ASML及整個西方半導體裝置商將面對一個不再需要進口裝置的龐大市場，屆時失去的不僅僅是當下的訂單，而是未來的所有可能性。三、 安世半導體案例：資本無國界與供應鏈的深度融合在全球化分工中，資本與技術的流動早已超越了國界的限制。荷蘭安世半導體（Nexperia）便是一個典型的縮影。這家總部位於荷蘭的企業，早在多年前便由中國聞泰科技全資收購。從股權結構上看，它是不折不扣的中國公司。正因為這種深度的資本融合，安世半導體能夠順暢地獲取中國優質的稀土資源，進而高效製造汽車晶片，反哺全球汽車產業。然而，荷蘭政府近期以“供應鏈技術轉移”為由，企圖強行接管安世半導體，這一舉動不僅缺乏確鑿證據，更暴露了對全球化現實的誤讀。正如中國吉利集團全資收購沃爾沃後，通過合理的產能佈局實現了雙方共贏（沃爾沃保留高端車型生產線，吉利深化本土製造），安世與中國本土的技術往來本是跨國經營的常態。荷蘭政府的強硬干預，直接導致了全球汽車晶片供應鏈的震盪，迫使各大車企聯名警告，生怕產業停擺。這一事件深刻說明：人為割裂已經形成的緊密供應鏈，只會帶來混亂與短缺。四、 重構“相互依賴”：開放才是唯一出路過去的幾十年，半導體產業的高速增長得益於一種完美的“相互依賴”：海外企業提供高端裝置與IP授權，中國提供廣闊的市場、成熟的製造產能以及關鍵的原材料。這種互補關係讓各方都獲得了技術與經濟的雙重紅利。然而，美國單方面的出口管制打破了這一平衡，迫使中國不得不祭出稀土管制等反制措施作為警示。復旦大學沈逸教授指出，中國擁有稀土等資源作為談判底氣，但始終秉持“先禮後兵”的原則——首選開放合作，若對方持續施壓，則必將採取強硬手段讓對方付出代價。富凱的呼籲正是對這一現實的理性回歸。他認為，美國應適當放鬆出口管制，允許中國企業採購部分非最頂尖但至關重要的光刻機裝置，以維持全球生態的健康。畢竟，歐美在稀土精煉技術上的短板短期難以補齊，而中國在成熟製程晶片上的成本與產能優勢同樣不可替代。半導體產業是一條環環相扣的全球長鏈，沒有任何一個國家能夠獨善其身。ASML總裁的警示振聾發聵：在高度互聯的今天，追求絕對的“安全”而犧牲“開放”，最終換來的將是集體的脆弱。唯有重建互信，保持市場的開放與技術的適度流動，承認並利用彼此的依賴性，才能避免“殺敵一千，自損八百”的雙輸局面。否則，當光刻機被鎖死在倉庫，而稀土被截斷在礦山，全球科技發展的引擎恐將因缺乏燃料而徹底熄火。 (晶片研究室)

中芯國際創始人之一王陽元、北方華創董事長趙晉榮、長江儲存董事長陳南翔、華大九天董事長劉偉平、清華大學教授魏少軍等聯合撰寫的《建構自主可控的積體電路產業體系》，日前在中國科協的學術會刊《科技導報》網站發佈。上述作者中，陳南翔還是中國半導體行業協會理事長，趙晉榮、劉偉平、魏少軍是副理事長。據該文介紹，2024年8月，中國電子行業以11.54兆元的總市值首次超越銀行業，成為A股市場第一大行業。2024年，國內積體電路設計企業有3626家，其產品以通訊和消費類的中低端晶片為主，全行業產值為6460.4億元（約909.9億美元），即中國所有的晶片設計公司的銷售總額不及美國晶片一家設計公司輝達的銷售額（1243.77億美元）。在投資方面，國家大基金一期1387億元、二期2041.5億元、三期3440億元，3期大基金合計約967.4億美元。但2024年英特爾、三星和台積電3家1年的資本支出合計就達到857.8億美元。三星電子1年約360億美元的資本支出，接近組建一支航母戰鬥群的費用。該文的核心結論為：1、在國家安全領域，中國已經能夠實現100%自主製造、具有自主智慧財產權的晶片，築牢了國家安全的底線；2、28nm以上的成熟工藝的中低端晶片佔世界市場的80%，中國在該領域的晶片產能佔世界市場的33%，且晶片的設計與製造均不受制約；3、在攀登積體電路產業頂峰的征途中，中國已經登上了進入世界前10的“第一台階”，並在這個台階上建立了繼續攀登的“大本營”。文章指出，美國遏制中國積體電路產業發展主要是利用EDA、裝置和材料3張牌。“十五五”期間應首先解決EDA、極紫外光刻（EUV）和矽片這3個關鍵問題。“舉國之力”不應是口號，而應該是“十五五”期間必須由國家層面建立的整合機制，從而鍛造出真正可以與強手對壘的“頭部企業”。以光刻機為例，ASML的EUV有10萬個零部件，零部件供應商有5000家，ASML不過是集大成者。據報導，中國EUV的雷射光源、移動平台和光學系統均在不同單位取得突破性進展，如何以舉國之力將其整合，是“十五五”期間必須解決的問題。如何創立中國的ASML，讓“被整合者”跳出“名利”的藩籬，統一調度資金和人力資源，是有關部門應立即制定實施方案的緊急課題。同樣，EDA和矽片也必須由國家層面統籌引導，在企業合作中創造出嶄新的共贏機制。在“十五五”規劃的思考和建議部分，文章建議，在發展目標上：1、 按WSTS的統計標準，中國積體電路產業躋身積體電路產業強國前3名的行列；2、國民經濟領域需求的晶片自給率提高到80%，加強積體電路全產業生態鏈的建設，國內能夠滿足市場需求的、小於1美元的中低檔產品逐步減少進口或停止進口（用於整機產品加工復出口產品除外）；3、夯實自主可控的28nm全產業鏈體系，14 nm生產鏈能夠穩定生產，初步完成全國產化的7nm生產線建設及試運行；4、建設最先進工藝能力的公共平台來研發驗證最新器件結構、工藝（邏輯、儲存、光電、異構整合等）、裝備、零部件、材料、EDA軟體等，成熟的新結構器件迅速擴大產能；5、在基礎研究領域，原始創新能更多地湧現，在新器件結構、新材料、新工藝研發和生產的某些領域引領世界發展潮流。在實施的舉措方面，文章建議研究制定有利於企業整合、併購的政策，集中各種資源建立與世界產業巨頭比肩的頭部企業，將“各自為戰”變為“團隊作戰”。以舉國之力攻克最重要的材料（矽圓片、電子氣體）、裝置（曝光機）難關，努力提高國產EDA軟體的系統整合水平，擴大其在國內外市場的佔有率。文章最後認為：“今後5年，中國的晶片產業將會是“臥薪嘗膽”的5年；是丟掉幻想、準備鬥爭的5年；是紮穩中端腳跟、夯實內循環市場的5年；是尊重科學規律、潛心基礎研究“磨一劍”的5年。既然核心技術買不來、要不來、討不來，那就只能“幹出來”。”                               那麼，你覺得創立“中國的ASML（阿斯麥）”是否可行？那家公司有望挑起這副重擔？ (算力芯辰)

01. 前沿導讀荷蘭半導體觀察者馬克·海金克在訪談中指出：光刻技術是一種非常獨特的比賽，ASML花費了40年的時間鑽研光刻機，才達到了如今的水平。但ASML也確實預見到了中國企業有獨特的理由在光刻機上面投入更多的時間和精力來研發自己的製造裝置，那怕是華為這種從沒有涉足過半導體製造技術的“門外漢”，也在深入研究相關的製造技術，這種情況在整個產業的發展史上還是第一次出現。02. 技術競爭目前還在研究光刻機整機製造的企業屈指可數，國際層面只剩下荷蘭、日本、中國這三個國家的企業。早期的晶片產業，由於其技術水平沒有現在這麼先進，電晶體規模也不大，所以對於光刻機的需求也沒有那麼高。隨著時代的發展，晶片產業進入到大規模時代，光刻機產業也迎來了升級，進入到了追求高解析度、高製造效率、高穩定性的市場格局。彼時研發光刻機的企業數量較多，知名的就是美國GCA、珀金埃爾默、日本的佳能、尼康、荷蘭飛利浦（ASML母公司）。這些研發光刻機的企業，要麼就是老牌的工業光學巨頭，要麼就是具有多個產業鏈的跨國工業集團，而中國的光刻機產業在這個時期只是當做一種科研項目進行，並沒有考慮到後續的商業化發展。美國是電晶體、積體電路、光刻技術的發明國，早期依靠軍工產業讓晶片技術實現了商業化發展。為了滿足軍工行業的數量要求，美國企業開始研發可以量產晶片的光刻機，GCA和珀金埃爾默依靠產業的先發優勢，成為了全球光刻機的第一任市場霸主。緊接著就是日本半導體產業的崛起，日本通產省推出了超大規模積體電路計畫，從材料、技術、裝置等多個領域提升本土半導體產業的發展。光刻機是製造晶片的核心裝置，尼康和佳能在光學領域深耕多年，承擔了日本光刻機的研發工作。並且通產省還聯合東芝等儲存器製造商參與光刻機的最佳化工作，帶動整個產業鏈一起前進。尼康通過對美國GCA光刻機進行逆向工程，掌握了其製造邏輯，隨後便“照貓畫虎”開發了尼康首款光刻機NSR-1010G。為了搶佔美國企業的市場，日本企業開始注重客戶服務，不但售賣光刻機，而且還同時提供技術服務，解決客戶在使用過程中的部分問題。由於GCA的市場佔比極高，而且沒有競爭對手，這導致GCA管理層開始怠慢客戶，許多製造商對此非常不滿。而日本企業正是意識到了這一點，開始用客戶服務拉攏人心，一步步奪走了美國企業的客戶群體，成為了第二任全球光刻機產業的霸主。ASML早年是飛利浦集團旗下的技術部門，但是由於其遲遲無法給母公司創造經濟，於是飛利浦將該部門獨立出來，與荷蘭裝置製造商ASM以及荷蘭政府共同組成新合資公司ASML。ASML早期的光刻裝置整體性能落後，尤其是在面對美日兩國的產品時，除了價格其他一點優勢也沒有。那怕是價格便宜，也幾乎沒有外來客戶，都是飛利浦自家的工廠使用。但是隨著PAS系列光刻機的推出，ASML自家的對準技術開始受到關注。晶圓台對準技術是ASML一直以來的強項，此前因為晶片的內部設計簡單，所以對準技術沒有明顯優勢。但是隨著晶片內部設計越來越複雜，擁有對準技術的ASML光刻機開始受到追捧，尼康和佳能的市場空間開始被蠶食。03. 聯合發展負責光刻機製造的企業，幾乎都是有精密工業基礎的企業。尼康和佳能是光學工業巨頭，也是全球範圍內的頂級攝影器材供應商，並且佳能還負責製造3D列印、虛擬現實、掃描器、印刷機等工業裝置。在日本政府推動的超大規模積體電路計畫當中，與尼康、佳能聯合開發裝置的還有東芝等企業，東芝是儲存晶片製造商，不但掌握儲存晶片的設計技術，而且旗下還有製造工廠和製造生產線，這種合作模式屬於是讓兩個涉足製造業技術的企業進行深度融合。ASML也是聯合製造商台積電一起開發裝置，依靠台積電的浸潤式技術甩開了日本企業。而中國企業發展光刻機則是拉攏產業鏈各環節較為頂尖的企業，以綜合水平較強的企業為核心，支撐其實現產業突破。華為是目前最符合這個定位的企業，同時涉足通訊產業與半導體設計產業，而且還擁有終端消費市場的業務類股。只要將製造生產線和製造裝置環節打通，華為就會變成類似於美國英特爾、韓國三星的大型科技集團，不但擁有晶片設計能力，而且還擁有製造能力，甚至還擁有自己的消費品牌，走垂直一體化路線。 (逍遙漠)