70亿！新晋光刻机独角兽诞生，美企挑战ASML，还要建晶圆厂

10月28日，美国有家叫Substrate的初创公司扔出个大消息，他们搞出了X射线光刻机，还说能把芯片制造成本砍去九成。

这家估值超70亿人民币的独角兽，野心不小，不仅要挑战荷兰ASML的光刻机霸主地位，甚至计划自己建晶圆厂，直接跟台积电掰手腕。

要知道，ASML一台设备能卖4亿美元，而Substrate团队才50人，这么个小团队，真能把行业巨头拉下马吗？

粒子加速器造芯片

Substrate选的X射线光刻技术，而ASML的EUV光刻机，用的是13.5纳米波长的极紫外光。

Substrate想：既然波长越短分辨率可能越高，那干脆用波长更短的X射线。这家公司靠粒子加速器产生X射线光源，波长在0.01到10纳米之间，确实比EUV短了不少，理论上优势很明显。

从他们公布的实验数据看，确实有让人眼前一亮的地方。12纳米的临界尺寸、13纳米的尖端间距，套刻精度还做到了1.6纳米。这些指标要是能在量产中落地，意味着现在先进制程必须做的多重曝光步骤，可能就不用那么麻烦了。

举个实际例子，台积电生产3纳米芯片得做14次EUV曝光，多一次曝光，就多一分成本，也多一分良率风险。Substrate说他们的技术能一次搞定，这才是真正能降成本的关键。

但麻烦也跟着来。X射线能量高、穿透性还强，在绝大多数材料表面几乎不反射。这个物理特性摆在这，要么用直写方式刻蚀晶圆，要么就得开发全新的反射镜系统。直写方式精度是高，可速度慢得让人着急。

ASML的EUV光刻机每小时能处理150片晶圆，可Substrate到现在都没公布自家设备的生产效率数据。并且，2024年初测试时，连空调系统的振动都能让设备出问题，这种稳定性，离量产还差得远呢。

另外，配套材料几乎都得从零开发。现在用的光刻胶是为EUV优化的，根本扛不住X射线的高能量轰击。像光罩、保护膜这些东西，目前行业里还是空白，得重新建供应链。ASML的EUV光刻机有10万多个零件，研发花了20年，投入超100亿美元。Substrate想在几年内走完人家几十年的路，难度可想而知。

垂直整合战略

Substrate的商业模式在半导体行业里，算是个“异类”。现在行业分工特别清晰：ASML做设备、台积电做代工、英伟达做设计，大家各管一摊，配合得挺默契。

但Substrate偏要打破这种分工，打算同时扮演ASML和台积电的角色，既造光刻机，又建晶圆厂，还想提供代工服务。

创始人Proud给出的理由是成本优势，说大部分工具都在内部生产，能通过降低工艺成本来压低芯片价格。按他的计划，先进晶圆厂的建设成本能从150亿美元降到“数十亿美元”，每片先进制程晶圆的成本从10万美元降到1万美元。

话说回来，建一座先进晶圆厂可不止买台设备那么简单。光刻只是几百道工艺里的一环，还需要刻蚀机、薄膜沉积设备、检测设备等等。Substrate要么自己把这些设备全做出来，要么就得说服应用材料、科磊这些供应商，配合他们的X射线光刻工艺做适配。

还有个更现实的问题，客户在哪？台积电、三星这些代工厂跟ASML合作了几十年，整套工艺流程、设计规则都是围绕EUV光刻机优化的。就算Substrate真能把晶圆成本降下来，芯片设计公司也得调整设计流程才能用，这笔转换成本谁愿意掏？

ASML的护城河

我们接着看技术层面，ASML这些年积累的壁垒，不是短时间内能突破的。他们在EUV领域握有超过1.1万项专利，从光源、光学系统到检测，全链条都覆盖了。Substrate的X射线技术就算真能做出来，也得小心翼翼绕开这些专利。

更重要的是，ASML的新一代High-NAEUV光刻机已经在路上了。这种设备的数值孔径达到0.55，套刻精度能做到0.9纳米，量产良率超过90%。台积电和三星都已经下了订单，预计2025年就能量产。

Substrate的实验室数据确实不错，但几张漂亮的测试图片是一回事，在300毫米晶圆上以每小时几十片的速度稳定重复生产，又是另一回事。像热管理、振动控制、光学系统稳定性这些问题，到了量产阶段会层出不穷，哪一个没解决好都不行。

产业生态也是个大问题。伯恩斯坦分析师David Dai指出，Substrate最大的劣势就是缺乏行业支持。ASML跟台积电、三星、英特尔这些客户，在EDA工具、工艺节点定义上深度绑定，形成了完整的生态系统。

现在新技术要想挤进来，需要整个产业链配合调整。但Substrate选择的垂直整合模式，恰恰断绝了这种合作的可能性，想单打独斗闯出来，太难了。

美国的芯片自主梦能实现吗

Substrate能冒出来，背后其实是美国想重塑芯片供应链的国家战略。创始人Proud原本是英国人，2019年专门放弃英国国籍加入美国，还给特朗普政府写过政策文件，呼吁启动芯片制造的“曼哈顿计划”。

从美国政府的角度看，这个项目确实有吸引力。EUV技术最早是美国国家实验室在上世纪90年代研发的，后来因为成本失控，才把技术转让给了ASML，导致现在先进光刻机完全依赖荷兰。

美国一直想在本土重建完整的半导体制造能力，可光刻机这个“卡脖子”环节，始终没找到解决方案。Substrate的X射线技术如果能成，正好能填补这个空白，圆了他们的自主梦。

但从产业实际来看，这个梦不好圆。半导体制造是高度国际化分工的产业，ASML的光刻机需要德国蔡司的光学系统、美国Cymer的光源、日本的光刻胶，少了哪个都不行。就算Substrate能做出设备，也离不开全球供应链的支持。

现在全球能造先进光刻机的就ASML一家，日本尼康和佳能主要做中低端市场，中国上海微电子在推进28纳米光刻机。Substrate的加入，确实让竞争格局从“一家垄断”变成了“多条技术路线并存”，但短期内想撼动ASML的地位，基本不可能。

从中国这边看，Substrate的例子其实能给我们提个醒。光刻机技术并不是只有EUV这一条路，X射线、自由电子激光等技术路线都值得探索。关键不在于能不能搞出实验室成果，而在于能不能解决从实验室到量产的工程化难题，以及能不能建立起配套的产业生态。

现在说Substrate会取代ASML，还太早了点，但它证明了，光刻机技术的竞赛，仍在如火如荼地进行着。