光刻机这东西,说白了就是芯片制造里最核心的设备之一。
现在全球高端极紫外光刻机(EUV)基本被荷兰ASML一家包圆,美国自己反而造不出来完整的高端机,这事儿很多人觉得不可思议。
毕竟美国科技那么强,怎么就没把这个最难的活儿干了?荷兰一个小国又是靠什么站到顶端的?中国被卡脖子这么多年,能不能自己搞出来?
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上世纪七八十年代,美国在光刻机领域其实起步最早。
但后来日本尼康和佳能靠着规模化生产、成本控制和快速迭代,把市场抢了大半。到90年代,日本企业在步进式和扫描式光刻机上基本称霸,美国开始坐不住了。
美国政府和产业界当时面临一个现实问题:如果完全让日本掌控半导体设备,未来芯片供应链安全就成隐患。于是美国国家实验室从90年代就开始搞极紫外光刻(EUV)研究,投了大量钱。
但问题来了,美国本土企业很难把光学、激光、精密机械这些环节全部整合起来。供应链分散,协调成本高,企业之间又互相竞争,很难像后来ASML那样形成合力。
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关键转折在2000-2001年。ASML收购了美国硅谷集团(SVG),拿到了关键的EUV技术许可和专利授权。日本尼康和佳能虽然也参与了早期EUV合作,但美国出于战略考虑,没有把完整技术给日本。
这就给了ASML一个窗口期,它顺势把美国的光源技术(后来收购Cymer公司)、德国蔡司的光学镜片、其他欧洲国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产业链。
结果就是,美国把最难的系统集成活儿让给了荷兰的ASML,自己反而成了供应链里的一环。
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ASML在1984年才成立,最初就是飞利浦和ASMI各出一半钱搞的合资公司。那时候公司只有几十个人,规模小得可怜。能走到今天,靠的不是荷兰自己技术多牛,而是它非常会“借力”。
第一步,借美国的技术和资金。ASML明确承诺,大部分关键零部件从美国采购,并且接受美国定期审查。
2012年资金链差点断的时候,英特尔、三星、台积电直接掏了几十亿美元帮忙续命,换来的是ASML优先满足这些客户的技术路线。
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第二步,借欧洲的精密制造。德国蔡司负责最难的多层膜反射镜,镜面抛光精度要到原子级,单件镜子做几个月。
瑞典的轴承、其他欧盟国家的零部件,都被ASML整合进来。荷兰本身工业基础不算顶尖,但它作为欧盟成员,协调这些欧洲资源特别方便。
第三步,借客户的需求牵引技术。2007年以后,ASML跟台积电深度绑定,专门根据台积电的制程需求优化浸没式和EUV光刻机。
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尼康和佳能在EUV上投入不够,迭代速度跟不上,慢慢就被甩开了。
说白了,荷兰没把所有技术都自己从零做到一,而是当了“超级系统集成商”。
它把全球最好的单项技术捏到一起,再加上专利墙(现在超1.2万项专利)和客户绑定,把别人复制的路堵死了。这就是为什么一个小国能垄断全球最尖端的民用装备。
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中国从上世纪70年代就开始搞光刻研究,上海微电子装备公司(SMEE)是主力军。现在90nm光刻机已经商用,28nm浸没式DUV也在2025年进入验证阶段,中芯国际已经测试通过,能支持14nm节点(用多重曝光方式)。
国产DUV光刻机的市场占有率在国内已经显著提升,部分存储厂承诺未来几年把国产设备采购比例提到40%以上。
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EUV这一块难度最大。目前国内有几家单位在并行探索原型,包括激光诱导放电等离子体光源和激光产生等离子体两种技术路线。
2025年已经有实验室级光源能产生13.5纳米波长,但功率、稳定性和寿命都离商用差很远。业内普遍估计,真正做出商用EUV整机,乐观也要到2030年左右,更现实可能还要再往后推几年。
现在最大的瓶颈不是钱也不是人,而是生态整合和长期迭代经验。ASML花了二十多年才把EUV从实验室做到量产,中间烧掉几百亿美元,还差点破产。
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中国现在资源和人才都不缺,但时间和试错空间确实被压缩了。
光刻机比原子弹稀有多了,因为原子弹是几个国家从无到有搞出来的,而高端光刻机是全球分工协作下极致精密的产物。
美国没做成完整版,荷兰靠借力和整合做成了,中国现在就是在用自己的方式,从“借不到”走向“自己造”。
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