文 | 孫永杰

眾所周知，光刻技術(shù)是現(xiàn)代半導(dǎo)體制造的核心，直接決定了芯片的性能、尺寸和成本。在這場技術(shù)競賽中，荷蘭的ASML憑借其極紫外光（EUV）光刻技術(shù)占據(jù)了無可爭議的霸主地位。不過，近日，國內(nèi)外媒體及網(wǎng)絡(luò)接連曝出佳能通過納米壓印光刻（NIL）以及中國通過激光驅(qū)動等離子體（LDP）技術(shù)挑戰(zhàn)ASML的新聞，并在業(yè)內(nèi)再次引發(fā)了光刻機(jī)之爭。

那么問題來了，以佳能為代表的日本NIL和中國的LDP誰更有可能成為ASML最現(xiàn)實(shí)和有力的挑戰(zhàn)者？

深積淀與高壁壘，ASML緣何在EUV一枝獨(dú)秀？

提及ASML的EUV光刻機(jī)，首先從技術(shù)層面看，其技術(shù)的核心在于利用13.5納米波長的極紫外光，通過激光驅(qū)動等離子體（Laser-Produced Plasma, LPP）生成光源，將復(fù)雜電路圖案投影到硅晶圓上。這一過程涉及每秒向真空室噴射5萬滴熔融錫珠，經(jīng)歷兩次激光沖擊：第一次弱激光將其壓扁為薄餅狀，第二次強(qiáng)激光將其汽化為高溫等離子體（溫度高達(dá)22萬攝氏度，約為太陽表面溫度的40倍），從而發(fā)射EUV光。隨后，光線通過超平滑的多層反射鏡聚焦，照射載有芯片藍(lán)圖的掩膜版，最終將圖案蝕刻到涂有光刻膠的晶圓上。

不過，這還只是EUV技術(shù)復(fù)雜性的一隅。為了實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的光源輸出，需要精確控制激光的強(qiáng)度、脈沖頻率和目標(biāo)錫珠的大小與位置。產(chǎn)生的EUV光極易被吸收，因此整個(gè)光路都必須在超高真空中進(jìn)行，并采用特殊的多層鍍膜反射鏡進(jìn)行反射和聚焦。這些反射鏡的表面精度需要達(dá)到原子級別，任何微小的缺陷都會嚴(yán)重影響成像質(zhì)量。

更為關(guān)鍵的是，ASML上述的EUV技術(shù)并非一蹴而就，而是歷經(jīng)數(shù)十年的研發(fā)和投入，克服了無數(shù)的技術(shù)難題才得以實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，并為ASML帶來了現(xiàn)今市場上獨(dú)樹一幟的優(yōu)勢，例如其支持7納米及以下制程，分辨率極高，滿足了現(xiàn)代芯片對小型化和高性能的需求。

除上述技術(shù)積淀外，ASML的壁壘還體現(xiàn)在其對全球供應(yīng)鏈的有效整合和掌控上。EUV光刻機(jī)的許多關(guān)鍵零部件，例如光源、光學(xué)元件、精密軸承等，都來自于全球頂級的供應(yīng)商（光源依賴美國Cymer公司，鏡片依賴德國Zeiss等），ASML通過與這些供應(yīng)商建立長期穩(wěn)定的合作關(guān)系，并投入資金支持他們的研發(fā)，形成了一個(gè)高度依賴ASML的生態(tài)系統(tǒng)。這種復(fù)雜的供應(yīng)鏈關(guān)系，使得任何想要進(jìn)入EUV領(lǐng)域的競爭者，不僅需要自身擁有強(qiáng)大的技術(shù)積淀和實(shí)力，還需要能夠整合全球范圍內(nèi)的頂尖資源，而要短期內(nèi)構(gòu)建類似的供應(yīng)鏈體系，難度可想而知。

最后從市場的角度，臺積電、三星和英特爾等全球領(lǐng)先的芯片制造商，為了在激烈的市場競爭中保持技術(shù)領(lǐng)先，不得不采用最先進(jìn)的制程工藝，而這又離不開ASML的EUV光刻機(jī)，這使得ASML與客戶形成了深度綁定和難以撼動的依賴網(wǎng)絡(luò)壁壘。

其實(shí)，不要說EUV，即便是在相對成熟的工藝節(jié)點(diǎn)，由于ASML在DUV（深紫外光刻）領(lǐng)域也擁有領(lǐng)先的技術(shù)和廣泛的客戶基礎(chǔ)，其設(shè)備依然占據(jù)超過90%的市場份額的事實(shí)，再次證明ASML在整個(gè)光刻市場都具有強(qiáng)大的競爭力壁壘。

另辟蹊徑，NIL與LDP優(yōu)劣分明

正是基于上述ASML EUV的深積淀與高壁壘，決定了其他廠商要想以同樣的技術(shù)路線實(shí)現(xiàn)替代或者趕超幾無可能，惟有另辟蹊徑。而這也是近日佳能NIL和中國LDP技術(shù)路線在業(yè)內(nèi)引起強(qiáng)烈反響和爭論的主要原因。

需要說明的是，由于NIL和LDP應(yīng)用于光刻領(lǐng)域均屬首次，所以現(xiàn)階段無從談及在生態(tài)及市場層面與ASML的EUV進(jìn)行比較，只能單純從各自技術(shù)的層面來看看它們的優(yōu)劣。

我們先來看下佳能的NIL。該技術(shù)是一種非光學(xué)光刻方案，通過物理模板直接將電路圖案壓印到晶圓上，跳過了傳統(tǒng)光刻的光源投影等步驟。其工藝包括使用電子束刻制高精度母版、在晶圓上滴注液態(tài)樹脂、通過模具壓印圖案，最后用紫外光固化樹脂。

正是由于跳過了傳統(tǒng)光刻的光源投影等步驟，NIL的設(shè)備結(jié)構(gòu)相對簡單，在減少設(shè)備體積和技術(shù)門檻的同時(shí)，其理論上的制造成本和能耗遠(yuǎn)低于EUV（佳能宣稱NIL設(shè)備成本比EUV低40%，約為1500萬美元，能耗僅為EUV的1/10），如果能夠成功實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)，NIL有望顯著降低芯片的制造成本和運(yùn)營成本，從而為更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域提供經(jīng)濟(jì)可行的解決方案。

此外，由于NIL通過物理接觸進(jìn)行圖案轉(zhuǎn)移，其分辨率原則上只受限于模板的精度。而隨著納米加工技術(shù)的進(jìn)步，制造出更高分辨率的模板變得可行，這為NIL在未來實(shí)現(xiàn)超越EUV分辨率的可能性留下了想象空間。

所謂事物總有兩面性，尤其是對于已有技術(shù)的新應(yīng)用更是如此。與上述的優(yōu)勢相比，NIL的劣勢也相當(dāng)明顯，且彼此具有密切的相關(guān)性。

其中最致命弱點(diǎn)在于模板上的任何微小缺陷都會直接轉(zhuǎn)移到晶圓上，導(dǎo)致整片晶圓報(bào)廢。但制造出大面積、無缺陷的納米級模板本身就是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)，而如何在壓印過程中避免引入新的缺陷也至關(guān)重要，這些均增加了工藝復(fù)雜性。此外，高精度模板的制造成本和使用壽命也是需要考慮的因素。

其次，由于現(xiàn)代邏輯芯片通常是多層結(jié)構(gòu)，需要極高的納米級層間對準(zhǔn)精度，而在NIL工藝中，由于是物理接觸，如何確保每一層都與前一層精確對齊是一個(gè)非常復(fù)雜的問題，尤其是在面對越來越復(fù)雜的3D芯片架構(gòu)，例如在制造尖端CPU或GPU時(shí)，NIL的對準(zhǔn)精度可能難以滿足小于5納米的層間要求，這限制了其在邏輯芯片領(lǐng)域的應(yīng)用。

也許正是由于上述缺陷和制造工藝的復(fù)雜性，導(dǎo)致目前NIL的生產(chǎn)效率遠(yuǎn)低于EUV（據(jù)稱NIL當(dāng)前吞吐量僅為每小時(shí)110片晶圓，遠(yuǎn)低于EUV的170-220片），這嚴(yán)重限制了其在大規(guī)模芯片制造中的應(yīng)用和競爭力。

與佳能NIL應(yīng)用在光刻領(lǐng)域類似，中國的LDP在光刻方面也具有不可回避的兩面性。

具體到LDP（激光驅(qū)動等離子體），其是通過激光誘導(dǎo)放電電離錫或其他材料，生成13.5納米波長的EUV光，與ASML的LPP技術(shù)同屬光學(xué)光刻類別，這點(diǎn)也是其與佳能NIL最本質(zhì)的區(qū)別。

與ASML的EUV相比，LDP無需掩膜版（省去了昂貴的掩膜版設(shè)計(jì)和制造環(huán)節(jié)），從而可以顯著降低芯片研發(fā)的成本和周期，同時(shí)，為小批量、定制化的芯片生產(chǎn)以及快速原型設(shè)計(jì)提供了極大的便利。例如，LDP可能在物聯(lián)網(wǎng)芯片或模擬芯片等小規(guī)模定制市場中找到立足點(diǎn)，這些領(lǐng)域?qū)ιa(chǎn)效率要求較低，但對設(shè)計(jì)靈活性需求較高。

此外，由于LDP與ASML的LPP技術(shù)同屬光學(xué)光刻類別，其理論上可利用現(xiàn)有EUV生態(tài)（如光刻膠、掩膜工藝等），減少產(chǎn)業(yè)切換成本。

但禍兮福所倚，福兮禍所伏。正是由于LDP與ASML的LPP技術(shù)同屬光學(xué)光刻類別，走與ASML EUV直接競爭的路線，LDP的劣勢也更為明顯，或者說被放大了。

例如受到激光波長衍射極限的限制，傳統(tǒng)的LDP技術(shù)很難實(shí)現(xiàn)EUV級別的分辨率。雖然可以通過一些先進(jìn)的激光技術(shù)（如雙光子聚合等）提高分辨率，但距離制造最先進(jìn)的邏輯芯片所需的精度仍然有很大差距。據(jù)哈爾濱工業(yè)大學(xué)2024年發(fā)表的研究，其LDP光源功率僅達(dá)80W，遠(yuǎn)低于ASML的250W工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

此外，激光逐點(diǎn)掃描的寫入方式?jīng)Q定了LDP的生產(chǎn)效率非常低下，難以滿足大規(guī)模集成電路制造的需求。即使采用多束激光同時(shí)寫入，其效率也遠(yuǎn)不及基于掩膜版的光刻技術(shù)。

而更為不確定性的劣勢是，LDP需開發(fā)高精度光學(xué)系統(tǒng)（如亞納米級鏡面）和控制軟件等的無縫集成，而這些關(guān)鍵部件（如鏡片、光源組件）和控制軟件現(xiàn)在還部分依賴進(jìn)口，先不說相比于成熟的LPP技術(shù)，LDP在設(shè)備、材料、工藝流程等本身都缺乏完善的生態(tài)系統(tǒng)，需要大量的研發(fā)和投入才能建立，如果再加上上述依賴進(jìn)口可能存在卡脖子的風(fēng)險(xiǎn)，基于LDP生態(tài)的建立可能會相當(dāng)艱難、緩慢和耗時(shí)耗力。

積跬步以至千里，NIL與LDP誰更勝一籌？

如上，我們不難看到，無論是佳能的NIL，還是中國的LDP技術(shù)路線，與現(xiàn)有的ASML的EUV相比，都是優(yōu)劣分明。那么同樣作為挑戰(zhàn)者，誰的技術(shù)路線更有可能勝出呢？

從前述，首先，NIL的核心目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)高分辨率的圖案轉(zhuǎn)移，這與制造高性能、高集成度的先進(jìn)芯片的需求直接相關(guān)。雖然NIL的挑戰(zhàn)集中在缺陷、制造工藝和生產(chǎn)效率上，但其解決方案路徑相對清晰，例如優(yōu)化模具耐用性和提升壓印速度即可逐步接近EUV的吞吐量，而佳能可利用其光學(xué)和機(jī)械技術(shù)積累，逐步攻克這些挑戰(zhàn)。

提到佳能在光學(xué)和機(jī)械技術(shù)的積累，我們這里需要補(bǔ)充說明的是，佳能作為全球知名的光學(xué)設(shè)備制造商，擁有悠久的光學(xué)技術(shù)研發(fā)歷史和強(qiáng)大的精密制造能力，這為其NIL技術(shù)的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，例如佳能在光學(xué)領(lǐng)域積累的經(jīng)驗(yàn)（比如在鏡頭設(shè)計(jì)、精密控制等方面），可以借鑒到NIL設(shè)備的開發(fā)中。更重要的是，佳能曾經(jīng)也是光刻機(jī)市場的參與者（20世紀(jì)90年代曾是DUV光刻機(jī)的領(lǐng)先供應(yīng)商之一，其技術(shù)底蘊(yùn)不容小覷），對芯片制造工藝有一定的了解，這有助于其NIL技術(shù)更好地適應(yīng)行業(yè)需求。

反觀LDP，除了挑戰(zhàn)更為復(fù)雜，比如光源需達(dá)到工業(yè)級功率（188W以上）、光學(xué)系統(tǒng)需亞納米級精度、控制軟件需無縫集成等，而這涉及到多學(xué)科協(xié)同，技術(shù)門檻遠(yuǎn)高于NIL，且實(shí)現(xiàn)路徑尚不明朗外，更關(guān)鍵的還是缺乏像佳能的相關(guān)技術(shù)的深厚積淀。

其次，從市場商用的角度，佳能NIL已邁出實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)入商業(yè)化初期。例如根據(jù)《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》的報(bào)道，2025年3月其設(shè)備已在存儲芯片（如3D NAND）和顯示屏領(lǐng)域應(yīng)用，而TSMC的測試進(jìn)一步驗(yàn)證了其可行性。佳能宣稱其NIL設(shè)備已實(shí)現(xiàn)每小時(shí)130片晶圓的吞吐量（2025年初數(shù)據(jù)），并計(jì)劃2026年提升至180片，逐步逼近EUV水平。

相比之下，中國LDP技術(shù)仍處于研發(fā)階段，雖然哈爾濱工業(yè)大學(xué)等機(jī)構(gòu)在光源技術(shù)上取得了一定的突破，但距離展示完整的、可用于工業(yè)級量產(chǎn)的光刻系統(tǒng)，以及提供可靠的量產(chǎn)吞吐量和良率數(shù)據(jù)，還有相當(dāng)長的路要走，而關(guān)于2025年第三季度試產(chǎn)的目標(biāo)，目前公開信息有限，其可行性和最終的工業(yè)應(yīng)用能力仍有待觀察。

第三從生態(tài)系統(tǒng)看，NIL本質(zhì)上還是一種基于晶圓的制造工藝，其流程在某些方面與傳統(tǒng)的光刻技術(shù)有相似之處，例如都需要涂膠、顯影等步驟，更容易被現(xiàn)有的芯片制造生態(tài)系統(tǒng)所接受，而這意味著，芯片制造商在導(dǎo)入NIL技術(shù)時(shí)，可能不需要對現(xiàn)有的生產(chǎn)線進(jìn)行大規(guī)模的改造，從而降低了導(dǎo)入成本和風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)然，這里我們還沒有將佳能作為全球光學(xué)和成像技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)者，其自身就擁有強(qiáng)大的品牌影響力和技術(shù)基礎(chǔ)，與TSMC等廠商的合作通暢，供應(yīng)鏈整合能力強(qiáng)的因素計(jì)算在內(nèi)。相比之下，中國LDP作為一種與現(xiàn)有EUV技術(shù)路線相似但又存在差異的新興技術(shù)，其生態(tài)系統(tǒng)的建立需要從基礎(chǔ)研究、材料、零部件、設(shè)備制造到工藝驗(yàn)證等多個(gè)環(huán)節(jié)的長期投入和協(xié)同發(fā)展，其難度和所需時(shí)間可能比我們文中的描述還要大。

最后考慮非市場和技術(shù)因素（這點(diǎn)恐怕更為重要），佳能NIL面臨的外部環(huán)境相對寬松，在技術(shù)交流和國際合作方面受到的限制較少，這有助于其在全球范圍內(nèi)整合資源，加速技術(shù)發(fā)展。此外，佳能將NIL定位為ASML EUV的補(bǔ)充，主要著眼于成本敏感型應(yīng)用和特定工藝環(huán)節(jié)，而非直接取代EUV，這可能有助于降低市場阻力。而中國LDP技術(shù)則面臨著更為復(fù)雜的外部環(huán)境，尤其是在關(guān)鍵技術(shù)和零部件方面可能受到出口限制，這無疑會增加其研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化的難度。不過，中國政府的半導(dǎo)體自給政策（如“十四五”規(guī)劃）和百億級資金投入，或?qū)長DP提供長期支持。

寫在最后：

所謂積跬步以至千里。ASML在EUV領(lǐng)域現(xiàn)今無可撼動的地位，正是來自于數(shù)十年如一日的技術(shù)積累和持續(xù)創(chuàng)新。而面對NIL和LDP的挑戰(zhàn)，ASML并非毫無應(yīng)對。其下一代高數(shù)值孔徑（High-NA）EUV光刻機(jī)已開始交付，分辨率可達(dá)2納米以下，這將進(jìn)一步拉開與競爭者的差距。

由此來衡量佳能的NIL和中國的LDP技術(shù)，我們認(rèn)為，佳能的NIL在現(xiàn)階段和可預(yù)見的未來，更有可能在特定領(lǐng)域和特定應(yīng)用場景下對ASML構(gòu)成一定的挑戰(zhàn)。相比之下，中國在LDP技術(shù)上的探索，更像是著眼于長遠(yuǎn)的戰(zhàn)略布局，旨在突破技術(shù)封鎖，實(shí)現(xiàn)自主可控。究竟誰能最終在未來的光刻技術(shù)競賽中占據(jù)更有利的位置，時(shí)間和市場將會給出最終的答案。