伴隨著中國(guó)的芯片安全問題，***也成為業(yè)界焦點(diǎn)。

它單價(jià)售價(jià)超1億美元，依然供不應(yīng)求，被認(rèn)為是摩爾定律當(dāng)下的重要推手，勝似芯片公司的“印鈔機(jī)”。它集各學(xué)科之大成，設(shè)備重達(dá)幾十噸，需要多臺(tái)波音飛機(jī)運(yùn)輸，被認(rèn)為是半導(dǎo)體工業(yè)皇冠上的明珠。它雖是工業(yè)設(shè)備、商業(yè)產(chǎn)品，但其命運(yùn)從未擺脫大國(guó)之間的競(jìng)合博弈。

摩爾定律攻艱2nm 的物理極限的當(dāng)下，疊加復(fù)雜國(guó)際關(guān)系，***也成為2020年應(yīng)該了解的行業(yè)之一。為此，我們做了這篇輕度行業(yè)研究，希望真實(shí)的呈現(xiàn)這個(gè)行業(yè)的過去、現(xiàn)在和未來。

我們希望在本文回答以下問題：

為什么***對(duì)于芯片行業(yè)有這么重要的意義？

為什么當(dāng)下最先進(jìn)的***如此難研制？

當(dāng)下全球***產(chǎn)業(yè)格局如何？ASML是如何成為最為重要的***玩家？

國(guó)產(chǎn)***與國(guó)外的差距主要體現(xiàn)在哪里？

為什么中外***會(huì)存在這樣的差距？

隨著***逼近物理學(xué)、材料學(xué)、精密制造的極限，未來會(huì)呈現(xiàn)什么樣的發(fā)展趨勢(shì)？

一、為什么***這么重要—— “如果我們交不出EUV***，摩爾定律就會(huì)從此停止”

***有多重要？

作為全球***最為前沿的公司，荷蘭ASML公司如是說——“如果我們交不出EUV***，摩爾定律就會(huì)從此停止”。

過去五十多年，半導(dǎo)體行業(yè)一直遵循著摩爾定律這一經(jīng)濟(jì)規(guī)律：集成電路上可容納的元器件的數(shù)，每隔18個(gè)月就會(huì)增加一倍。這意味著每隔18個(gè)月，為了實(shí)現(xiàn)芯片性能提升一倍以上，芯片的制程就會(huì)縮小至少一倍。

20世紀(jì)初期的芯片納米制程進(jìn)度表，圖片來自互聯(lián)網(wǎng)21世紀(jì)初，芯片還剛剛進(jìn)入百納米制程。當(dāng)時(shí)的***，門檻還不高。在2007年，中國(guó)上海微電子裝備有限公司成立5年，當(dāng)年研發(fā)出了90nm***。事實(shí)上，在更早的上世紀(jì)七八十年代，諸如尼康、佳能等光學(xué)廠商、Intel等芯片廠商都做出過***。

（一）為什么***對(duì)芯片行業(yè)這么重要？我們可以先來簡(jiǎn)單先來拆解下。

1、芯片的制造過程

為了更清晰的表達(dá)***對(duì)于芯片行業(yè)和摩爾定律的重要性，我們可以先來簡(jiǎn)單描述下芯片的制作過程。

可以看一個(gè)簡(jiǎn)單、直接的有關(guān)芯片是如何研發(fā)、生產(chǎn)的示意圖：

半導(dǎo)體行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈，圖片來自中泰證券一家公司要研發(fā)芯片，他們會(huì)使用Cadence、Synospsys這些公司提供的EDA工具來輔助設(shè)計(jì)芯片，期間會(huì)用到來自于本公司自研或者ARM等第三方的各種IP核，在芯片設(shè)計(jì)完成后會(huì)交給TSMC臺(tái)積電、UMC聯(lián)電、SMIC中芯國(guó)際等晶圓代工廠生產(chǎn)，這些代工廠的生產(chǎn)設(shè)備就包括了來自ASML等的***。最后經(jīng)過日月光、長(zhǎng)電科技的封測(cè)，形成完整芯片。

可以說，光刻的主要作用是將掩模版上的芯片電路圖轉(zhuǎn)移到硅片上，是IC制造的核心環(huán)節(jié)，也是整個(gè)IC制造中最復(fù)雜、最關(guān)鍵的工藝步驟。

2、***的原理

光刻技術(shù)是指光刻膠在特殊波長(zhǎng)光線或者電子束下發(fā)生化學(xué)變化，通過曝光、顯影、刻蝕等工藝過程，將設(shè)計(jì)在掩膜上的圖形轉(zhuǎn)移到襯底上的圖形精細(xì)加工技術(shù)。

***一般是通過激光或電子束直接寫在光掩模板上，然后用激光輻照光掩模板，晶圓上的光敏物質(zhì)因感光而發(fā)生材料性質(zhì)的改變，通過顯影，從而完成芯片從設(shè)計(jì)版圖到硅片的轉(zhuǎn)移。這其實(shí)很像是照相機(jī)+投影儀的組合，只不過最后希望將電路圖印到硅片上。

我們以激光為光源的***為例，來看下其簡(jiǎn)易工作原理和流程。在制造芯片時(shí)，首先在晶圓（硅晶片）表面涂光感膠，再用光線透過掩模版（相當(dāng)于芯片電路圖紙的底片）照射硅片表面，被光線照射到的光感膠會(huì)發(fā)生反應(yīng)。此后用特定溶劑洗去被照射或者未被照射的膠，電路圖就印到硅片上。

3、為什么***對(duì)芯片行業(yè)如此重要？

從上文不能看出，在IC制造的環(huán)節(jié)，***是處于前道工藝最前端的一環(huán)。

一般來說，芯片的性能受晶體管密度影響，同樣面積下晶體管越多，即晶體管線寬越小，芯片性能越強(qiáng)。我們?nèi)粘Ｂ牭降膸准{米工藝，其中的納米即代表的相應(yīng)光刻工藝能加工出的晶體管線寬。

因此，可以說，***性能的先進(jìn)性，就在一定程度上，代表了芯片性能的先進(jìn)性。

二、為什么當(dāng)下最先進(jìn)的***如此難研制？——無限逼近物理學(xué)、材料學(xué)、精密制造的極限

2020年2月，全球***“帶頭大哥”ASML宣布，可能最早于2021年推出新一代的EUV***EXE:5000系列，這意味著生產(chǎn)3nm、2nm制程的芯片有了可能。在此之前，當(dāng)下最先進(jìn)的***為ASLM推出的NXE:3400C，物鏡系統(tǒng)的數(shù)值孔徑為0.33，可支持7nm、5nm制程的芯片制造。

事實(shí)上，研發(fā)這兩款機(jī)器，所耗費(fèi)的資金很可能已不下于百億美元，加上其前期的準(zhǔn)備工作耗時(shí)也長(zhǎng)達(dá)十多年。

（一）當(dāng)下最先進(jìn)的***到底有多難？

為了更形象的量化當(dāng)下最先進(jìn)的EUV***難度，我們可以先講幾個(gè)直觀的數(shù)據(jù)：

一臺(tái)EUV***一般有超十多萬個(gè)零件、4萬個(gè)螺栓、十幾公里走線、幾百噸重量；

一臺(tái)EUV***一般需要4臺(tái)左右的波音747才能完成運(yùn)輸；

2015年時(shí)一臺(tái)EUV***的售價(jià)高達(dá)1.2億美元；

目前知名的***公司ASML有2.5萬員工，9500名左右的研發(fā)人員，2300名博士，有6萬名左右的供應(yīng)商技術(shù)伙伴，且需要每年投入10-15%的營(yíng)收作為研發(fā)投入。

每一次芯片制程提升有多難？ 1nm大約相當(dāng)于頭發(fā)直徑的五萬分之一。要達(dá)到這樣的精度提升，其難度不難想象。

在《***之戰(zhàn)》一文中，作者金捷幡也曾做過一個(gè)比喻，“由于光刻精度是幾納米，EUV對(duì)光的集中度要求極高，相當(dāng)于拿個(gè)手電照到月球光斑不超過一枚硬幣。反射要求的鏡子要求長(zhǎng)30cm起伏不到0.3nm，這相當(dāng)于是北京到上海做根鐵軌起伏不超過1毫米”。

可以說，當(dāng)下最先進(jìn)的EUV***，其難度已經(jīng)無限逼近物理學(xué)、材料學(xué)、精密制造的極限。

（二）為什么當(dāng)下的***難研制？

1、***的進(jìn)化其實(shí)是不斷降低波長(zhǎng)的進(jìn)程

根據(jù)摩爾定律，集成電路上可容納的元器件的數(shù)，每隔18個(gè)月就會(huì)增加一倍。這意味著，集成電路芯片的集成度大約每三年增加4倍，半導(dǎo)體器件的特征尺寸大約每三年縮小兩倍。

如上文所講，芯片的性能受晶體管密度影響，同樣面積下晶體管越多，即晶體管線寬越小，芯片性能越強(qiáng)。我們?nèi)粘Ｂ牭降膸准{米工藝，其中的納米即代表的相應(yīng)光刻工藝能加工出的晶體管線寬。

那如何才能提高線寬呢？這里就涉及到了一個(gè)重要的光學(xué)公式——瑞利公式Rayleigh Criterion。

其中，R代表的是最小的半角分辨率；K是與經(jīng)驗(yàn)相關(guān)的常數(shù)，一般由光刻工藝決定，比如光刻膠和掩模圖形形狀；λ表示入射光波長(zhǎng)；NA表示曝光系統(tǒng)的數(shù)值孔徑，NA的數(shù)值多在0.25-1.35之間。

***想要縮小晶體管線寬，即是需要提高光刻分辨率，即公式中的R值要足夠低，這就意味著要降低波長(zhǎng)（即降低λ值）、提高工藝水平（即降低k值）、提高曝光系統(tǒng)的數(shù)值孔徑（即提高NA值）。過去幾十年，行業(yè)的普遍做法是降低波長(zhǎng)（降低λ值），即研發(fā)出可用于***的更短波長(zhǎng)的光源。

光譜可以說，過去幾十年，***的光源就是從紅外線的最右側(cè)不停無限接近紫外線最左側(cè)的過程。今天所謂的EUV極紫外***，使用的即是紫外線波段最左側(cè)的光譜。

在《***之戰(zhàn)》一文中也詳細(xì)的描述了這一進(jìn)程：90年代前半期，光刻開始使用波長(zhǎng)365nm i-line，后半期開始使用248nm的KrF激光；其中，00年代光刻開始使用193nm波長(zhǎng)的DUV激光（即因?yàn)殡y度而變得著名的ArF準(zhǔn)分子激光）。

***初登場(chǎng)時(shí)，光源采用波長(zhǎng)為436mn的高壓汞燈g-line，NA數(shù)值為0.28一0.30。90年代前半期，光刻開始使用波長(zhǎng)365nm i-line， NA數(shù)值為0.50一0.55，以存儲(chǔ)芯片為例，主要用于16Mibt DRAM制造工藝。90年代后半期，開始使用248nm的KrF激光，NA數(shù)值為0.60左右，以存儲(chǔ)芯片為例，主要用于64Mibt DRAM、256Mibt DRAM制造工藝。00年代光刻開始使用193nm波長(zhǎng)的DUV激光（即因?yàn)殡y度而變得著名的ArF準(zhǔn)分子激光）。

目前常在新聞中出現(xiàn)的EUV則是極紫外線，其波長(zhǎng)達(dá)到了13.5nm。根據(jù)知乎作者ArtoriasPhD的介紹，這里還有一個(gè)有意思的題外話，之所以從365nm、248nm、193nm ，跳過了進(jìn)度條上的157nm，直接到了13.5nm波長(zhǎng)的EUV，一個(gè)主要的原因即是157nm會(huì)被大部分的透鏡吸收，發(fā)熱嚴(yán)重會(huì)導(dǎo)致鏡面發(fā)生形變，無法準(zhǔn)確反射和對(duì)焦，當(dāng)時(shí)曾考慮用用螢石氟化鈣來做透鏡，但成本巨高且只有佳能掌握一些小型螢石透鏡的制造技術(shù)，幾年之后終于放棄。

2、使用低波長(zhǎng)的光源

典型的***系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如上圖所示，包括了以下四個(gè)部分：光源；照明系統(tǒng)；投影光學(xué)系統(tǒng)；工作臺(tái)。

一般來說，由光源發(fā)出的光波，經(jīng)由照明系統(tǒng)的多層薄膜反射鏡投射到反射掩模上，反射出的光波再通過面反射鏡光學(xué)微縮投影系統(tǒng)，將反射掩模上的集成電路幾何圖形投影成像到硅片上的抗蝕劑中，形成集成電路所需要的光刻圖形。

使用低波長(zhǎng)的光源，不僅會(huì)帶來照明系統(tǒng)、投影光學(xué)系統(tǒng)、工作臺(tái)的變化，也會(huì)對(duì)材料等帶來新挑戰(zhàn)。

我們以當(dāng)下關(guān)注度最高的EUV***為例，進(jìn)行拆解。

要保證光刻工作，首先就需要保證光源的“能力”，以及多次反射后最終可以精準(zhǔn)投影。因此，要保證***所需要的能力，首先需要制造出合格的光源。以ASML為例，為了解決光源制造問題，收購(gòu)了全球領(lǐng)先的準(zhǔn)分子激光器供應(yīng)商Cymer。這里所謂的合格是指，在適當(dāng)?shù)某杀鞠拢瑢?shí)現(xiàn)特定功率的窄帶EUV輸出。

其次，需要設(shè)計(jì)專門的透鏡保證通過不斷反射聚集光源，以透鏡吸收光的能量。有一個(gè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，每反射1次，EUV的能量就會(huì)損失30%，十幾次反射后，到達(dá)晶圓的光線理論上只剩下2%。韓國(guó)企業(yè)海力士曾經(jīng)表示，極紫外光EUV的能源轉(zhuǎn)換效率只有0.02%左右。若按這一轉(zhuǎn)化率推算，ASML的EUV***輸出功率為250瓦，那輸入功率很可能需要達(dá)到125萬瓦，每天耗電3萬度。因此，需要EUV***的微縮投影光學(xué)系統(tǒng)應(yīng)由數(shù)量盡可能少的反射鏡構(gòu)成。這將會(huì)減少光學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)的自由變量，限制光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量。為此，一般會(huì)通過非球面反射鏡，增加微縮投影光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)的自由變量。但采用非球面反射鏡，就會(huì)產(chǎn)生畸變，而畸變又會(huì)導(dǎo)致圖像錯(cuò)位，最終導(dǎo)致掩模復(fù)制圖形的畸變。因此，投影系統(tǒng)需要具有足夠的分辨率的基礎(chǔ)上做到最小畸變。

再次，性能優(yōu)異的掩模照明系統(tǒng)與性能優(yōu)異的微縮投影光學(xué)系統(tǒng)配合，才能發(fā)揮作用。掩模照明光學(xué)系統(tǒng)也被認(rèn)為是EUV***中極為重要的分系統(tǒng)之一，直接左右著整個(gè)裝置的性能。掩模照明光學(xué)系統(tǒng)必須同時(shí)滿足這樣一些條件：從EUV光源中盡可能收集最大能量的窄帶EUV輻射，并在掩模上形成與微縮投影光學(xué)系統(tǒng)相匹配的環(huán)形照明視場(chǎng)；同時(shí)保證環(huán)狀照明視場(chǎng)的輻射照度均勻性。這也意味著對(duì)工藝的高要求。

此外，材料也是一個(gè)重要難點(diǎn)。比如，在248nm 和 193nm 中，使用的是有機(jī)化學(xué)放大光刻膠 CAR，但到了EUV時(shí)代，因?yàn)楣庠茨芰看蠓黾樱珻AR的表現(xiàn)就有可能不穩(wěn)定，從而影響芯片良率。而如果到了X光光刻，則需要新的合適的光刻材料。

（三）***難研制的另一個(gè)難題——資金

從上文的技術(shù)拆解，不難猜到。要做***還有另一個(gè)難題——資金。

事實(shí)上，***由于技術(shù)難度大，研發(fā)資金投入巨大，以至于佳能和索尼都虧損嚴(yán)重，已經(jīng)停止研發(fā)，退出未來技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)。美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家研究***，幾乎每年都有超過90個(gè)億的資金作為研發(fā)費(fèi)用。到目前為止這些掌握***技術(shù)的國(guó)家大約都花費(fèi)了約4000億元。

ASML在10月14日發(fā)布的的2020年第三季度財(cái)務(wù)報(bào)表顯示，ASML2020年第三季度的總營(yíng)收為39.58億歐元，研發(fā)費(fèi)用5.34億歐元，約占總營(yíng)收的13.49%；2020年第二季度研發(fā)費(fèi)用5.67億歐元，約占此季度總營(yíng)收的16.87%；2020年第一季度研發(fā)費(fèi)用為5.44億歐元，約占此季度總營(yíng)收的22.28%。2019年整年總營(yíng)收為118億歐元，研發(fā)費(fèi)用高達(dá)20億歐元，約占總營(yíng)收的16.94%，較2018年的16億歐元有大幅增長(zhǎng)。ASML表示：在過去的五年里，ASML的研發(fā)投資已經(jīng)達(dá)到70億歐元。據(jù)e公司報(bào)道，ASML每年逾10億歐元的研發(fā)投入，連續(xù)20年才研發(fā)出最新一款光刻設(shè)備——EUV***。

目前***市場(chǎng)的老大ASML幾乎可以說是整個(gè)***技術(shù)的壟斷者，他們每年投入的研發(fā)費(fèi)用，幾乎是某些世界500強(qiáng)企業(yè)的三個(gè)季度的收入。ASML，為了籌集資金，同時(shí)也是進(jìn)行上下游利益捆綁，研發(fā)風(fēng)險(xiǎn)共擔(dān)，邀請(qǐng)英特爾、三星和臺(tái)積電出資，做自己的大股東。ASML實(shí)際上是美、日、韓、德等共同投資的項(xiàng)目，才能保證資金夠用。

三、***的歷史

（一）***的技術(shù)路線發(fā)展

1、技術(shù)進(jìn)步變化

在摩爾定律的驅(qū)動(dòng)下，光學(xué)光刻技術(shù)經(jīng)歷了五代變革。20世紀(jì)70—80年代，光刻設(shè)備主要采用普通光源和汞燈作為曝光光源，其特征尺寸在微米級(jí)以上。曝光波長(zhǎng)最早從436nm的g線，到90 年代前半期光刻技術(shù)開始使用波長(zhǎng) 365nm的i線，后半期開始使用 248nm 的 KrF 激光，進(jìn)入21世紀(jì)后，光刻技術(shù)開始使用 193nm 波長(zhǎng)的 DUV 激光，這就是著名的 ArF 準(zhǔn)分子激光，技術(shù)上跨越了1μm、0.5μm、0.35μm、0.1μm、90nm、65nm、45nm等節(jié)點(diǎn)。目前最新的光刻技是EUV（極紫外式***）波長(zhǎng)也縮短至13.5nm，制程節(jié)點(diǎn)也提高到7-3nm。目前光學(xué)光刻技術(shù)正朝著縮短曝光光源波長(zhǎng)、提高數(shù)值孔徑和改進(jìn)曝光方式的方向前進(jìn)。

2、193nm光刻：改寫歷史商業(yè)格局的技術(shù)突破

提到***的技術(shù)，不得不提的是193nm的技術(shù)突破。從結(jié)果上來看，超越193nm波長(zhǎng)的浸潤(rùn)式技術(shù)橫空出世，不僅讓***領(lǐng)域換了只領(lǐng)頭羊，也讓***迎來了下一個(gè)時(shí)代——EUV時(shí)代。但整個(gè)過程的艱辛則貫穿了上世界90年代。

上世紀(jì)90年代，***的光源波長(zhǎng)被193nm卡死，成為了擺在全行業(yè)面前的一道難關(guān)。科學(xué)家和產(chǎn)業(yè)界提出了各種超越 193nm 的方案，其中包括尼康等公司主張的157nm 的F2 激光、EUV LCc聯(lián)盟押注的更激進(jìn)的EUV（13.5nm） 、日本公司和IBM支持的X 光以及電子束投射 （EPL）、離子投射 （IPL）等技術(shù)。

這時(shí)候，2002年臺(tái)積電的頂級(jí)微影專家林本堅(jiān)研究出了以水作為介質(zhì)的193納米浸潤(rùn)式光刻技術(shù)：把透鏡和硅片之間的介質(zhì)從空氣換成水，由于水的折射率大約是1.4，那么波長(zhǎng)可縮短132nm。這個(gè)想法雖然最初被各家半導(dǎo)體巨頭拒絕，畢竟這只是理想情況，在精密的機(jī)器中加水構(gòu)建浸潤(rùn)環(huán)境，既要考慮實(shí)際性能，又要擔(dān)心環(huán)境污的問題染。

但是當(dāng)時(shí)“初出茅廬不怕虎”的ASML還是選擇了和林本堅(jiān)一起賭一把，押注浸潤(rùn)式技術(shù)有可能以小博大，之后的一年里，ASML與林本堅(jiān)合作研制出了第一臺(tái)樣機(jī)并先后奪下IBM和臺(tái)積電等大客戶的訂單。尼康雖然緊隨其后也推出了干式微影157nm技術(shù)的成品，但被ASML搶占了先機(jī)，而且在波長(zhǎng)技術(shù)上不及ASML，因此商業(yè)上并未占優(yōu)。

因?yàn)樵谶@次157nm光源干刻法與193nm光源濕刻法的技術(shù)之爭(zhēng)中賭贏了，ASML在***領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了彎道超車，***領(lǐng)域不僅換了只領(lǐng)頭羊，也讓***迎來了下一個(gè)時(shí)代——EUV時(shí)代。

這里可以再稍微補(bǔ)充一下。***根據(jù)***的光源可以分為紫外光源（UV），深紫外光源（DUV），極紫外光源（EUV），以此遞進(jìn)的關(guān)系，波長(zhǎng)越來越小，分辨率會(huì)越來越高。通的DUV***使用的是193nm的深紫外光，現(xiàn)在的EUV***使用的是波長(zhǎng)13.5nm的極紫外光。隨著EUV技術(shù)的誕生，實(shí)現(xiàn)14nm、10nm、和7nm制程的芯片生產(chǎn)，而通過技術(shù)升級(jí)，也可以實(shí)現(xiàn)9nm，8nm，6nm，5nm，4nm乃至3nm等制程的芯片生產(chǎn)。

（二）ASML是如何成為今天最為重要的光刻玩家

1、ASML的財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)

ASML近五年財(cái)報(bào)（部分）數(shù)據(jù)從ASML披露的近五年的財(cái)報(bào)數(shù)據(jù)顯示，ASML近五年內(nèi)凈銷售額和凈收入都呈上升趨勢(shì)，特別是2016-2018年ASML的營(yíng)收大幅上漲。截止到2019年年底，ASML在研發(fā)方面的支出一年已達(dá)到20億歐元，這不是一個(gè)普通的企業(yè)能在短期募集到的資金規(guī)模。據(jù)知乎用戶兜兜的介紹，早期ASML發(fā)展較慢時(shí)，為了保持技術(shù)方面的領(lǐng)先，以“客戶聯(lián)合投資計(jì)劃”之名進(jìn)行研發(fā)資金的募捐：客戶以出資換取EUV***的優(yōu)先訂貨權(quán)，協(xié)助客戶提高產(chǎn)品產(chǎn)量。通過這一計(jì)劃，ASML用23%的股權(quán)，獲得來自三星5.03億歐元股權(quán)投資及2.75億歐元的研發(fā)支持，臺(tái)積電8.38億歐元的股權(quán)投資，以及長(zhǎng)期合作伙伴英特爾41億美元的股權(quán)以及10億美元研發(fā)支持，保證了自己的霸主壟斷地位。

ASML在研發(fā)費(fèi)用方面長(zhǎng)期領(lǐng)先于行業(yè)對(duì)手。長(zhǎng)期以來，其研發(fā)費(fèi)用/總銷售額比率一直穩(wěn)定在20%左右，遠(yuǎn)超行業(yè)平均水平3%。除此之外，ASML長(zhǎng)期握有大量現(xiàn)金，保證研發(fā)費(fèi)用不受經(jīng)濟(jì)周期影響。也正是由于在研發(fā)上大量的投入才換來ASML如今光刻技術(shù)水平一直保持行業(yè)第一的地位。

ASML的技術(shù)壁壘顯而易見，生態(tài)壁壘則是其看不見的護(hù)城河。

早期，ASML加入了美國(guó)能源部與英特爾共同建立的EUV LLC聯(lián)盟，與當(dāng)時(shí)的技術(shù)領(lǐng)先的AMD、摩托羅拉等企業(yè)共享頂尖技術(shù)，人才及資源。這可以理解成在別人的生態(tài)中“廣結(jié)善緣”。

后期，ASML則憑借著上下游關(guān)系，搭建了自己的生態(tài)。ASML的CEO Peter Wennink曾提到，“ASML是系統(tǒng)集成商，將數(shù)百家公司的技術(shù)整合在一起，一臺(tái)***需要80000個(gè)零件”。而因?yàn)槠洚a(chǎn)品的精密性、復(fù)雜性，也因?yàn)槠滟Y金密集性高，ASML則不得不對(duì)一些上下游的合作伙伴技術(shù)共享，甚至讓其中一部分企業(yè)成為自己的股東。

四、***的歷史

（一）中國(guó)***發(fā)展史

順著時(shí)間的脈絡(luò)，讓我們走進(jìn)中國(guó)***最初的時(shí)代。

我國(guó)的***發(fā)展歷史可以追溯到上世紀(jì)五十年代，1956年，我國(guó)第一支晶體三極管誕生，自此中國(guó)的半導(dǎo)體行業(yè)進(jìn)入了新紀(jì)元，緊接著，1958年，第一枚鍺晶體管試制成功，1962年，第一代硅平面晶體管（采用平面工藝制作的晶體管）問世。1966年，109廠與上海光學(xué)儀器廠協(xié)作，成功研制出我國(guó)第一臺(tái)65型接觸式***。

伴隨著半導(dǎo)體行業(yè)研究的興起，中國(guó)于1977年成功研發(fā)出屬于中國(guó)的第一臺(tái)***——GK-3型半自動(dòng)***，據(jù)相關(guān)資料顯示，這是一臺(tái)接觸式***。此后一年也就是1978年，恰逢改革開放之際，我國(guó)在GK-3的基礎(chǔ)上研發(fā)了GK-4，同時(shí)也把加工圓片直徑從50nm提高到了75nm，自動(dòng)化程度提高了很多，但還是未擺脫接觸式***，同年，中科院半導(dǎo)體所開始研制JK-1型半自動(dòng)接近時(shí)***。1980年，清華大學(xué)研制出第四代分步式投影***，光刻精度達(dá)到3微米。1981年，中科院半導(dǎo)體所研制成功JK-1半自動(dòng)接近式***。1982年，科學(xué)院109廠成功研制KHA75-1型半自動(dòng)進(jìn)階接觸式***。1985年，機(jī)電部45所成功研制出BG-101分步式***樣機(jī)，這是中國(guó)第一臺(tái)分步投影式***。

80年代前期可以說是中國(guó)早期***加速發(fā)展，努力縮短中外差距的幾年，但到了80年代中后期，隨著改革開放的深入發(fā)展，一方面開始大規(guī)模引進(jìn)外資，***行業(yè)內(nèi)出現(xiàn)了“造不如買”的思想，實(shí)質(zhì)上已經(jīng)放棄了自主攻關(guān)，而且迫于時(shí)代特征，國(guó)家重視抓高速增長(zhǎng)的產(chǎn)業(yè)，而***這種需要長(zhǎng)期高投入的項(xiàng)目逐漸被邊緣化，得不到國(guó)家的重視，致使***技術(shù)的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化停滯不前。另一方面，在《國(guó)產(chǎn)***發(fā)展史回顧》一文中寫到了西方發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)我國(guó)***技術(shù)的限制，限制***相關(guān)配件對(duì)我國(guó)的出口。由于這兩方面的原因，好不容易可以望其項(xiàng)背的中國(guó)又要開始與國(guó)外脫節(jié)了。直到九十年代，我國(guó)***的光源已經(jīng)被卡在193nm長(zhǎng)達(dá)20多年。

進(jìn)入21世紀(jì)，乘著中國(guó)半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展的東風(fēng)，光刻技術(shù)重新得到了國(guó)家的重視，逐漸開始發(fā)展起來。我國(guó)也開始啟動(dòng)193nmArF***項(xiàng)目。2002年，上海微電子裝備設(shè)備有限公司成立，這家公司在中國(guó)的***發(fā)展史中有著舉足輕重的作用，剛剛成立就承擔(dān)了國(guó)家“十五”***攻關(guān)項(xiàng)目。2008年，“極大規(guī)模集成電路制造裝備及成套工藝”專項(xiàng)將ASML的EUV技術(shù)列為下一代光刻技術(shù)重點(diǎn)攻關(guān)的方向，國(guó)家計(jì)劃在2030年實(shí)現(xiàn)EUV***的國(guó)產(chǎn)化。2016年上海微電子已經(jīng)量產(chǎn)90nm，110nm，280nm三種***。2017年，中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所牽頭研發(fā)的“極紫外光刻關(guān)鍵技術(shù)”通過驗(yàn)收。2018年，中科院研制的“超分辨光刻裝備”通過驗(yàn)收。光刻分辨力達(dá)到22納米，結(jié)合雙重曝光技術(shù)后，未來還可用于制造10納米級(jí)別的芯片。據(jù)悉，

2020年6月初，上海微電子宣布將在2021-2022年交付第一臺(tái)28nm工藝的國(guó)產(chǎn)浸入式***，國(guó)產(chǎn)***有望從此前的90nm工藝一舉突破到28nm工藝，但實(shí)際上與世界上最先進(jìn)的ASML公司仍然有20年左右的差距。

2、中外差距

在中國(guó)發(fā)明出第一支晶體三極管的時(shí)候距離貝爾實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的世界上第一支點(diǎn)接觸三極管已經(jīng)有九年之久了。美國(guó)在二十世紀(jì)五十年代就已經(jīng)研發(fā)出了接觸式***，而中國(guó)在1977年才研發(fā)出的出第一臺(tái)***——GK-3型半自動(dòng)***，這期間又相差了二十多年。

但到了上世紀(jì)80年代，中國(guó)在***領(lǐng)域的研究水平與國(guó)外的差距逐漸縮小，相關(guān)資料顯示，1980年代研制的第四代分步式投影***的光刻精度已經(jīng)接近國(guó)際主流水平。1982年的KHA75-1型半自動(dòng)接近接觸式***在某些重要的指標(biāo)（比如掩膜變形量等）上已達(dá)到佳能PLA500-F的水平。1985年研制的中國(guó)第一臺(tái)分步式***BG-101使得中國(guó)在分步***上與國(guó)外的差距不超過7年，大大縮短了中外之間的差距。

由于80年代中后期的不被重視以及技術(shù)限制使得剛縮短的距離又要被拉大。90年代的ASML已經(jīng)開始EUV***的研發(fā)工作，而直到二十一世紀(jì)，中國(guó)才剛剛開始啟動(dòng)193nmArF***項(xiàng)目，足足落后ASML20多年。

進(jìn)入新世紀(jì)后，中國(guó)的***事業(yè)得到了國(guó)家的重視，有了一定的發(fā)展，但是由于2018年之前我國(guó)一直是從海外購(gòu)買到***以及半導(dǎo)體芯片，所以我國(guó)的***行業(yè)的發(fā)展一直處于一種不緊不慢、不溫不火的狀態(tài)中，與世界領(lǐng)先的研發(fā)水平的差距并沒有有效縮小，只是處于跟跑的階段。目前來看，中國(guó)與世界上***領(lǐng)域最先進(jìn)的ASML公司仍然有二十年左右的差距。

這里引用一下知乎用戶朝陽(yáng)區(qū)戴老板的話：“就當(dāng)前世界***行業(yè)的現(xiàn)實(shí)情況來看，排在上海微電子裝備有限公司前面的參賽選手只剩下了3名，荷蘭的ASML，日本的佳能和尼康。如果單純按照數(shù)字評(píng)分的話，ASML如果是100分，佳能大概20分，尼康大概25分，上海微電子大概5分。”

可以說，中外差距仍是“路漫漫其修遠(yuǎn)兮”，仍需“吾將上下而求索”。中國(guó)的***發(fā)展之路還很漫長(zhǎng)，需要資金、技術(shù)、人才、企業(yè)、政府各方面的投入。

五、國(guó)際***產(chǎn)業(yè)格局

數(shù)據(jù)顯示，2016-2018年，全球IC制造前道***全球銷量整體處于上升趨勢(shì)，2018年全球出貨量達(dá)到374臺(tái)。2019年出貨量略有下降，全年為359臺(tái)。

從競(jìng)爭(zhēng)格局來看，目前，據(jù)全球***市場(chǎng)的主要企業(yè)即ASML，尼康和佳能三家，ASML在全球***市場(chǎng)產(chǎn)業(yè)格局中約占比75%，尼康約占比13%，佳能約占比6%，其他公司約總占比7%。

從***銷售額來看，2019年三家企業(yè)的合計(jì)市場(chǎng)份額就占到了全球***市場(chǎng)的90%以上。據(jù)中商情報(bào)網(wǎng)報(bào)道，荷蘭ASML公司的主要產(chǎn)品為各級(jí)別的***，2019年阿斯麥銷售了229臺(tái)***，其中占比最大的是ArFi***，且市場(chǎng)占比高達(dá)88%；其次是KrF***，市場(chǎng)占比高達(dá)71%，而且值得一提的是ASML公司的EUV***的市場(chǎng)占比可達(dá)到100%，完全壟斷了整個(gè)市場(chǎng)。尼康目前主要為中高端機(jī)型，包括ArF、KrF、KrF、i-line光源，在ASML之后才推出浸入式***，曾經(jīng)是***領(lǐng)域的第一，但是現(xiàn)在已經(jīng)落后于ASML。佳能專注于低端產(chǎn)品，只有i-line和Kr-F***，沒有浸入式***，現(xiàn)在佳能已逐漸減少在半導(dǎo)體***領(lǐng)域的投資，轉(zhuǎn)向面板***領(lǐng)域。

在國(guó)產(chǎn)***領(lǐng)域中，上海微電子獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷，作為國(guó)內(nèi)最領(lǐng)先的***研發(fā)企業(yè)同時(shí)也是國(guó)內(nèi)最具競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的企業(yè)，其產(chǎn)品主要采用ArF、KrF和i-line光源，目前只能達(dá)到90nm制程，且主要用于IC的后道封裝和面板領(lǐng)域。

六、***的未來發(fā)展趨勢(shì)

（一）未來***依然不是大市場(chǎng)

今天大家關(guān)注度最高的還是2nm、3nm的***，主要是手機(jī)芯片領(lǐng)域，但其實(shí)之前的較大制程***仍在銷售，銷量還不錯(cuò)。從行業(yè)供給來看，2014-2018年，***領(lǐng)域排名前三的企業(yè)（ASML、尼康、佳能）銷售量呈現(xiàn)波動(dòng)增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。2019年，***銷售量有所下滑，全球銷量為354臺(tái)，較2018年下降了3.8%。2020年第一季度，全球***領(lǐng)域排名前三企業(yè)銷售量實(shí)現(xiàn)85臺(tái)。除了應(yīng)用于IC前道的***之外，封裝***以及LED/MEMS/功率器件***利基市場(chǎng)也不斷發(fā)展。智研咨詢發(fā)布的《2020-2026年中國(guó)***行業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力分析及投資前景趨勢(shì)報(bào)告》數(shù)據(jù)顯示：從需求量來看，先進(jìn)封裝***市場(chǎng)需求更大且增速最高，是利基市場(chǎng)的主要拉動(dòng)力量。2015-2020年先進(jìn)封裝、MEMS以及LED***出貨量將持續(xù)增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)到2020年總需求量將超過250臺(tái)/年。但整體規(guī)模也只是在每年數(shù)百臺(tái)左右的需求量，所以未來***依然不會(huì)是一個(gè)很大的市場(chǎng)。

（二）X光***暫時(shí)仍無法實(shí)現(xiàn)工程化量產(chǎn)

在半導(dǎo)體工業(yè)領(lǐng)域，X射線***技術(shù)也是被研究的光刻技術(shù)。據(jù)知乎用戶我為科技狂的描述，現(xiàn)今的EUV極紫外光刻技術(shù)技術(shù)相對(duì)成熟，光學(xué)特性佳，經(jīng)濟(jì)性好。X射線的波長(zhǎng)從0.001nm到10nm。更小的波長(zhǎng)意味著可以減少光波的衍射，利于形成微小清晰的影像。而X射線***技術(shù)，具有更好的穿透性，可以成形的縱橫比更高，制造下一代3D晶體管與更小納米的芯片。

現(xiàn)在用X射線光刻的公司，主要采用的是LIGA技術(shù)，用來制造高深寬比結(jié)構(gòu)的一種技術(shù)，可以制造出100:1的深寬比，應(yīng)用于mems技術(shù)當(dāng)中。但X射線***技術(shù)最大的問題也正是由于它的穿透性太強(qiáng)導(dǎo)致了無法用透鏡進(jìn)行放大和縮小，因此圖形尺寸和掩模版的尺寸相同，例如100nm尺寸的圖形需要100nm尺寸的掩模版，所以x射線光刻過分依賴電子束光刻掩模版的精度，所以目前沒有大量普及。目前用X射線做的最小精度為30nm，這個(gè)精度卡在中間不上不下，做cmos器件精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，做mems又用不到這么小的尺寸，并且成本也不便宜。

此前曾有ASML的專家在線下向36氪表示，目前EUV至少還能向前迭代1代，有迭代2代的可能，這大約會(huì)有至少10年的周期，從經(jīng)濟(jì)性上考慮，EUV***可能能支持到2nm、1.4nm制程。

（三）芯片小型化微縮化的其他補(bǔ)充解決方案

芯片小型化、微縮化是不可逆的趨勢(shì)。***的進(jìn)步代表著先進(jìn)進(jìn)程，這之外，產(chǎn)業(yè)也在積極尋找其他既能讓芯片維持小體積，又能保持芯片高效能的方式。整體來看，目前芯片微縮的方向有幾大思路，包括：幾何微縮、電路微縮、器件微縮、架構(gòu)微縮。各方案也都有一些科研和產(chǎn)業(yè)進(jìn)展。如我們常聽到的3D封裝、2.5D封裝等均是在這一背景下出現(xiàn)的。
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