很多人一提起EUV光刻機,都認為這是人類科技史上工業皇冠,全球獨一家,別無分店。
而且在EUV光刻機中,10萬多個零件,全球供貨,沒有任何一個國家能單獨制造,ASML真正的核心技術不到10%,是依靠全球化分工,把各部件讓全世界頂級的廠商來生產、組裝出來的。
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比如德國的蔡司做鏡頭,美國的賽默飛做傳感器,日本的 NSK 做軸承,瑞典的阿法拉伐做閥門。
光刻機10萬零件誰造的?
光刻機有最難的三塊技術,就是光源、光學系統、精密雙工件臺系統。其中光源和光學系統技術門檻最高,價值量也最大。
光源占整機15%-20%,光學系統占24%-30%,雙工件臺占12%左右。ASML把這兩塊最硬的骨頭分別交給美國和德國的企業,自己負責把所有零件拼成一臺能24小時不停跑的機器。
從技術層面來看,ASML高端EUV光刻機非常難以顛覆與超越。首先EUV制造所需的體積小,功率高且穩定極紫外線光源,這點美國Cymer公司一直掌握著成熟技術,其他國家都是向其采購的。
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第二光學系統更是清一色德國血統,EUV光在真空里走,每面鏡子都會吸收6%-8%的能量,一臺機要11面鏡子,加起來光能剩不到1%。所以每面鏡子反射率必須做到70%左右。
反射鏡面,只有用高精度和高光滑度的鏡片才能聚焦和校準光線,從而光線才能精確無誤的照射在硅片上來畫出微小圖案。目前能夠達到光刻機要求的鏡片標準的廠商也在德國。
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蔡司從1990年代就開始跟ASML一起搞EUV光學,2012年才交付第一套量產鏡組。
ASML為了綁死蔡司,購買了蔡司半導體光學子公司24.9%的股份。現在High-NA EUV鏡子直徑翻倍,重量上噸,還是只有蔡司能做。
此外是雙工件臺?簡單說,就是光刻機里托著硅片來回跑的那個平臺。一個載底片,一個載膠片。它的定位精度要求達到納米級。
“相當于兩架大飛機從起飛到降落,始終齊頭并進。一架飛機上伸出一把刀,在另一架飛機的米粒上刻字,不能刻壞了。”
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另外像是芯片上用的復合材料,光刻膠,高純度化學品也多數都是日本專利。
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ASML不是傳統意義上的制造企業,更像芯片行業的“鏈主”,把美國、德國最頂尖的技術攥在手里,再用荷蘭人的整合能力,變成一臺臺印鈔機。
原本光刻機零部件供應商也是認錢不認人的,只要你付得起錢,德國供應商不會因為你是中國客戶,就不賣給你高精度鏡片。日本廠商也愿意把軸承賣給任何客戶。
但是,2022年之后,美國搞了實體清單與出口管制后,很多零部件供應商開始自我審查,不敢把關鍵零部件賣給中國客戶。
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一個個零部件,中國自己突圍封鎖鏈
因此,這就逼著中國不斷完善光刻機產業鏈上的關鍵零部件,在光源、鏡頭以及雙工臺等核心部件上,國產光刻機不斷取得進展。
比如長春光機所2023年已經落地國產極紫外光源樣機,國望光學的28nm浸潤式鏡頭已經量產,正在攻關EUV級別的光學系統。
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很長一段時間,雙工件臺技術只屬于ASML,但全世界第二家掌握雙工件臺核心技術的公司,是華卓精科。
2026年,它們的磁浮雙工件臺定位精度達到了1.2納米。曾經無數人說過"雙工件臺不可能國產化",但華卓精科偏偏做到了。
但光刻機10萬個零件,大部分不是核心大件,而是真空系統、陶瓷件、泵閥、射頻電源這些“小玩意”,以前全靠進口,現在逼著國產廠商一個個突破。
以前射頻電源是美國萬機、日本大阪真空的地盤。過去國內不是做不出來,是做出來的電源功率不穩定,等離子體忽大忽小,刻出來的溝槽深淺不一。
英杰電氣和北方華創的零部件部門,啃了好幾年。2025年,國產射頻電源在12英寸刻蝕機上跑通了驗證,功率穩定性做到了和萬機同一個量級。
雖然最頂級的型號還有差距,但成熟制程已經可以完全替代了。
另外是刻機里的陶瓷導軌,這雖然是個小部件,但直接決定了光刻機的精度和穩定性。這個小東西被稱為精密設備的"骨骼",過去長期被美日企業壟斷。
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2014年,山東淄博,有公司組建了光刻機用氧化鋁陶瓷導軌項目組。
第十個年頭,研制出了可替代國外同類產品的高純度氧化鋁陶瓷導軌,填補了國內空白。
此外,波長光電、奧普光電,一個做大孔徑鏡頭,一個背靠長春光機所做高端光柵編碼器,分辨率2.5nm,90nm、28nm機型都能用。
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以前高純氧化鋁、氮化硅、碳化硅陶瓷部件,都是從日本、美國進口的。現在國內有廠商已經做出了12英寸產線上用的碳化硅手臂,開始批量供貨。
此外,光刻機還有個小部件叫超高真空閥門,九成都靠瑞士VAT公司供應,別人根本做不出來,因為EUV腔體要抽到大氣壓的百億分之一那么低,閥門必須做到一點不漏氣、開關速度要快到微秒級別,差一點點整片晶圓就報廢了。
沈陽那邊悄悄出現一批隱形冠軍企業,也已經開始批量交付閘閥和直角閥等產品。
這些企業憑借老工業基地積累與老機床廠傳承下來的精密加工技術,軍工系統培養的潔凈車間管理方法和能力成長起來的,加上中科院多年積累的工程師團隊,這三方面力量結合在一起實現了突圍。
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而中國為何能一個個零部件不斷突破短板,原因在哪里呢?
就是隨著制造業產業鏈的完善,做到一通百通,跨界搞定關鍵零部件。
以前項立剛就說到了一點,光刻機有一個最重要的零件,就是那個透鏡,必須得蔡司做中國企業做不出來。蔡司為什么厲害?那是傳統的做透鏡的公司,必須要由它來做。
后來中國的公司把它做出來了,不是研發出來,而是批量供貨。這公司以前從來沒做過透鏡,因為根本不需要做透鏡的經驗。光刻機需要什么樣的透鏡,當然是需要無雜質、高透明的透鏡。
這個透鏡主要的問題不是磨,是要在硅生產的過程中,去除雜質。這方面中國已經有公司,早就做到了世界第一,他們來做這個透鏡,手到擒來。
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零部件的邏輯,和大設備不太一樣。它不僅需要“單點突破”,更需要“精衛填海”般的持久耐心。
這個月搞定一種閥門,下個月搞定一個密封圈,依靠中國全產業鏈的突圍,甚至跨界領域的廠商沉淀的技術介入實現一個個突破,而只有中國才能有這樣的產業條件與制造業集群的環境。
等到幾千個關鍵零部件70%~80%都有了國產備胎的那一天,設備整機的突破可能會加速,量變促成質變,成就全人類史上都不敢想象的中國奇跡。
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