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作者：方圓
如今，人工智能芯片的需求正以指數(shù)級速度瘋漲，可高昂的成本和復(fù)雜的工藝，讓這項(xiàng)技術(shù)淪為少數(shù)公司的 “專屬”。不過，轉(zhuǎn)機(jī)或許很快就會出現(xiàn)。
為了給五花八門的人工智能應(yīng)用 “撐腰”，對先進(jìn)制程芯片的渴求一路狂飆，這給整個(gè)行業(yè)的供應(yīng)能力帶來了巨大壓力。不管是支撐大型語言模型的超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心，還是智能手機(jī)、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、自主系統(tǒng)里的邊緣人工智能，前沿半導(dǎo)體在各個(gè)應(yīng)用場景下的需求都在快速增長。但芯片制造嚴(yán)重依賴極紫外光刻（EUV）技術(shù)，該技術(shù)卻成為擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模的關(guān)鍵阻礙。自 2019 年首批商用 EUV 芯片下線以來，設(shè)備、光罩制作以及光刻膠技術(shù)持續(xù)改進(jìn)，讓這項(xiàng)技術(shù)逐步趨于穩(wěn)定。
不過，盡管芯片良率有所提升，與更為成熟的光刻技術(shù)相比，仍存在明顯差距。工藝穩(wěn)定性的維持需要時(shí)刻保持警覺并精心調(diào)校。以 EUV 技術(shù)為例，其在發(fā)電、設(shè)備以及耗材方面都需巨額投入。當(dāng)前，這些成本依舊是阻礙其廣泛普及的重要因素。但半導(dǎo)體行業(yè)并未裹足不前，大量深入的研發(fā)工作正在緊鑼密鼓地推進(jìn)。
?01、破局者與守擂者
在第六代DRAM（D1c制程）的研發(fā)中，美光、三星電子和SK海力士呈現(xiàn)出截然不同的技術(shù)路線。
美光歷來避免在 DRAM 生產(chǎn)中使用 EUV，并繼續(xù)采取保守的做法。其采取“有限EUV”策略，僅在關(guān)鍵層使用極紫外光刻技術(shù)，其余工序依賴成熟的氟化氬浸沒式（ArFi）設(shè)備和多重圖案化工藝。其核心邏輯是通過最小化先進(jìn)設(shè)備的投入，利用現(xiàn)有產(chǎn)線加速量產(chǎn)進(jìn)程。美光在2月已經(jīng)宣布，該公司在業(yè)界率先向生態(tài)系統(tǒng)合作伙伴和特定客戶交付了專為下一代 CPU 設(shè)計(jì)的 1γ（1-gamma）、第六代（10 納米級）DRAM 節(jié)點(diǎn) DDR5 內(nèi)存樣品。據(jù)業(yè)內(nèi)人士透露，在其10 納米級第六代 (D1c) DRAM 中，只在有限的幾個(gè)步驟中采用了 EUV。美光公司的一位發(fā)言人表示：“EUV 技術(shù)仍然缺乏完全的穩(wěn)定性，因此我們只在絕對必要的情況下才使用它。我們認(rèn)為，在評估了成本和生產(chǎn)力之后，這是正確的時(shí)機(jī)?！?/p>
而三星電子作為EUV技術(shù)的最早采用者（2020年起），已在D1c制程中引入超過五層EUV工藝，并持續(xù)擴(kuò)大應(yīng)用范圍。據(jù)業(yè)內(nèi)人士透露，三星電子半導(dǎo)體部門正在加快努力用韓國本土替代品取代“ArF（氟化氬）空白掩?！?。這些掩模在半導(dǎo)體光刻工藝中至關(guān)重要，占整個(gè)階段的40%以上。目前，三星對這些掩模的采購嚴(yán)重依賴日本的Hoya。然而，三星現(xiàn)在正與韓國生產(chǎn)商S&S Tech密切合作，以實(shí)現(xiàn)本土化。
一位業(yè)內(nèi)人士透露，“三星一直在接收少量國產(chǎn)ArF空白掩膜，但最近已開始評估在特定工藝中全面采用?！背薃rF空白掩膜，三星還在加大力度將其他高度依賴日本的材料本地化。
對于目前由日本三井化學(xué)主導(dǎo)的EUV薄膜，三星正在與韓國FST合作實(shí)現(xiàn)本地化。此外，對于高帶寬存儲器（HBM）的關(guān)鍵材料非導(dǎo)電膜（NCF），三星正在與LG Chem合作。目前，NCF材料100%由日本Resonac供應(yīng)給三星。三星為穩(wěn)定EUV工藝，不僅配置了超過30臺EUV設(shè)備（全球最大規(guī)模），還成立專項(xiàng)工作組，由前英特爾專家李尚勛主導(dǎo)光刻膠材料研發(fā)和光源優(yōu)化。其內(nèi)部數(shù)據(jù)顯示，通過改進(jìn)掩模保護(hù)膜和缺陷檢測算法，近期EUV層良率已提升至85%以上。
SK海力士則采取漸進(jìn)式擴(kuò)張，通過與美國應(yīng)用材料公司合作開發(fā)混合式光刻方案，試圖平衡成本與性能。其采取了更為保守的策略。盡管在D1c DRAM中計(jì)劃應(yīng)用超過五層EUV工藝，但其整體部署速度明顯落后于三星，甚至解散了部分EUV研發(fā)團(tuán)隊(duì)。
?02、不同打法
這種分化折射出兩家韓國企業(yè)在存儲芯片市場的差異化定位——三星追求技術(shù)制高點(diǎn)，而SK海力士更注重成本控制與風(fēng)險(xiǎn)平衡。三家公司這種分化源于對技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)與量產(chǎn)效率的不同權(quán)衡。
美光認(rèn)為當(dāng)前EUV的穩(wěn)定性不足，且設(shè)備購置與維護(hù)成本過高，尤其是在半導(dǎo)體市場周期性波動的背景下，輕資產(chǎn)策略更有利于快速響應(yīng)需求變化。而三星和SK海力士則押注EUV的長期技術(shù)紅利，希望通過高密度制程實(shí)現(xiàn)性能突破，鞏固高端市場地位。美光的保守策略可能帶來短期量產(chǎn)優(yōu)勢。ArFi設(shè)備經(jīng)過多年迭代，工藝成熟度較高，且無需應(yīng)對EUV特有的技術(shù)挑戰(zhàn)（如光刻膠靈敏度、掩模缺陷控制等）。這使得美光能夠快速完成從原型到量產(chǎn)的過渡，尤其適合滿足中端市場的需求爆發(fā)。
然而，多重圖案化技術(shù)需要重復(fù)光刻和蝕刻步驟，導(dǎo)致生產(chǎn)步驟增加約30%-50%，顯著推升復(fù)雜度和缺陷率。行業(yè)分析指出，當(dāng)EUV應(yīng)用超過三層時(shí)，傳統(tǒng)工藝的良率劣勢將加速顯現(xiàn)。值得注意的是，EUV的規(guī)?；瘧?yīng)用存在“學(xué)習(xí)曲線效應(yīng)”。三星通過五年以上的技術(shù)積累，已建立覆蓋光刻膠、掩模、檢測設(shè)備的全鏈條優(yōu)化體系。例如，其新型碳基光刻膠可將曝光速度提升40%，而動態(tài)劑量調(diào)節(jié)技術(shù)能補(bǔ)償晶圓表面的反射率差異。這些Know-how短期內(nèi)難以被競爭對手復(fù)制，為三星在高端市場的競爭提供了有力保障。
SK海力士則通過模塊化工藝設(shè)計(jì)，將EUV層集中在特定功能區(qū)域（如存儲單元陣列），降低整體工藝復(fù)雜度，這種策略也有助于其在高端市場逐步站穩(wěn)腳跟。此外，供應(yīng)鏈管理能力也是影響市場格局的重要因素。EUV設(shè)備的供應(yīng)長期受限于ASML的產(chǎn)能（年產(chǎn)量約50臺），且單臺成本超過1.5億美元。三星憑借與ASML的深度合作（包括聯(lián)合研發(fā)高NA EUV技術(shù)），優(yōu)先獲得設(shè)備供應(yīng)；而美光由于EUV部署較晚，可能面臨設(shè)備交付周期延長的風(fēng)險(xiǎn)。在材料創(chuàng)新方面，三星與日本JSR合作開發(fā)金屬氧化物光刻膠，SK海力士則投資比利時(shí)IMEC研究院，推動掩模修復(fù)技術(shù)的突破，這些舉措都將增強(qiáng)其在供應(yīng)鏈中的競爭力。
?03、誰在挑戰(zhàn)EUV霸權(quán)？
佳能推出的納米壓印光刻（NIL）技術(shù)正悄然嶄露頭角，逐漸對EUV的統(tǒng)治地位發(fā)起挑戰(zhàn)。納米壓印光刻（NIL）技術(shù)有著獨(dú)特的核心原理。傳統(tǒng)的光刻技術(shù)往往依賴復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)和化學(xué)過程來將電路圖案轉(zhuǎn)移到晶圓上，而NIL技術(shù)另辟蹊徑，采用物理壓印的方式。它就像是使用一個(gè)精確的印章，將預(yù)先設(shè)計(jì)好的電路圖案直接壓印到晶圓表面。這種物理壓印的方式避免了許多傳統(tǒng)光刻技術(shù)中因光學(xué)衍射等問題帶來的精度損失和工藝復(fù)雜性。
與行業(yè)巨頭ASML的EUV系統(tǒng)相比，NIL技術(shù)具有顯著的成本和能耗優(yōu)勢。在成本方面，EUV系統(tǒng)的研發(fā)、生產(chǎn)和維護(hù)都需要巨大的投入，其設(shè)備價(jià)格高昂，運(yùn)行過程中還需要大量的配套設(shè)施和專業(yè)人員。而NIL設(shè)備由于其原理相對簡單，不需要復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)和高精度的光源，使得設(shè)備成本可降低50%以上。這對于芯片制造企業(yè)來說，意味著在大規(guī)模生產(chǎn)中能夠大幅降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。
在能耗方面，傳統(tǒng)的光刻工藝，尤其是EUV技術(shù)，需要消耗大量的電力來維持光源的穩(wěn)定運(yùn)行和設(shè)備的正常工作。而NIL技術(shù)的能耗僅為傳統(tǒng)工藝的1/10，這不僅符合當(dāng)今社會對節(jié)能減排的要求，還能進(jìn)一步降低企業(yè)的運(yùn)營成本。不過，目前NIL技術(shù)也存在一定的局限性。
在制程精度上，當(dāng)前NIL技術(shù)僅能達(dá)到14nm，而EUV技術(shù)已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)5nm的極限制程。制程精度直接關(guān)系到芯片的性能和集成度，更高的制程精度意味著芯片可以容納更多的晶體管，從而提高芯片的運(yùn)算速度和處理能力。因此，在高端芯片制造領(lǐng)域，NIL技術(shù)暫時(shí)還無法與EUV技術(shù)相抗衡。然而，該技術(shù)已經(jīng)獲得了美國國防部的支持。美國國防部對芯片技術(shù)的需求不僅僅局限于高性能，還注重成本效益和供應(yīng)鏈的穩(wěn)定性。NIL技術(shù)的低成本和低能耗特點(diǎn)正好符合其需求。中端芯片市場對于制程精度的要求相對較低，但對成本和能耗更為敏感，NIL技術(shù)的優(yōu)勢能夠得到充分發(fā)揮，為芯片制造企業(yè)提供一種更具性價(jià)比的選擇。
與此同時(shí)，俄羅斯在光刻技術(shù)領(lǐng)域選擇了一條更為激進(jìn)的發(fā)展路徑。他們計(jì)劃開發(fā)波長為11.2nm的EUV系統(tǒng)，這與行業(yè)通用的13.5nm標(biāo)準(zhǔn)存在本質(zhì)差異。波長是EUV技術(shù)中的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，不同的波長會對光刻的精度、分辨率和工藝復(fù)雜度產(chǎn)生重要影響。俄羅斯選擇開發(fā)獨(dú)特波長的EUV系統(tǒng)，是希望能夠在光刻技術(shù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破，形成自己的技術(shù)優(yōu)勢。然而，開發(fā)波長11.2nm的EUV系統(tǒng)面臨著巨大的挑戰(zhàn)。光刻技術(shù)是一個(gè)復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)，除了光刻設(shè)備本身，還需要配套的光刻膠、掩膜版等材料和工藝。
目前，整個(gè)行業(yè)的光刻膠、掩膜版等配套產(chǎn)品都是基于13.5nm波長的EUV系統(tǒng)開發(fā)的。俄羅斯要開發(fā)11.2nm波長的EUV系統(tǒng)，就需要重建整個(gè)配套的生態(tài)系統(tǒng)。這意味著需要投入大量的研發(fā)資金和人力，進(jìn)行光刻膠、掩膜版等材料的研發(fā)和生產(chǎn)工藝的優(yōu)化。
?04、晶圓上的權(quán)力游戲
這種全球范圍內(nèi)光刻技術(shù)的多極化探索，正在重塑半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的競爭格局。日本Rapidus公司宣布在北海道工廠計(jì)劃部署10臺EUV設(shè)備，并聯(lián)合美國博通公司推進(jìn)2nm芯片的量產(chǎn)，這一舉措旨在重振日本本土的半導(dǎo)體制造能力。曾經(jīng)的日本半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)輝煌一時(shí)，在全球市場占據(jù)重要份額。此次Rapidus的行動，是日本試圖在半導(dǎo)體高端制造領(lǐng)域重新奪回話語權(quán)的重要嘗試。
EUV設(shè)備作為半導(dǎo)體制造中的核心關(guān)鍵設(shè)備，對于實(shí)現(xiàn)先進(jìn)制程芯片的量產(chǎn)起著至關(guān)重要的作用。部署10臺EUV設(shè)備，意味著Rapidus有了實(shí)現(xiàn)大規(guī)模、高質(zhì)量2nm芯片生產(chǎn)的硬件基礎(chǔ)。而與博通的合作，則為其帶來了強(qiáng)大的技術(shù)支持和市場渠道。
存儲芯片三巨頭的技術(shù)路線分化更具啟示意義：美光堅(jiān)持最小化EUV使用，依賴成熟的ArFi工藝；三星全力押注EUV層數(shù)疊加；SK海力士則在兩者間謹(jǐn)慎搖擺。這種多樣性恰恰反映出后摩爾時(shí)代的技術(shù)不確定性——沒有絕對正確的路徑，只有適應(yīng)市場需求的生存策略。
?05、寫在光刻機(jī)轟鳴聲中
站在產(chǎn)業(yè)變革的臨界點(diǎn)，半導(dǎo)體戰(zhàn)爭已從單純的技術(shù)競賽，升級為包含供應(yīng)鏈韌性、地緣布局和生態(tài)協(xié)同的系統(tǒng)性對抗。未來的勝出者或許不是某項(xiàng)技術(shù)的絕對領(lǐng)跑者，而是那些能構(gòu)建開放技術(shù)生態(tài)、平衡創(chuàng)新風(fēng)險(xiǎn)與商業(yè)回報(bào)，并在地緣震蕩中保持動態(tài)平衡的玩家。
正如EUV光刻機(jī)里那些跳躍的13.5nm光子，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的命運(yùn)軌跡，終究取決于如何將分裂的光譜重新匯聚成驅(qū)動進(jìn)步的能量。
