（全文共3200字，完全閱讀需5分鐘）
劃重點：
1、從最終僅一國勝出的結果看，EUV光刻技術研發難度超過了原子彈。
2、2008 Sematech光刻論壇舉辦方讓專家們就當時的各種光刻技術的市場前景投票，結果EUV光刻技術獲得60%的認可，遠超其它光刻技術方案。這無疑為系統整合商ASML打了一針雞血。
3、歐美和日韓發達國家，之所以擠破頭也要入局EUV光刻技術，主要是為了替本國的半導體產業搶購未來的車票。
以下為正文：
5月5日，中國最大的晶圓代工廠中芯國際宣佈迴歸A股，確定科創板上市，擬發行16.86億股份，募集的資金中，40%將投入14nm製程工藝專案。
中芯國際迴歸A股，表明未來融資通道將更為順暢，可望緩解制程工藝提升路上的資金飢渴。但市場更關心的，是中芯國際何時能用上EUV光刻機？公司聯席CEO梁孟松曾明確表示，後續的5nm、3nm製程工藝，是必須要有EUV光刻機的。
一個不可忽略的現實是，由於EUV光刻機目前無法實現國產替代，已經成為未來國產晶片製程工藝邁向國際領先水平的制約因素。
問題來了，我們曾在一窮二白的條件下成功搞出“兩彈一星”，為何就不能搞定EUV光刻機？或者說，EUV光刻機的研發難度會超過原子彈？
EUV光刻技術的研發始於20多年前，前後有近40個國家加入戰團，歐美髮達國家幾乎悉數入局。
行動最早的是美國。
早在1996年以前，美國即開始電子束和軟X射線光刻技術研究，不過並沒有商業目的，研究機構主要是國家實驗室、AT&T和相關大學。
1997年，美國科技巨頭們開始集體行動，英特爾聯合AMD、摩托羅拉、美光、Infineon和IBM成立EUV光刻技術研發聯盟。
到1999年時，EUV光刻技術的基礎研究成為顯學。這一年，EUV光刻技術被國際半導體技術發展路線圖（ITRS）確定為下一代光刻首選技術，這就意味著，誰如果不參與到EUV光刻技術研發，誰就將在下一代晶片競賽中自動棄權。
當時，全球晶片產業還是四分天下格局，美國鞏固了CPU等邏輯晶片的霸主地位，歐洲晶片正在衰落，期望抓住一根轉運的稻草，韓國和日本正為爭奪儲存晶片在市場大打出手，誰也不敢鬆口氣。
於是，包括美國在內，歐洲、日本和韓國，個個擼起袖子，摩拳擦掌，都想要佔領EUV光刻技術這個未來制高點：
在美國，參與EUV光刻技術研究的超過50個單位，包括國家實驗室、大學、科技公司等；歐洲下注最大，超過35個獨立國家、大約110個研究單位，參與到EUV光刻技術研究中；日本起了個大早，EUV光刻技術研究始於1998年，卻趕了個晚集，到2002年6月才成立EUV光刻技術系統研究協會，這或許和它儲存晶片產業衰落有關；韓國在工商能源部(MOCIE)的支援下開展EUV光刻技術研究， 主要參加單位有 KERI (韓國電子研究社)、漢陽大學、韓國國民大學、三星浦項（Samsung Postech）、首爾大學等。看起來賽道上熱熱鬧鬧，但要跑完全場並拿到冠軍並不容易，因為這是一個難度係數超級高的比賽專案。
EUV光刻技術的複雜和高難度，可以說，貫穿了基礎研究、技術攻關和系統整合，真正的一條路難到底、沒有任何近路可抄。
在EUV光刻技術攻關的路上，研究人員先後遇到光源、抗蝕劑和防護膜三大難題。更要命的是，過去的技術積累在這些難題面前很難派上用場，需要從零開始。
僅在EUV光源問題上，就讓研究人員吃夠苦頭：
幾乎所有物質都能強烈吸收EUV，所以曝光必須在真空中進行，原來採用193nm光源的浸液式光刻機的曝光系統完全用不上；擅長製作透鏡的蔡司的武功被廢，因為傳統透鏡折射光線的方案容易吸收EUV能量，使其衰減到無法用於光刻，所以蔡司之前積累的透鏡磨製技術被淘汰了，只能採用特殊鍍膜的反射鏡來改變和匯聚EUV，這就意味著開發成本和難度上升一個等級；當然，上述難題和EUV光源功率的提升相比，還算比較容易的。
EUV光源主要有兩種，一種是LPP(鐳射等離子體)光源，是將錫或銻等物質的小液滴滴到鐳射上，受激發出EUV輻射；另一種是DPP（放電等離子體）光源，給放電氣體加上高電壓，使氣體等離子化產生EUV輻射。
但無論哪一種光源，都面臨一個問題，那就是轉換效率太低了。
按規定，EUV光刻機要滿足商業化生產的要求，中心焦點處（IF）的EUV功率至少要達到115W，要大規模量產的話，EUV功率又必須提升到250W。注意，EUV功率不等於鐳射輸出（或DPP光源中的電極放電）功率，後者轉換成前者的效率很低。
轉換效率是個大坑，搞不好的話，整個EUV光刻研究就會前功盡棄。
2005年，Powerlase公司在採用LPP光源轉換EUV光源，鐳射輸出功率為3.6KW，在中心焦點處僅得到最低10W、最高20W的EUV輸出，即轉換效率在0.28—0.56%之間。
按這個轉換效率計算，要達到115W的EUV功率（光刻機規模化生產的功率要求），鐳射輸出功率至少要達到41KW，如果按250W的商業化功率要求，鐳射輸出的功率至少要達到89.3KW。
89.3KW的鐳射輸出功率，已經接近戰術鐳射武器100KW的指標，別說當時，就是現在也不容易搞定。
2015年，洛克希德.馬丁公司用開發的雅典娜鐳射武器燒燬了一英里外的卡車，而“雅典娜”的鐳射輸出功率只有30KW。
目前美軍驅逐艦上的鐳射炮也就是30KW輸出級別（下圖）。
而美軍計劃開發的是100KW級別鐳射炮，就是下圖中的那貨，目前在做測試。
換句話說，在2005年，還根本無法為EUV光刻機量產41KW級別的鐳射源，可行的路子是提高能量轉換效率。
4年之後即2009年，Cymer公司的EUV光源功率可以達到100W，接近商業化指標，同時一舉超越日本公司，成為ASML的光源模組供應商。
正是由於EUV光刻技術研發難度超高，最終修成正果的也就美國這一脈，其他國家淪為陪跑。從這個角度看，EUV光刻技術研發難度確實超過原子彈。
EUV光刻機現已進入批次生產階段，英特爾、臺積電和三星均收到機器。由於價格昂貴（每部售價大約1.25億美元）、技術含量極高（集人類目前最尖端的材料、精密機械和光電科技於一身），加之我國的EUV光刻機擁有量為零（臺積電除外），因此有關它的新聞往往牽動人的神經。
加之全球就荷蘭ASML能製造EUV光刻機，難免會有人想，如此壟斷地位，ASML一定數錢數到手抽筋了吧。
還真不敢這麼說。
最大的問題是市場容量有限。
目前，EUV光刻機的主要使用者是三星、英特爾和臺積電，最多加上中芯國際，一隻手都能數過來。客戶數量屈指可數，客戶的下單數量同樣不大。根據ASML的財報資料，2019年出貨26臺EUV光刻機，預計2020年出貨35臺。考慮到現在除臺積電外，EUV光刻機在其它晶片廠還處於試生產期，加上疫情拖累，樂觀估計2021年可能是EUV光刻機在三大廠大規模生產的時間節點。
這種情況下，EUV光刻機的需求是否會爆單呢？
也不會。
按ASML給出的資料，一臺EUV光刻機每月能處理4.5萬片12英寸晶圓，再結合三星、臺積電和英特爾的產能需求估算，未來6年的EUV光刻機總需求量不超過600臺，每年需求量最多不超過100臺。
這就產生另一個問題，有限的市場容量能否支撐EUV光刻技術的研發成本？
答案是，很不樂觀。
按每臺EUV光刻機售價1.25億美元算，每年最多銷售100臺計算，ASML每年的EUV光刻機業務銷售額最多125億美元，合人民幣875億元左右。而20年來，EUV光刻技術的研發總費用（包括基礎研究、技術攻關和系統整合）早不止千億元人民幣了。
實際上，EUV光刻技術的研發成本一直是個繞不開的話題，由於費用太高（至今沒有具體統計資料），在2008 Sematech光刻論壇舉行的小組討論會上，專家們開始認識到，應採用何種商業運作模式，以回收鉅額的先期研發投入，如何進行利益分配和成本控制，以及如何掃除光刻技術前進道路上的障礙。
為驗證EUV光刻技術的前景，減少風險，論壇舉辦方讓專家們就當時的各種光刻技術的市場前景投票，結果EUV光刻技術獲得60%的認可，遠超其它光刻技術方案。這無疑為系統整合商ASML打了一針雞血。
從EUV光刻技術最後的競賽結果看，僅美國這一脈修成正果，其他30多個國家都在陪跑，最大的收益是融入英特爾和ASML主導的EUV光刻機產業鏈，可以說EUV光刻技術是投資回報一般的專案。
既然如此，為何有近40個國家還要擠破頭入EUV光刻技術的局？
答案是，EUV光刻技術可以拉動一國的半導體產業。
193nm浸液式光刻技術的極限解析度是10nm（電晶體密度相當於臺積電的7nm），跳過這道鴻溝，就可以繼續推進摩爾定律，享受全球晶片市場的頭部收益，同時拉動一國的半導體產業升級。
這就是歐美和日韓發達國家擠破頭也要入局的原因，押注EUV光刻技術，等於為本國的半導體產業搶購未來的車票。
從最終的結果看，搶跑的美國成為最終的勝出者，好比搶到一等票，其它國家和地區雖然淪為陪跑，但憑藉各自的研發成果和技術實力，不同程度嵌入了EUV光刻機（EUV光刻技術的產物）的產業鏈條中，比如荷蘭的ASML成為EUV光刻機系統整合商，日本、韓國則在抗蝕劑、防護膜、掩膜等細分領域分得一席之地，相當於搶到了二三等票或站票。
未入局的，則只能在車外觀望。
可以說，在高科技的研發競爭中，拼的是投入和實力，沒有近路可抄，更沒有彎道超車。
參考資料