光刻机的未来是什么？

　　光刻机一直是被人们称作现代光学的工业之花。厂商要研发并制造出光刻机，需要投入非常高的资金资源和人力资源，这使得半导体设备行业中只有极少数的几家厂商能够制造光刻机。伴随着半导体行业的洗牌和日系厂商的没落，现在也仅有荷兰ASML（阿斯麦）为人类扛起了光刻技术的大梁。ASML被人们认为是一家集西方光学工业应用科学和半导体尖端制造设备技术于一体的高科技企业。ASML积累起的专利技术，以及在半导体及其相关行业中的影响力，是其他任何一家半导体厂商都没法忽视的。
　　一方面，从2016年第3季到2017年第3季，ASML的净销售额是逐个季度递增。在这近5个季度中，ASML的毛利率高到了什么样的程度？介于40到50之间！当然，ASML在这近5个季度中，还维持着20到30的净利润率。另一方面，仅仅是在2017年第2、3两个季度中，ASML向厂商们供应的技术产品中，KrF和ArF这两类光刻机的销售价值比重之和超过了70，EUV光刻机的价值比重相对地还不算大。并且，ASML的客户主要来自于中国台湾省、韩国和美国的厂商。值得补充的是，2017年第1季，ASML向厂商提供的技术产品中，KrF和ArF光刻机的价值比重之和差不多为90，且无EUV光刻机，中国大陆、中国台湾省、韩国和美国的厂商是ASML的主要客户。
　　无论是半导体材料行业，还是半导体设备行业，基本上都是被国外厂商所垄断。在半导体材料行业中，从2016年至今，日系厂商信越半导体和胜高科技在硅晶圆片市场中合计占有过半的市场份额，掩膜板市场基本上是被美国福尼克斯、日本印刷株式会社DNP和日本凸版印刷株式会社Toppan三家所垄断，光刻胶的核心技术依然由美、日厂商掌握，CMP材料市场被美国陶氏化学垄断。在半导体设备行业中，美国厂商研制的热处理、镀膜设备和离子注入设备等半导体设备在业界中处于领先的地位，日本厂商研发和生产的刻蚀设备、涂胶设备、显影机和测试设备等半导体设备在行业中有着突出的表现，ASML研发和制造的光刻机，尤其是高端光刻机，已然是行业中的第一名。2016年，半导体设备行业中的前十大厂商中，ASML便排在了第三的位置。
　　光刻机行业中原本有ASML、日本尼康和日本佳能三家巨头。在193纳米技术成为行业的主流技术后，ASML凭借自身的技术和产品优势，逐渐地甩开了尼康和佳能等竞争对手。之后，随着台积电、三星和英特尔等芯片制造厂商争相推进制程工艺朝着更尖端的方向发展，这些芯片制造厂商都将不得不用到更先进的光刻机。于是，EUV光刻机被芯片制造厂商寄予厚望。早在2012年，ASML为了加快研发EUV光刻机和18英寸硅晶圆片，便想到了邀请自己的主要客户也参与到该投资和研发计划中来。随即，台积电、三星和英特尔均积极地参与到了该计划中来。台积电向ASML投资8。38亿欧元、三星向ASML投入5。03亿欧元，英特尔向ASML投资最多，为25。13亿欧元。
　　（注释：EUV光刻机的技术原理图。）
　　实际上，台积电、三星和英特尔这三大芯片制造厂商在当时也都是没得选，因为尼康和佳能等厂商肯定是不具备研发可用于7纳米制程工艺节点的EUV光刻机，反而只有ASML是最有可能研发出该光刻机出来。三大芯片制造厂商个个心知肚明，假如连在光刻机设备行业中排名第一的ASML都没能成功地研发出EUV光刻机，那么其他厂商更是没有可能开发出EUV光刻机。倘若ASML研发EUV光刻机获得了成功，那么三家芯片制造巨头向ASML投入的资金在后面不但能收回来，还能再赚上一大笔。现如今人们都看到了，ASML没有辜负众厂商们的希望，业已研制出了商用的EUV光刻机。单台EUV光刻机的售价贵到1亿多欧元，相当于是一架F35隐身战斗机的价格。
　　ASML于1984年在荷兰成立后至今，在市场中能够一路发展到今天的规模，肯定是克服了很多的艰难险阻的。ASML的员工总数已不下于1。4万人，其中包括了很多的尖端技术人才。ASML在16个国家总共设有70多个办事机构。ASML每年的人均研发经费，在欧洲算是数一数二的厂商，有人可能会想了，ASML为什么就能在光刻机行业中一路笑到最后？除开荷兰本身的半导体产业优势不谈外，有媒体业者在对ASML的专利技术数据做过分析后得出了这么两个结论。
　　第一，ASML凭借自有强大的技术研发能力在行业中获得更高的话语权。ASML一直保持着很高的研发投入，特别是对关键技术的研发和创新。ASML甚至还曾拉上台积电、三星和英特尔等客户，与自己一起来承担相关的研发费用（风险）。ASML的总部虽然位于荷兰，但ASML在各地的专利布局却很是值得人们思考。ASML在各地申请的专利数量，从高到低依次是美国、日本、中国台湾省、韩国和中国大陆，即ASML是依据自己的客户和竞争对手两个因素在各地展开专利布局的。
　　第二，ASML与上下游的厂商、机构展开合作，从而确保自己的技术研发得以稳步地向前推进。比如，ASML花费巨资买入行业中领先的准分子激光源供应商美国Cymer，ASML耗费巨资投资业界中领先的光学系统供应商德国卡尔蔡司，ASML与中国上海微电子建立合作伙伴关系。有媒体报道过，光刻机技术决定了半导体行业能够发展到的上限，ASML出自荷兰的飞利浦，当年的飞利浦是业内有名的高度垂直整合厂商，样样是自己来做，最后却陷入到了重重困境中，ASML采用‘开放式创新’的研发模式，在半导体行业中取得了举足轻重的地位。
　　（注释：EUV光刻技术专利申请量排名，卡尔蔡司第一，ASML第二，尼康第四、佳能第六。）
　　好了，最后就可以回答这个问题了，即今后ASML会被行业中的其他厂商打败吗？答案是，ASML有着强大到令人感到可怕的护城河，ASML在行业中基本处于绝对垄断的地位。这具体可以分成四点来说。一个是ASML已经掌握EUV光刻机的核心技术，这已经把其他对手更是远远地甩在了后面，未来有且只有ASML能够为厂商们供应EUV光刻机。二个是EUV光刻机的研发费用非常的高，这足以让其他厂商望而却步。三个是台积电、三星和英特尔等芯片制造巨头都和ASML有着十分紧密的合伙关系。四个是ASML和卡尔蔡是亲密的战略同盟，卡尔蔡司在自己所属的领域，是寻遍天下无敌手，即便是有另外的厂商要研发EUV光刻机，也几乎没可能绕开卡尔蔡司的光学系统技术。换种说法是，只要ASML始终保持着健康且稳健的运营，不犯下致命的错误，将来恐怕是再无其他厂商能打败ASML。至于EUV光刻机之后又会是什么光刻机？这个问题现在来讨论，没有太大的意义。估计的话，ASML恐怕都还不清楚，EUV光刻机在未来又会是被什么样的光刻机所取代。
　　我回答的题目是：
　　上海微电子一定会
　　极力追求能赶上直至超过ASML的未来
　　未来谁能干掉在EUV光刻机制造上一家独大的ASML？尼康和佳能也许并无此意，日本独此二家，所造出的中端水平光刻机就能满足本国为主的DUV芯片制造需求；有人说日本无需担心芯片和光刻机，大不了全都购买也全都能买到荷兰ASML的，是的！是啊，这正是日本比中国幸运的地方，与美国和欧洲的关系好，友谊深厚而且悠久，其实，在国际上，岂止日本以及韩国的企业比中国幸运，连中国台湾的半导体企业，台积电、联发科、日月光等等都比中国的幸运多多了，关键是美欧从来就没有希望过中国把高科技搞起来，反而是长期的技术封锁；中国人对落后就会挨打这句话记得很牢，中国在科技非常落后的那个时候正是挨了美国及其盟国盟友的打，美国的盟国以欧洲居多。
　　上海微电子有着强劲的追求动力。所以，本文才在题目中给出了极力追求4个字！
　　内在动力足够强劲。自身就被断供过嘛，所以一直憋着一口气，会同国内配套企业自主搞中国的光刻机，尽管资金缺乏，却也制造出了90纳米技术自主的光刻机；2022年能量产28纳米的国产光刻机，将代表着迈出了一大步、登上了新台阶，标志着技术基础和制造水平更高了。
　　外部动力更多且更大。第一大外在动力是中芯国际正在只待EUV光刻机，虽然当前瞄准的是2年前就下单给ASML的7纳米那台；第二大外在动力是华为正在等待中芯国际具有高端芯片制造能力，同中芯国际一样希望越快越好，马上就来到才好呢；第三大外在动力是国内芯片设计商比如紫光展锐肯定也热盼国内制造出EUV光刻机，最好比自己设计出高端芯片来得早，说来，国产EUV光刻机来得越早，比如紫光展锐追求赶上华为、高通以及联发科的劲头就越足，高端芯片也就会早于计划或预期的时间设计出来，那么，台积电、联发科会不会也希望大陆未来能有干掉了ASML的光刻机制造商？估计一定会，因为也知道全球化终将非美国可挡，大陆芯片设计商比如紫光展锐一定会在未来干掉高通，华为海思半导体则一定会更加强大，何况，还知道中国在未来一定能让台湾回归中国这个大家庭，那之后，美国一样会跟自己翻脸，势必阻止荷兰卖给自己EUV光刻机，荷兰大概率不待美国下令就阻止了ASML；第四大亦即最大的外在动力是国家的倡导、引导、推动、支持，关键在于造出赶上和超过世界顶级光刻机制造商早就是国家的意志、规划、目标。
　　必须承认赶上直至超过ASML的难度大。不仅仅是由于技术难度大，比如国产化的技术难度就是大的，仅仅基于引进的中端DUV光刻机实现高端制造当然不容易，肯定跟立足于中芯国际订购的那台7纳米EUV光刻机的难度大不一样，相关技术实现突破、达到自有需要更长的时间，在2030年左右实现赶上ASML就很厉害了，超过则一定是在之后。要在EUV极紫外光刻机这一块赶上以至超过ASML，并不纯粹是个技术问题，还需要上海微电子不受国内的芯片制造商以及设计商上高端、到顶级之路同样漫长的影响，也不要受国产手机厂商以及通信供应商等除华为外的国内芯片客户未来仍然会有外国高端芯片可买的影响，又需要不受我们国内的芯片制造商已经满足了本国大部分甚至绝大部分芯片制造需求的影响，那仅仅是指制造中低端芯片，那恰恰表明我们国内与美国及其盟国盟友的芯片科技差距有多大，那恰恰是我们国内高科技还没有在整体上崛起于全球的缩影，那正是我们未来必有的跟华为一样国际先进以至领先跨国企业必被卡脖子的原因所在，包括现在，还没有卖给EUV光刻机。
　　我只说我知道的，前两年科学界就已经有共识了，现在以硅为材料的工艺已经接近极限了，也就是说不管未来光刻机有多麽厉害，如果没有材料一切都是白搭，所以现在牛气的公司都在寻找下一代材料，就比如石墨烯，而未来新一代的材料到底是什么，现在还不好回答，假如说未来出来了一种颠覆性的材料的话，可能会有相应的技术出来来处理这种材料，那么就对ASML是一个巨大的颠覆，否则在这个领域想要干掉ASML只会越来越难。
　　先不是答案写的越多越好，也许没人能干掉他，就像柯达一样，胶卷时代没人能干掉他，这种在行业中绝对领先的公司都是被其他行业的人干掉的
　　光刻机是制造硅基芯片的核心工具。ASML现在已经一家独大，尤其是高端的EUV极紫外光刻机，全球只有ASML有，如果要想干掉ASML，估计芯片行业将发生重大变革。主要可能有三种情况可能会干掉ASML。
　　1、创新芯片制造工艺不再需要光刻机
　　硅基芯片现在已经发展到5nm成熟工艺，台积电和三星都在研究3nm、2nm工艺。到这个级别基本也就快到头了。1纳米也就只能排35个原子，2纳米也就610个原子。到这个级别，FinFET工艺下，无论是鳍片距离、短沟道效应、还是漏电和材料极限也使得晶体管制造变得非常困难，甚至物理结构都无法完成。而这个时候，ASML的EUV光刻机无论技术多么先进，对硅基芯片也没有提升作用了。既然硅基芯片会到尽头，那么创新芯片就有可能被研制出来。比如：目前业界一直在研究的几个方向：
　　、碳基芯片
　　现在很多国家都在研制碳基芯片，我国北京大学教授彭练矛和张志勇教授就带领团队在这方面取得了突破性进展。但制造原理和硅基芯片有很大不同，是使用碳纳米管来制备。而制造碳纳米管主要采用电弧放电法、激光烧蚀法、化学气相沉积法（碳氢气体热解法）、固相热解法、辉光放电法、气体燃烧法以及聚合反应合成法等。这里应该不需要用到光刻机。
　　、光子芯片
　　这类芯片的计算速度是电子芯片的1000倍，目前我国已经有清华、北大、北交大多所高校的博士生组成高德团队在研究。而目前实验室的光子芯片基本上还是以目前CMOS制造工艺为基础。虽然还是需要光刻机，但日本尼康的光刻机也能完成。这对ASML是有挑战的。
　　、量子芯片
　　量子芯片是利用量子纠缠效应来通讯，速度之快无与伦比。从本源量子与中国科学技术大学合作研发的第一代半导体二比特量子芯片玄微来看，量子系统依然和半导体微电子结合在一起。量子负责通讯上，计算依然交给了半导体微电子。如果按照这个思路，依然摆脱不了光刻机。当然，量子芯片和硅基芯片依然有很大区别，等真正实现量子自己计算了，可能又会有很多变数。
　　从上面来看，创新的3条新思路，碳基芯片最有可能颠覆ASML的光刻机。其次是量子芯片，最后是光子芯片。2、ASML自己干掉自己
　　除了上面说的外部芯片创新技术外。ASML光刻机被干掉的另外一个可能就是被自己内部干掉。为什么这么说呢？因为ASML内部可能存在以下风险：股东风险：ASML的股东有美国、日本、韩国、中国台湾等世界各国的公司。这些股东目前还处于一个平衡状态，也就是大家都有钱赚。你做你的零配件，我做我的光刻机，他做他的芯片代工。但是，在某种特殊情况下，ASML的股东发生分歧，纷纷撤资。那就很有可能会把ASML的资金链断掉。供应商风险：ASML生产的光刻机是全世界最先进的，但一台先进的光刻机有上十万个部件。很多精密的零部件都不是ASML自己生产的，如果这些零部件厂商出现问题，断供ASML。ASML一样造不出光刻机。所以，ASML也怕美国制裁。
　　3、竞争对手干掉ASML
　　说实话，在硅基芯片时代要干掉ASML恐怕很难了，但也不是没有可能。比如，如果ASML出现大量人才被竞争对手挖走。这就会出现此消彼长的一个变化，这对ASML是致命的。要知道高科技产业最重要的就是人才。如果人才被挖走，尤其是核心技术人才，就等于断了它的发展之路。
　　总结
　　总之，ASML的光刻机确实先进。一般情况下，在硅基芯片时代基本上是不会被干掉了。除非内部ASML出现大量核心人才流失，股东撤资、供应商断供，外部出现创新芯片替代硅基芯片。在这种情况下，ASML的光刻机就有可能被干掉。
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　　碳基芯片、量子芯片、生物芯片、光子芯片等不同类型的芯片研发进展被人们寄予厚望，也对光刻机的未来有所思考。
　　类似荷兰ASML世界顶尖的EUV光刻机，未来是否还能在硅晶芯片市场独领风骚、还是隔日黄花变成一堆废铁？目前的科学技术条件用现实告诉我们：顶尖的光刻机未来仍将长时间绽放异彩。
　　一、目前硅晶材料是制程芯片的最佳选择，暂无其它材料可替代。
　　硅晶所以被人们优先选择作为制程芯片材料、並被大规模应用，是因为硅能通过各种气态化合物来合成性能稳定、介电常数优秀的氧化物和氮化物，而且来源广泛丰富、是仅次于氧的第二丰富的元素。从石英沙（氧化硅）中即能以较低成本提纯硅晶圆。
　　而研发碳基材料芯片、内部晶体管的栅极是比硅更优秀的碳材料，具有密度低、纯度高、功耗低等优点。作为下一代半导体芯片材料，如能研发成功是最为理想的。
　　但碳基半导体芯片用的是碳纳米管或石墨烯，制备过程与硅晶体制程有本质区别。
　　现在研发使用的化学技术方法，是把单个的碳纳米管放入硅晶片上的线道内。离开光刻技术、最多只能设置几百个晶体管，相比顶端光刻机在硅晶芯片上放置几十亿、上百亿个晶体管，显然有欠缺、更无法投入商业化量产。
　　由此，在新的科技研发和材料选中之前、硅晶还是制程芯片的最佳材料，顶尖光刻机仍大有用武之地。
　　二、制程芯片是否可用其它技术、材料设备绕开使用顶尖光刻机。
　　要成功地将碳纳米管形成的线路图布设到碳基材料上，需要更为精准的光刻和刻蚀技术。单靠碳基材料自身的化学特性、来超越光刻技术制程的硅晶芯片暂无可能，无法达到目前7nm、5nm制程工艺节点的水平。
　　根据以往制程硅晶芯片的过程和经验来看：把碳纳米管形成的线路图和铺设各种电极、按比例缩小到碳基材料上，仍需要光刻和电子束技术及设备。
　　顶尖光刻机此时是最合适、最理想的选择，仍能在各种材料的芯片制备过程中起关键作用，因为其它技术和设备无法把线路图如此缩小地复刻到不同材料的芯片上。
　　至于量子芯片，因为是将量子线路集成在超导材料上进行量子信息处理、用量子进行计算，与数字集成电路进行的数字计算本质上不同。而且尚在研发实验中，啥时候商用也不好说。
　　生物芯片使用人工合成DNA做材料、用探针方法制备芯片，受材料来源掣肘、制备工艺复杂、成本巨大，商业量产可能性很小。
　　目前来看：硅晶是芯片的最佳材料，顶尖光刻机是人类智慧结晶形成的芯片制程最佳关键设备，在可预测的未来不会黯然失色。
　　大家格局不要那么小。光刻机说到天上去也是工程界的项目。核心是超微波，即紫外线的工程应用。
　　华为创始人任正非也说，中国学术界不要总是揪住光刻机不放，他就是个末端工程化项目，中国学术界应该面向未来。
　　中国被掐脖子主要是政治原因，是反全球化的典型。而中国没有进行深度研发主要也是产业整合原因，自己搞整个产业是得不偿失的。而一旦逼中国搞起来，对于全球产业链都是打击。
　　我国官方已经放话，再不放开限制，中国三年就能突破。到时候asml只能倒闭。
　　因此，封锁情况持续下去，中国自建突破光刻机产业只是时间问题。
　　光刻机是一台机器，未来就是生锈报废
　　大胆预测一下，中国预计在10年内攻克这项技术，届时光刻机就可以会大幅降价，并且普及到中小芯片企业，中国的芯片产业将会从输入大国变成输出大国。
　　预计50年左右光刻机将会逐步退出市场，新的芯片技术将会替代目前的技术，量子计算机大幅商用。
　　可能有人觉得太疯狂，但这几年中国科技在爆发式增长，一切皆有可能。
　　关于光刻机的未来是什么，首先肯定需要了解下光刻机目前的技术达到什么程度了。当前的光刻机生产是使用0。33NA系统完成的，用ASML公司举例说明。目前ASML出货的系统是NXE：3400B，该系统现在已经实现每周平均每天生产1900片晶（wpd），最好的一天超过2700wpd。平均可用性现在已达到85，ASML将继续努力把3400B系统的可用性提高到90左右。
　　同样重要的EUV源也是光刻机系统的关键组成部分，预计未来将改进光源。聚光镜的寿命也在不断提高，而功率也在增加。这些改进的最终结果是将客户端NXE：3400C系统的正常运行时间目标定为95。从目前光源功率的发展来看。预计从研究到大批量生产的时间大约为2年，因此我们可能会在2022年左右看到500瓦的光源（目前的光源大约为250瓦）。
　　当然提高生产率也必不可少，将来将会生产0。55NA系统来提高生产率，0。55NA系统的光学系统采用变形（anamorphic）镜头，即在一个方向上的放大倍数为4x，在正交方向上的放大倍数为8y。和目前的生产率对比，掩模台的加速度是0。33NA系统的4倍，晶圆台的加速度是0。33NA系统的2倍。
　　未来将继续开发其多光束Ebeam晶圆检测技术。为了发展这个技术，ASML收购了HMI，并继续开发HMI多光束EBeam曝光技术。