国产光学绝地反杀！中国打破西方技术垄断，重新构建半导体架构

AI科技 2025年09月28日 16:34 1 aa

文 | 锐观经纬

编辑 | 锐观经纬

提到半导体制造，绕不开 EUV 光刻机；而说起 EUV 光刻机的 “心脏”，就不得不提德国蔡司的光学系统。

这家企业手握超过 2000 项 EUV 核心专利，垄断该领域 20 年，他们生产的反射镜更是每台 EUV 设备的 “灵魂部件”。

可就在 2025 年第三季度，一则消息打破了这份垄断：中国基于自由电子激光的 EUV 试产设备即将投入使用，不仅在功率稳定性、转换效率上远超 ASML 的方案，还彻底解决了困扰行业的锡污染难题。

明明蔡司的技术壁垒看似牢不可破，中国新技术为何能实现 “弯道挑战”？这背后藏着半导体光刻行业的技术博弈、成本困境与格局变革。

要理解蔡司的垄断底气，得先看清反射镜的 “极致门槛”，每台 EUV 设备里，藏着超过 3 万个蔡司组件，其中最关键的反射镜，尺寸是传统 EUV 的两倍，表面平整度必须控制在 20 皮米以内 —— 这个精度有多夸张？

如果把这面反射镜放大到中国国土面积，整个表面的最大凸起和下凹不会超过 0.4 毫米，相当于在 960 万平方公里的土地上，最高的山和最深的谷落差不到半毫米。

更难的是制造过程：反射镜由 40-50 层交替的硅和钼组成，每层厚度精准到 2.7nm 钼加 4.1nm 硅，总厚度仅 250-350nm。

需要用直流磁控溅射工艺在极高真空环境下一层层沉积，容错率几乎为零，仅生产周期就长达 12 个月。

这种 “慢工出细活” 的技术，让蔡司牢牢占据了 EUV 光学系统的独家供应地位，全球没有任何企业能短期内替代。

可垄断之下，行业却在悄悄陷入 “技术陷阱”，2023 年底，ASML 发布 High-NA EUV 量产计划（型号 TWINSCAN EXE:5000），号称能把分辨率从传统 EUV 的 13nm 提升到 8nm，单次曝光晶体管密度提升 2.9 倍。

但这款单台售价超 4 亿美元（约 26.47 亿人民币）的 “神器”，实际表现却让押注它的英特尔犯了难。

2025 年第二季度，英特尔用两台 High-NA EUV（总投资 52 亿人民币，相当于建一座中型芯片厂）只产出 3 万片晶圆，连传统 EUV 设备 6-8 万片的产能一半都不到，设备利用率仅约 30%，远未达到每小时 185 片的理论产能。

更尴尬的是，英特尔后来发现，用传统 EUV 加多重曝光技术，不仅能达到和 High-NA EUV 相同的精度，成本还能降低 40%，原本计划用于 Intel 18A 节点的 High-NA 技术，也不得不推迟到 2024 年下半年开发。

这边英特尔为 “高端设备” 头疼，那边台积电的选择却显得格外清醒。

2024 年 6 月，台积电研发高级副总裁米玉杰在硅谷技术研讨会上明确表态，引入 High-NA EUV 仅用于研发和基础设施开发，绝不用于量产。

2025 年 3 月，台积电更是直接宣布 A16/A14 制程、甚至 N2 制程（2nm）都不会采用 High-NA 技术。

他们把宝押在了传统 EUV 的优化上：N2 制程用改进型 0.33NA EUV 加双重曝光，实现了栅极间距 24nm、金属层间距 32nm 的精度，晶体管密度比 N3 提升 15%，和 High-NA 单次曝光效果相当。

更关键的是，N2 制程的良率已达 60%，内部测试还在持续提升，2025 年底产能预计能到 5-8 万片，苹果、NVIDIA 等巨头早已排队预订。

从成本看，月产能 10 万片的工厂用传统 EUV 方案只需投入 315 亿人民币，比 High-NA 方案的 473 亿低 33%，每片晶圆成本更是低 35%。

这种 “性价比路线”，恰恰戳中了 High-NA EUV 的痛点，也让蔡司反射镜的 “高投入” 显得没那么必要。

就在行业开始反思 “光刻技术是否已到尽头” 时，中国的 EUV 方案给出了新答案。

ASML 的高管曾在采访中坦言，“High-NA 可能是最后一个数值孔径，当前半导体光刻技术之路或许已走到尽头”，这话并非空谈。

传统 EUV 用 13.5nm 波长，反射镜反射率最高 70%，而若向 6.7nm 波长发展，反射率会骤降至 35%。

而且EUV 光要经过 11 次反射才能到达晶圆，每次损失累积后，最终效率只剩原来的四分之一。

更麻烦的是 ASML 的锡等离子体光源 —— 激光器击打熔融锡滴产生 EUV 光时，锡蒸汽会污染反射镜，形成 1.2nm 厚的锡层就会导致 20% 效率损失，ASML 只能靠每 2 小时一次的氢原子清洁系统维持，既增加复杂度又提高成本。

中国选择的自由电子激光（EUV-FEL）路线，恰好避开了这些坑。

同样是 13.5nm 波长，EUV-FEL 的功率稳定性能做到 ±0.5%，是 ASML 锡等离子体方案（±5%）的 10 倍；理论转换效率达 15%，是 ASML 的 3 倍。

最关键的是，它完全没有锡污染问题，反射镜清洁周期从 2 小时延长到 50 小时，大大降低了设备维护成本和停机时间。

这种差异不是简单的技术优化，而是对 EUV 技术架构的重新构建 —— 不依赖蔡司那套 “高难度反射镜”，也绕开 ASML 的光源瓶颈，用全新思路打破了 “只有蔡司 + ASML 才能做 EUV” 的垄断认知。

其实回头看，半导体行业的竞争从来不是 “谁的设备更先进”，而是 “谁能平衡技术、成本与产能”。

过去 20 年，大家都信奉 “更小的特征尺寸 = 更好的性能”，可当 High-NA EUV 把单台设备成本抬到 26 亿，却连传统设备的产能都达不到时，这个逻辑就站不住脚了。

台积电用 “传统 EUV + 双重曝光 + 3D 封装” 实现等效先进制程，中国用自由电子激光开辟新路径，本质上都是在寻找 “光刻技术之外的解决方案”。

如今，3D NAND 存储器靠堆叠提升容量，GAA 晶体管靠四向栅极减少漏电，先进封装让 2nm 芯片实现 1nm 性能，这些都在证明：半导体的未来不在 “二维精度的死磕”，而在 “三维空间的集成”。

蔡司垄断 EUV 光学 20 年，不是因为它的技术 “不可超越”，而是因为过去没有更好的替代路径。

中国新技术的挑战，不仅是打破了一家企业的垄断，更给行业提了个醒：当一条路走到尽头时，换个思路或许就是新天地。

未来的半导体产业，不会再是 “一家设备商定规则、全球企业跟着走”，而是更多元的技术路线、更开放的供应链，而这最终受益的，会是每一个依赖芯片的行业，以及每一位消费者。

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