今天小編分享的科技經驗：另辟蹊徑：日本NIL與中國LDP，誰能撼動ASML EUV？，歡迎閱讀。
文 | 孫永傑
眾所周知，光刻技術是現代半導體制造的核心，直接決定了芯片的性能、尺寸和成本。在這場技術競賽中，荷蘭的 ASML 憑借其極紫外光（EUV）光刻技術占據了無可争議的霸主地位。不過，近日，國内外媒體及網絡接連曝出佳能通過納米壓印光刻（NIL）以及中國通過激光驅動等離子體（LDP）技術挑戰 ASML 的新聞，并在業内再次引發了光刻機之争。
那麼問題來了，以佳能為代表的日本 NIL 和中國的 LDP 誰更有可能成為 ASML 最現實和有力的挑戰者？
深積澱與高壁壘，ASML 緣何在 EUV 一枝獨秀？
提及 ASML 的 EUV 光刻機，首先從技術層面看，其技術的核心在于利用 13.5 納米波長的極紫外光，通過激光驅動等離子體（Laser-Produced Plasma, LPP）生成光源，将復雜電路圖案投影到矽晶圓上。這一過程涉及每秒向真空室噴射 5 萬滴熔融錫珠，經歷兩次激光衝擊：第一次弱激光将其壓扁為薄餅狀，第二次強激光将其汽化為高溫等離子體（溫度高達 22 萬攝氏度，約為太陽表面溫度的 40 倍），從而發射 EUV 光。随後，光線通過超平滑的多層反射鏡聚焦，照射載有芯片藍圖的掩膜版，最終将圖案蝕刻到塗有光刻膠的晶圓上。
不過，這還只是 EUV 技術復雜性的一隅。為了實現穩定的光源輸出，需要精确控制激光的強度、脈衝頻率和目标錫珠的大小與位置。產生的 EUV 光極易被吸收，因此整個光路都必須在超高真空中進行，并采用特殊的多層鍍膜反射鏡進行反射和聚焦。這些反射鏡的表面精度需要達到原子級别，任何微小的缺陷都會嚴重影響成像質量。
更為關鍵的是，ASML 上述的 EUV 技術并非一蹴而就，而是歷經數十年的研發和投入，克服了無數的技術難題才得以實現商業化，并為 ASML 帶來了現今市場上獨樹一幟的優勢，例如其支持 7 納米及以下制程，分辨率極高，滿足了現代芯片對小型化和高性能的需求。
除上述技術積澱外，ASML 的壁壘還體現在其對全球供應鏈的有效整合和掌控上。EUV 光刻機的許多關鍵零部件，例如光源、光學元件、精密軸承等，都來自于全球頂級的供應商（光源依賴美國 Cymer 公司，鏡片依賴德國 Zeiss 等），ASML 通過與這些供應商建立長期穩定的合作關系，并投入資金支持他們的研發，形成了一個高度依賴 ASML 的生态系統。這種復雜的供應鏈關系，使得任何想要進入 EUV 領網域的競争者，不僅需要自身擁有強大的技術積澱和實力，還需要能夠整合全球範圍内的頂尖資源，而要短期内構建類似的供應鏈體系，難度可想而知。
最後從市場的角度，台積電、三星和英特爾等全球領先的芯片制造商，為了在激烈的市場競争中保持技術領先，不得不采用最先進的制程工藝，而這又離不開 ASML 的 EUV 光刻機，這使得 ASML 與客戶形成了深度綁定和難以撼動的依賴網絡壁壘。
其實，不要說 EUV，即便是在相對成熟的工藝節點，由于 ASML 在 DUV（深紫外光刻）領網域也擁有領先的技術和廣泛的客戶基礎，其設備依然占據超過 90% 的市場份額的事實，再次證明 ASML 在整個光刻市場都具有強大的競争力壁壘。
另辟蹊徑，NIL 與 LDP 優劣分明
正是基于上述 ASML EUV 的深積澱與高壁壘，決定了其他廠商要想以同樣的技術路線實現替代或者趕超幾無可能，惟有另辟蹊徑。而這也是近日佳能 NIL 和中國 LDP 技術路線在業内引起強烈反響和争論的主要原因。
需要說明的是，由于 NIL 和 LDP 應用于光刻領網域均屬首次，所以現階段無從談及在生态及市場層面與 ASML 的 EUV 進行比較，只能單純從各自技術的層面來看看它們的優劣。
我們先來看下佳能的 NIL。該技術是一種非光學光刻方案，通過物理模板直接将電路圖案壓印到晶圓上，跳過了傳統光刻的光源投影等步驟。其工藝包括使用電子束刻制高精度母版、在晶圓上滴注液态樹脂、通過模具壓印圖案，最後用紫外光固化樹脂。
正是由于跳過了傳統光刻的光源投影等步驟，NIL 的設備結構相對簡單，在減少設備體積和技術門檻的同時，其理論上的制造成本和能耗遠低于 EUV（佳能宣稱 NIL 設備成本比 EUV 低 40%，約為 1500 萬美元，能耗僅為 EUV 的 1/10），如果能夠成功實現大規模量產，NIL 有望顯著降低芯片的制造成本和運營成本，從而為更廣泛的應用領網域提供經濟可行的解決方案。
此外，由于 NIL 通過物理接觸進行圖案轉移，其分辨率原則上只受限于模板的精度。而随着納米加工技術的進步，制造出更高分辨率的模板變得可行，這為 NIL 在未來實現超越 EUV 分辨率的可能性留下了想象空間。
所謂事物總有兩面性，尤其是對于已有技術的新應用更是如此。與上述的優勢相比，NIL 的劣勢也相當明顯，且彼此具有密切的相關性。
其中最致命弱點在于模板上的任何微小缺陷都會直接轉移到晶圓上，導致整片晶圓報廢。但制造出大面積、無缺陷的納米級模板本身就是一個巨大的挑戰，而如何在壓印過程中避免引入新的缺陷也至關重要，這些均增加了工藝復雜性。此外，高精度模板的制造成本和使用壽命也是需要考慮的因素。
其次，由于現代邏輯芯片通常是多層結構，需要極高的納米級層間對準精度，而在 NIL 工藝中，由于是物理接觸，如何确保每一層都與前一層精确對齊是一個非常復雜的問題，尤其是在面對越來越復雜的 3D 芯片架構，例如在制造尖端 CPU 或 GPU 時，NIL 的對準精度可能難以滿足小于 5 納米的層間要求，這限制了其在邏輯芯片領網域的應用。
也許正是由于上述缺陷和制造工藝的復雜性，導致目前 NIL 的生產效率遠低于 EUV（據稱 NIL 當前吞吐量僅為每小時 110 片晶圓，遠低于 EUV 的 170-220 片），這嚴重限制了其在大規模芯片制造中的應用和競争力。
與佳能 NIL 應用在光刻領網域類似，中國的 LDP 在光刻方面也具有不可回避的兩面性。
具體到 LDP（激光驅動等離子體），其是通過激光誘導放電電離錫或其他材料，生成 13.5 納米波長的 EUV 光，與 ASML 的 LPP 技術同屬光學光刻類别，這點也是其與佳能 NIL 最本質的區别。
與 ASML 的 EUV 相比，LDP 無需掩膜版（省去了昂貴的掩膜版設計和制造環節），從而可以顯著降低芯片研發的成本和周期，同時，為小批量、定制化的芯片生產以及快速原型設計提供了極大的便利。例如，LDP 可能在物聯網芯片或模拟芯片等小規模定制市場中找到立足點，這些領網域對生產效率要求較低，但對設計靈活性需求較高。
此外，由于 LDP 與 ASML 的 LPP 技術同屬光學光刻類别，其理論上可利用現有 EUV 生态（如光刻膠、掩膜工藝等），減少產業切換成本。
但禍兮福所倚，福兮禍所伏。正是由于 LDP 與 ASML 的 LPP 技術同屬光學光刻類别，走與 ASML EUV 直接競争的路線，LDP 的劣勢也更為明顯，或者說被放大了。
例如受到激光波長衍射極限的限制，傳統的 LDP 技術很難實現 EUV 級别的分辨率。雖然可以通過一些先進的激光技術（如雙光子聚合等）提高分辨率，但距離制造最先進的邏輯芯片所需的精度仍然有很大差距。據哈爾濱工業大學 2024 年發表的研究，其 LDP 光源功率僅達 80W，遠低于 ASML 的 250W 工業标準。
此外，激光逐點掃描的寫入方式決定了 LDP 的生產效率非常低下，難以滿足大規模集成電路制造的需求。即使采用多束激光同時寫入，其效率也遠不及基于掩膜版的光刻技術。
而更為不确定性的劣勢是，LDP 需開發高精度光學系統（如亞納米級鏡面）和控制軟體等的無縫集成，而這些關鍵部件（如鏡片、光源組件）和控制軟體現在還部分依賴進口，先不說相比于成熟的 LPP 技術，LDP 在設備、材料、工藝流程等本身都缺乏完善的生态系統，需要大量的研發和投入才能建立，如果再加上上述依賴進口可能存在卡脖子的風險，基于 LDP 生态的建立可能會相當艱難、緩慢和耗時耗力。
積跬步以至千裡，NIL 與 LDP 誰更勝一籌？
如上，我們不難看到，無論是佳能的 NIL，還是中國的 LDP 技術路線，與現有的 ASML 的 EUV 相比，都是優劣分明。那麼同樣作為挑戰者，誰的技術路線更有可能勝出呢？
從前述，首先，NIL 的核心目标是實現高分辨率的圖案轉移，這與制造高性能、高集成度的先進芯片的需求直接相關。雖然 NIL 的挑戰集中在缺陷、制造工藝和生產效率上，但其解決方案路徑相對清晰，例如優化模具耐用性和提升壓印速度即可逐步接近 EUV 的吞吐量，而佳能可利用其光學和機械技術積累，逐步攻克這些挑戰。
提到佳能在光學和機械技術的積累，我們這裡需要補充說明的是，佳能作為全球知名的光學設備制造商，擁有悠久的光學技術研發歷史和強大的精密制造能力，這為其 NIL 技術的研發和產業化提供了堅實的基礎，例如佳能在光學領網域積累的經驗（比如在鏡頭設計、精密控制等方面），可以借鑑到 NIL 設備的開發中。更重要的是，佳能曾經也是光刻機市場的參與者（20 世紀 90 年代曾是 DUV 光刻機的領先供應商之一，其技術底蘊不容小觑），對芯片制造工藝有一定的了解，這有助于其 NIL 技術更好地适應行業需求。
反觀 LDP，除了挑戰更為復雜，比如光源需達到工業級功率（188W 以上）、光學系統需亞納米級精度、控制軟體需無縫集成等，而這涉及到多學科協同，技術門檻遠高于 NIL，且實現路徑尚不明朗外，更關鍵的還是缺乏像佳能的相關技術的深厚積澱。
其次，從市場商用的角度，佳能 NIL 已邁出實驗室，進入商業化初期。例如根據《經濟學人》的報道，2025 年 3 月其設備已在存儲芯片（如 3D NAND）和顯示屏領網域應用，而 TSMC 的測試進一步驗證了其可行性。佳能宣稱其 NIL 設備已實現每小時 130 片晶圓的吞吐量（2025 年初數據），并計劃 2026 年提升至 180 片，逐步逼近 EUV 水平。
相比之下，中國 LDP 技術仍處于研發階段，雖然哈爾濱工業大學等機構在光源技術上取得了一定的突破，但距離展示完整的、可用于工業級量產的光刻系統，以及提供可靠的量產吞吐量和良率數據，還有相當長的路要走，而關于 2025 年第三季度試產的目标，目前公開信息有限，其可行性和最終的工業應用能力仍有待觀察。
第三從生态系統看，NIL 本質上還是一種基于晶圓的制造工藝，其流程在某些方面與傳統的光刻技術有相似之處，例如都需要塗膠、顯影等步驟，更容易被現有的芯片制造生态系統所接受，而這意味着，芯片制造商在導入 NIL 技術時，可能不需要對現有的生產線進行大規模的改造，從而降低了導入成本和風險。當然，這裡我們還沒有将佳能作為全球光學和成像技術的領導者，其自身就擁有強大的品牌影響力和技術基礎，與 TSMC 等廠商的合作通暢，供應鏈整合能力強的因素計算在内。相比之下，中國 LDP 作為一種與現有 EUV 技術路線相似但又存在差異的新興技術，其生态系統的建立需要從基礎研究、材料、零部件、設備制造到工藝驗證等多個環節的長期投入和協同發展，其難度和所需時間可能比我們文中的描述還要大。
最後考慮非市場和技術因素（這點恐怕更為重要），佳能 NIL 面臨的外部環境相對寬松，在技術交流和國際合作方面受到的限制較少，這有助于其在全球範圍内整合資源，加速技術發展。此外，佳能将 NIL 定位為 ASML EUV 的補充，主要着眼于成本敏感型應用和特定工藝環節，而非直接取代 EUV，這可能有助于降低市場阻力。而中國 LDP 技術則面臨着更為復雜的外部環境，尤其是在關鍵技術和零部件方面可能受到出口限制，這無疑會增加其研發和產業化的難度。不過，中國政府的半導體自給政策（如 " 十四五 " 規劃）和百億級資金投入，或将為 LDP 提供長期支持。
寫在最後：
所謂積跬步以至千裡。ASML 在 EUV 領網域現今無可撼動的地位，正是來自于數十年如一日的技術積累和持續創新。而面對 NIL 和 LDP 的挑戰，ASML 并非毫無應對。其下一代高數值孔徑（High-NA）EUV 光刻機已開始交付，分辨率可達 2 納米以下，這将進一步拉開與競争者的差距。
由此來衡量佳能的 NIL 和中國的 LDP 技術，我們認為，佳能的 NIL 在現階段和可預見的未來，更有可能在特定領網域和特定應用場景下對 ASML 構成一定的挑戰。相比之下，中國在 LDP 技術上的探索，更像是着眼于長遠的戰略布局，旨在突破技術封鎖，實現自主可控。究竟誰能最終在未來的光刻技術競賽中占據更有利的位置，時間和市場将會給出最終的答案。
