文 | 孙永杰
众所周知，光刻技术是现代半导体制造的核心，直接决定了芯片的性能、尺寸和成本。在这场技术竞赛中，荷兰的 ASML 凭借其极紫外光 （EUV） 光刻技术占据了无可争议的霸主地位。不过，近日，国内外媒体及网络接连曝出佳能通过纳米压印光刻 （NIL） 以及中国通过激光驱动等离子体 （LDP） 技术挑战 ASML 的新闻，并在业内再次引发了光刻机之争。
那么问题来了，以佳能为代表的日本 NIL 和中国的 LDP 谁更有可能成为 ASML 最现实和有力的挑战者？
深积淀与高壁垒，ASML 缘何在 EUV 一枝独秀？
提及 ASML 的 EUV 光刻机，首先从技术层面看，其技术的核心在于利用 13.5 纳米波长的极紫外光，通过激光驱动等离子体 （Laser-Produced Plasma, LPP） 生成光源，将复杂电路图案投影到硅晶圆上。这一过程涉及每秒向真空室喷射 5 万滴熔融锡珠，经历两次激光冲击：第一次弱激光将其压扁为薄饼状，第二次强激光将其汽化为高温等离子体 （温度高达 22 万摄氏度，约为太阳表面温度的 40 倍），从而发射 EUV 光。随后，光线通过超平滑的多层反射镜聚焦，照射载有芯片蓝图的掩膜版，最终将图案蚀刻到涂有光刻胶的晶圆上。
不过，这还只是 EUV 技术复杂性的一隅。为了实现稳定的光源输出，需要精确控制激光的强度、脉冲频率和目标锡珠的大小与位置。产生的 EUV 光极易被吸收，因此整个光路都必须在超高真空中进行，并采用特殊的多层镀膜反射镜进行反射和聚焦。这些反射镜的表面精度需要达到原子级别，任何微小的缺陷都会严重影响成像质量。
更为关键的是，ASML 上述的 EUV 技术并非一蹴而就，而是历经数十年的研发和投入，克服了无数的技术难题才得以实现商业化，并为 ASML 带来了现今市场上独树一帜的优势，例如其支持 7 纳米及以下制程，分辨率极高，满足了现代芯片对小型化和高性能的需求。
除上述技术积淀外，ASML 的壁垒还体现在其对全球供应链的有效整合和掌控上。EUV 光刻机的许多关键零部件，例如光源、光学元件、精密轴承等，都来自于全球顶级的供应商 （光源依赖美国 Cymer 公司，镜片依赖德国 Zeiss 等），ASML 通过与这些供应商建立长期稳定的合作关系，并投入资金支持他们的研发，形成了一个高度依赖 ASML 的生态系统。这种复杂的供应链关系，使得任何想要进入 EUV 领域的竞争者，不仅需要自身拥有强大的技术积淀和实力，还需要能够整合全球范围内的顶尖资源，而要短期内构建类似的供应链体系，难度可想而知。
最后从市场的角度，台积电、三星和英特尔等全球领先的芯片制造商，为了在激烈的市场竞争中保持技术领先，不得不采用最先进的制程工艺，而这又离不开 ASML 的 EUV 光刻机，这使得 ASML 与客户形成了深度绑定和难以撼动的依赖网络壁垒。
其实，不要说 EUV，即便是在相对成熟的工艺节点，由于 ASML 在 DUV（深紫外光刻） 领域也拥有领先的技术和广泛的客户基础，其设备依然占据超过 90% 的市场份额的事实，再次证明 ASML 在整个光刻市场都具有强大的竞争力壁垒。
另辟蹊径，NIL 与 LDP 优劣分明
正是基于上述 ASML EUV 的深积淀与高壁垒，决定了其他厂商要想以同样的技术路线实现替代或者赶超几无可能，惟有另辟蹊径。而这也是近日佳能 NIL 和中国 LDP 技术路线在业内引起强烈反响和争论的主要原因。
需要说明的是，由于 NIL 和 LDP 应用于光刻领域均属首次，所以现阶段无从谈及在生态及市场层面与 ASML 的 EUV 进行比较，只能单纯从各自技术的层面来看看它们的优劣。
我们先来看下佳能的 NIL。该技术是一种非光学光刻方案，通过物理模板直接将电路图案压印到晶圆上，跳过了传统光刻的光源投影等步骤。其工艺包括使用电子束刻制高精度母版、在晶圆上滴注液态树脂、通过模具压印图案，最后用紫外光固化树脂。
正是由于跳过了传统光刻的光源投影等步骤，NIL 的设备结构相对简单，在减少设备体积和技术门槛的同时，其理论上的制造成本和能耗远低于 EUV（佳能宣称 NIL 设备成本比 EUV 低 40%，约为 1500 万美元，能耗仅为 EUV 的 1/10），如果能够成功实现大规模量产，NIL 有望显著降低芯片的制造成本和运营成本，从而为更广泛的应用领域提供经济可行的解决方案。
此外，由于 NIL 通过物理接触进行图案转移，其分辨率原则上只受限于模板的精度。而随着纳米加工技术的进步，制造出更高分辨率的模板变得可行，这为 NIL 在未来实现超越 EUV 分辨率的可能性留下了想象空间。
所谓事物总有两面性，尤其是对于已有技术的新应用更是如此。与上述的优势相比，NIL 的劣势也相当明显，且彼此具有密切的相关性。
其中最致命弱点在于模板上的任何微小缺陷都会直接转移到晶圆上，导致整片晶圆报废。但制造出大面积、无缺陷的纳米级模板本身就是一个巨大的挑战，而如何在压印过程中避免引入新的缺陷也至关重要，这些均增加了工艺复杂性。此外，高精度模板的制造成本和使用寿命也是需要考虑的因素。
其次，由于现代逻辑芯片通常是多层结构，需要极高的纳米级层间对准精度，而在 NIL 工艺中，由于是物理接触，如何确保每一层都与前一层精确对齐是一个非常复杂的问题，尤其是在面对越来越复杂的 3D 芯片架构，例如在制造尖端 CPU 或 GPU 时，NIL 的对准精度可能难以满足小于 5 纳米的层间要求，这限制了其在逻辑芯片领域的应用。
也许正是由于上述缺陷和制造工艺的复杂性，导致目前 NIL 的生产效率远低于 EUV（据称 NIL 当前吞吐量仅为每小时 110 片晶圆，远低于 EUV 的 170-220 片），这严重限制了其在大规模芯片制造中的应用和竞争力。
与佳能 NIL 应用在光刻领域类似，中国的 LDP 在光刻方面也具有不可回避的两面性。
具体到 LDP（激光驱动等离子体），其是通过激光诱导放电电离锡或其他材料，生成 13.5 纳米波长的 EUV 光，与 ASML 的 LPP 技术同属光学光刻类别，这点也是其与佳能 NIL 最本质的区别。
与 ASML 的 EUV 相比，LDP 无需掩膜版 （省去了昂贵的掩膜版设计和制造环节），从而可以显著降低芯片研发的成本和周期，同时，为小批量、定制化的芯片生产以及快速原型设计提供了极大的便利。例如，LDP 可能在物联网芯片或模拟芯片等小规模定制市场中找到立足点，这些领域对生产效率要求较低，但对设计灵活性需求较高。
此外，由于 LDP 与 ASML 的 LPP 技术同属光学光刻类别，其理论上可利用现有 EUV 生态 （如光刻胶、掩膜工艺等），减少产业切换成本。
但祸兮福所倚，福兮祸所伏。正是由于 LDP 与 ASML 的 LPP 技术同属光学光刻类别，走与 ASML EUV 直接竞争的路线，LDP 的劣势也更为明显，或者说被放大了。
例如受到激光波长衍射极限的限制，传统的 LDP 技术很难实现 EUV 级别的分辨率。虽然可以通过一些先进的激光技术 （如双光子聚合等） 提高分辨率，但距离制造最先进的逻辑芯片所需的精度仍然有很大差距。据哈尔滨工业大学 2024 年发表的研究，其 LDP 光源功率仅达 80W，远低于 ASML 的 250W 工业标准。
此外，激光逐点扫描的写入方式决定了 LDP 的生产效率非常低下，难以满足大规模集成电路制造的需求。即使采用多束激光同时写入，其效率也远不及基于掩膜版的光刻技术。
而更为不确定性的劣势是，LDP 需开发高精度光学系统 （如亚纳米级镜面） 和控制软件等的无缝集成，而这些关键部件 （如镜片、光源组件） 和控制软件现在还部分依赖进口，先不说相比于成熟的 LPP 技术，LDP 在设备、材料、工艺流程等本身都缺乏完善的生态系统，需要大量的研发和投入才能建立，如果再加上上述依赖进口可能存在卡脖子的风险，基于 LDP 生态的建立可能会相当艰难、缓慢和耗时耗力。
积跬步以至千里，NIL 与 LDP 谁更胜一筹？
如上，我们不难看到，无论是佳能的 NIL，还是中国的 LDP 技术路线，与现有的 ASML 的 EUV 相比，都是优劣分明。那么同样作为挑战者，谁的技术路线更有可能胜出呢？
从前述，首先，NIL 的核心目标是实现高分辨率的图案转移，这与制造高性能、高集成度的先进芯片的需求直接相关。虽然 NIL 的挑战集中在缺陷、制造工艺和生产效率上，但其解决方案路径相对清晰，例如优化模具耐用性和提升压印速度即可逐步接近 EUV 的吞吐量，而佳能可利用其光学和机械技术积累，逐步攻克这些挑战。
提到佳能在光学和机械技术的积累，我们这里需要补充说明的是，佳能作为全球知名的光学设备制造商，拥有悠久的光学技术研发历史和强大的精密制造能力，这为其 NIL 技术的研发和产业化提供了坚实的基础，例如佳能在光学领域积累的经验 （比如在镜头设计、精密控制等方面），可以借鉴到 NIL 设备的开发中。更重要的是，佳能曾经也是光刻机市场的参与者 （20 世纪 90 年代曾是 DUV 光刻机的领先供应商之一，其技术底蕴不容小觑），对芯片制造工艺有一定的了解，这有助于其 NIL 技术更好地适应行业需求。
反观 LDP，除了挑战更为复杂，比如光源需达到工业级功率 （188W 以上）、光学系统需亚纳米级精度、控制软件需无缝集成等，而这涉及到多学科协同，技术门槛远高于 NIL，且实现路径尚不明朗外，更关键的还是缺乏像佳能的相关技术的深厚积淀。
其次，从市场商用的角度，佳能 NIL 已迈出实验室，进入商业化初期。例如根据 《经济学人》 的报道，2025 年 3 月其设备已在存储芯片 （如 3D NAND） 和显示屏领域应用，而 TSMC 的测试进一步验证了其可行性。佳能宣称其 NIL 设备已实现每小时 130 片晶圆的吞吐量 （2025 年初数据），并计划 2026 年提升至 180 片，逐步逼近 EUV 水平。
相比之下，中国 LDP 技术仍处于研发阶段，虽然哈尔滨工业大学等机构在光源技术上取得了一定的突破，但距离展示完整的、可用于工业级量产的光刻系统，以及提供可靠的量产吞吐量和良率数据，还有相当长的路要走，而关于 2025 年第三季度试产的目标，目前公开信息有限，其可行性和最终的工业应用能力仍有待观察。
第三从生态系统看，NIL 本质上还是一种基于晶圆的制造工艺，其流程在某些方面与传统的光刻技术有相似之处，例如都需要涂胶、显影等步骤，更容易被现有的芯片制造生态系统所接受，而这意味着，芯片制造商在导入 NIL 技术时，可能不需要对现有的生产线进行大规模的改造，从而降低了导入成本和风险。当然，这里我们还没有将佳能作为全球光学和成像技术的领导者，其自身就拥有强大的品牌影响力和技术基础，与 TSMC 等厂商的合作通畅，供应链整合能力强的因素计算在内。相比之下，中国 LDP 作为一种与现有 EUV 技术路线相似但又存在差异的新兴技术，其生态系统的建立需要从基础研究、材料、零部件、设备制造到工艺验证等多个环节的长期投入和协同发展，其难度和所需时间可能比我们文中的描述还要大。
最后考虑非市场和技术因素 （这点恐怕更为重要），佳能 NIL 面临的外部环境相对宽松，在技术交流和国际合作方面受到的限制较少，这有助于其在全球范围内整合资源，加速技术发展。此外，佳能将 NIL 定位为 ASML EUV 的补充，主要着眼于成本敏感型应用和特定工艺环节，而非直接取代 EUV，这可能有助于降低市场阻力。而中国 LDP 技术则面临着更为复杂的外部环境，尤其是在关键技术和零部件方面可能受到出口限制，这无疑会增加其研发和产业化的难度。不过，中国政府的半导体自给政策 （如“ 十四五” 规划） 和百亿级资金投入，或将为 LDP 提供长期支持。
写在最后：
所谓积跬步以至千里。ASML 在 EUV 领域现今无可撼动的地位，正是来自于数十年如一日的技术积累和持续创新。而面对 NIL 和 LDP 的挑战，ASML 并非毫无应对。其下一代高数值孔径 （High-NA）EUV 光刻机已开始交付，分辨率可达 2 纳米以下，这将进一步拉开与竞争者的差距。
由此来衡量佳能的 NIL 和中国的 LDP 技术，我们认为，佳能的 NIL 在现阶段和可预见的未来，更有可能在特定领域和特定应用场景下对 ASML 构成一定的挑战。相比之下，中国在 LDP 技术上的探索，更像是着眼于长远的战略布局，旨在突破技术封锁，实现自主可控。究竟谁能最终在未来的光刻技术竞赛中占据更有利的位置，时间和市场将会给出最终的答案。
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