光刻机镜头能否迎来新入局者？

其中最关键的部件是被称为光刻机之眼的光学镜头，其主要制造商是蔡司可是，5月6日有消息称，德国工会已与蔡司集团达成协议，蔡司2400多名员工的每周工作时间将从目前的38小时逐步缩减至35小时光刻机的市场很难找，但是德国蔡司的工人还在慢慢磨玻璃

作为玻璃工厂，蔡司为什么可以如此任性为什么你能轻而易举地抓住ASML这个光刻机绝对之王的命脉

将一小块玻璃研磨成光学镜片

蔡司作为一家拥有175年历史的光学设备制造商，50年来一直在研究光刻镜头，其光学技术直接推动了半导体制造工艺的发展现在全球80%的芯片都是用蔡司光学元件制造的

光学镜头其实就是一小块玻璃，但如果要把这块玻璃做成先进的光刻机光学镜头，可谓难于上青天。

实际上，光刻机光学透镜的制造原理并不复杂，但是要制造出超高精度的光刻透镜，无论是技术还是工艺都非常困难在技术上，大数值孔径的技术难度很高需要基于双高斯结构设计组合20个左右的透镜，分担球差，平衡场曲，抵消畸变此外，为了保证晶圆图形的质量，光刻机中每个透镜的位置误差必须小于1nm，并尽可能消除光损耗产生的热量

在工艺上，光刻机要求的镜面光洁度非常高，需要使用最高精度的磨床和最细的镜片磨料此外，还需要计算机数控光学表面成型技术相关的顶尖技术工人在光学镜片的生产过程中，只有CCOS的抛光，如小磨头抛光，应力板抛光，磁流变抛光，离子束抛光等超精密抛光高难度工艺，是不容易实现的

可见，光刻机中的透镜制造是一个复杂的系统工程，涵盖了光学，机械，材料，测控，热模拟等多个学科精密加工技术是最重要的症结，很少有技术人员能达到要求即使是有着175年历史的蔡司，在光刻机方面达到镜头生产标准的技术人员也只有20人

蔡司占据光刻镜头80%的市场份额。

曾经，在光学镜头领域，蔡司不是一家100多年来，蔡司也经历了各种流血的竞争，最终脱颖而出，成为不可替代的王者

蔡司不是靠光刻机光学镜头发家的，而是专注于制造摄影镜头自20世纪90年代以来，芯片市场不断扩大，市场对光刻机镜头的需求激增当时在蔡司的产品规划中，半导体光学元件还是边缘业务，摄影业务还是主流但是摄影镜头大多是手动对焦的小镜头，也就是说只靠堆料砸钱就能做好伴随着竞争对手数量和实力的不断增加，蔡司在摄影镜头领域的优势迅速丧失

由于没有跟上市场潮流和趋势的变化，蔡司输在了光刻镜头的起跑线上，直接造成了蔡司一度艰难的生存与此同时，蔡司在光学镜头领域最大的两个竞争对手尼康和佳能，在光刻机的镜头领域也是蒸蒸日上

佳能在1994年发布了首款FPA—3000系列光刻机，配备了分辨率为0.35μm的i—line镜头，是当时世界上分辨率最高的镜头之一从上世纪80年代末到本世纪初，尼康在光刻机的市场份额超过50%，配备尼康光学镜头的光刻机几乎代表了当时的最高水平当时，蔡司还在摄影业务中苦苦挣扎

可是，蔡司并没有坐以待毙尽管起步较慢，但蔡司此后以前所未有的速度发展，不到十年就成为光刻镜头领域的绝对霸主

蔡司的蜕变不得不提它的所在地——德国根据消息显示，德国拥有欧洲最大的光学产业，占欧洲大陆产值的41%以上在许多光学应用领域，德国被公认为世界第一德国光学已经发展成为德国最重要的未来产业之一，成为创新和增长的引擎自2005年以来，德国光电产业的增长率是其国内和全球GDP的两倍

有了这样一个强大的靠山，蔡司在光学镜头领域可以更加自由地发展此外，蔡司本身近200年来一直专注于光学镜片的生产，在光学设计，加工和测试技术方面积累了丰富的技术在很短的时间内，蔡司成为EUV极紫外光刻机唯一的透镜载体制造商目前蔡司最新生产的EUV光刻机镜面，最大直径1.2m，表面精度峰谷值0.12nm，表面粗糙度20ppm，比很多原子的直径都要小，也就是说在原子级别是平坦的上海多媒体行业协会副秘书长段木迎海向《中国电子报》记者解释了这种平整:如果把镜头放大到一个地球大小，上面只有一个像头发一样的凸起对此，有业内专家甚至将其视为宇宙中最光滑的人造物体

正是这些技术让蔡司占据了全球光刻机镜头收入份额的80%，而佳能，尼康等曾经的巨头在光刻镜头领域早已无法匹敌蔡司。

ASML和蔡司非常和谐。

当蔡司在光刻镜头领域脱颖而出时，他遇到了最重要的盟友——ASML两者的结合使得EUV光刻机技术牢牢掌握在手中，而ASML也成为世界上唯一能够制造最先进的EUV光刻机的企业

蔡司和ASML的命运从何而来根据消息显示，ASML选择与蔡司紧密合作之时，正是其发展的关键节点——与飞利浦分离之时与ASML的结合是蔡司超越日本佳能和尼康光刻机，在DUV光刻时代成功翻身的关键

在线宽已经进入7nm时代后，蔡司成为当代尖端光刻工艺中唯一的光学透镜组供应商在这一部分，ASML别无选择，只能依靠蔡司在某种程度上，ASML更像是一个系统集成商《光刻机》中超过85%的零件需要由其他公司制造和研发，ASML负责将这些零件组装在一起

但是，如果你想集成一个光刻机，并不是任何一个厂商都能做到的。

已知一个掩模光刻机包含至少80000个部件，其中最先进的极紫外EUV掩模光刻机需要超过100000个部件掩模对准器透镜的组装极其困难四川大学电子信息学院教授张荣珠告诉《中国电子报》记者，在镜头组装过程中，为了满足分辨率要求，需要严格按照设计要求排列数十块光学镜面对每个镜头的位置，姿势，间距都有严格的要求另外，光刻机对成像质量的要求极高，装配过程几乎不留公差，因此整个镜头的机械装配过程极其困难

通俗地说，一家公司即使拥有蔡司光学镜头，也很难成功组装成光刻机因此，蔡司和ASML之间形成了你依赖我，我依赖你的关系

打破垄断还有机会吗。

ASML和蔡司的联手，牢牢锁定了先进光刻镜头的市场，拥有绝对的话语权和议价权众所周知，垄断意味着市场可能成为一潭死水，也意味着会继续助长蔡司慢慢磨玻璃的任性那么对于其他公司来说，有没有可能打破蔡司在光刻镜头领域的垄断呢

张荣珠表示，如果一个企业能够打破蔡司的垄断，将有利于产业生态和技术从产业生态来说，意味着用户有了更多的选择，成本不会有太大的提升这是因为光刻机镜头是高端定制产品，即使蔡司以外的公司可以提供光刻机镜头，其价格空间也不会有太大变化在技术方面，打破垄断也有利于相关领域的技术发展不同的公司会采用不同的思路，从不同的维度提升设备的性能，推动光学制造前沿技术的创新

但其他企业贸然进入光学镜头领域，未必是好事。

根据消息显示，目前商用光刻机主要使用基于传统光谱学的光学镜片，世界顶级的光刻机镜片制造商都是积累了百年以上经验的企业要想在传统光谱学上超越他们一百多年的积累，短时间内很难实现

如果其他企业想要打破蔡司的垄断，就意味着更多的资源和资金将集中在R&D和光刻机镜头的生产上由于该领域R&D周期长，资金占用大，企业在进入该领域前需要综合评估相关技术的发展空间，产品的发展潜力和实际需求，以协调整个行业的健康发展张荣珠告诉《中国电子报》记者

但这并不意味着其他企业没有机会打破垄断虽然基于传统光谱学的光学透镜很难满足硅基半导体未来发展的需要，但电子透镜比光学透镜具有更高的精度和灵活性光学镜头做不到的地方，电子镜头往往能做到光学镜头能做的，电子镜头也能做，精度更高对于其他企业来说，这是一个突破

或许，在未来很长一段时间内，蔡司还会保持一贯的任性作风，继续慢慢磨玻璃不过在电子镜头领域，未来或许可以再干掉一个小男孩，让蔡司的工人磨玻璃更快

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