都盯上了EUV光刻机

格隆汇
Aug 10

曾经只有台积电、三星和英特尔才玩得起的EUV,如今开始出现在南亚科和华邦电的扩产清单里。与此同时,一批成立只有两三年的初创公司,正在尝试用X射线、粒子加速器甚至氦原子,绕过传统的EUV光刻机。日前,我们还报道,Elon Musk似乎有意将FEL投入量产。

由此可见,似乎一夜之间几乎所有人都能盯上并能用上EUV时代。EUV的门槛,真的在消失吗?


EUV光刻机的大户们


目前,真正实现EUV大规模量产的玩家依然高度集中,核心仍是台积电、三星、英特尔、SK海力士和美光五家。

其中,台积电是EUV商业化最早、应用规模最大的厂商之一。2019年,台积电在N7+制程中正式导入EUV,并实现商业化量产。此后的N5、N3等先进节点进一步增加EUV曝光层数,EUV也由最初的少数关键层逐步成为先进逻辑制造的核心工具。

三星电子则同时在先进逻辑和DRAM两条产品线上推进EUV。除了先进制程代工外,三星已经将EUV导入14纳米级、12纳米级DRAM量产,使EUV从先进逻辑逐步进入存储芯片制造。

英特尔的EUV导入相对较晚,但推进速度很快。Intel 4成为其首个大规模采用EUV的制程,此后的Intel 3和18A继续扩大应用。与此同时,英特尔还是最早接收并部署ASML High-NA EUV设备的芯片厂商之一,为下一代14A等工艺提前进行技术验证。

在存储厂商中,SK海力士于2021年开始在1a纳米级DRAM量产中导入EUV,此后不断扩大使用范围。2025年,公司又在韩国M16晶圆厂安装High-NA EUV设备,将新一代EUV技术提前引入DRAM研发和未来量产体系。

美光则是三大DRAM厂商中较晚正式导入EUV的一家。其在1γ(1-gamma)DRAM节点首次大规模采用EUV,并从2025年开始在中国台湾和日本推进相关产品量产。

因此,虽然EUV已经发展多年,但从实际高产量制造来看,其玩家依然高度集中在这五家公司。过去相当长一段时间里,能否进入这个“五人俱乐部”,某种程度上也代表着一家半导体厂商是否具备最先进制程制造能力。

但现在,这个长期封闭的“五人俱乐部”,已经开始出现新的入场者。

最典型的就是日本Rapidus。

Rapidus成立于2022年,与台积电、三星、英特尔这些拥有数十年先进制程积累的巨头相比,几乎可以称得上是一家“新晶圆厂”。但就是这样一家成立仅数年的公司,已经直接跨入EUV时代。

2024年12月,ASML NXE:3800E EUV光刻机运抵Rapidus位于北海道千岁的IIM-1晶圆厂。Rapidus称,这是日本首台面向先进芯片量产的EUV曝光设备。随后在2025年4月,公司完成首次EUV曝光,并将设备投入2纳米GAA工艺的试制与验证,目标是在2027年实现2纳米芯片量产。

Rapidus的特殊之处在于,它几乎跳过了传统晶圆厂从成熟制程、先进制程再逐步导入EUV的漫长升级路径,而是从建厂之初,就直接围绕2纳米、GAA和EUV构建生产体系。

这也说明了一件事:EUV已经不再只属于那些拥有数十年先进制程积累的传统半导体巨头。只要拥有足够的资金、技术合作和产业支持,一家新成立的晶圆厂同样可以直接拿到EUV设备,并从最先进节点起步。

但Rapidus同时也说明,EUV距离真正意义上的“平民化”依然很远。

Rapidus并不是一家普通创业公司独自拿出数亿美元购买一台EUV光刻机。其背后既有日本政府持续投入的巨额财政支持,也有丰田、索尼、NTT、NEC、软银等日本大型企业组成的产业联盟,同时还通过与IBM合作引入2纳米GAA工艺技术。

换句话说,Rapidus能够直接进入EUV时代,依靠的是国家资本、产业联盟、海外技术转移和先进设备采购能力共同托起了一家新的先进制程玩家。


二线晶圆厂为何也来买EUV?


然而,现在的情况是,二线晶圆厂也开始购置EUV了。

2026年8月5日,南亚科董事会宣布,将2026年资本支出由新台币520亿元进一步提高至697亿元,增幅超过三成。与此同时,公司批准2026年至2029年5A新厂资本支出上限为3,466亿元新台币,成为南亚科历史上规模最大的单一投资计划之一。按照南亚科目前披露的计划,5A新厂第一阶段月投片产能目标约为3.59万片,并将陆续导入1B、1C、1D和1E等10纳米级DRAM工艺。随着制程继续微缩,EUV将成为下一代DRAM生产体系中的关键设备之一。

与此同时,2026年8月6日,华邦电子宣布启动高雄第二座12英寸晶圆厂P2建设计划。按照规划,新厂将于2027年1月动工,2029年初开始装机,并计划在2029年第四季度进入量产。在制程路线方面,华邦电子规划得十分明确:第一阶段首先采用非EUV工艺生产14纳米级DRAM,第二阶段再正式导入EUV,向12纳米级DRAM推进。

值得注意的是,华邦电子已经开始围绕EUV漫长的设备交期提前布局。公司管理层透露,目前EUV设备交付周期大约需要三年至三年半,这意味着如果希望在2029年前后导入EUV,现在就必须开始进行设备、厂务和工艺规划。

相比南亚科技,华邦电的加入释放出的产业信号更加值得关注。原因在于,华邦电长期并不是HBM或最先进通用DRAM市场的主要参与者,其核心业务更多集中在利基型DRAM、车用存储、工业控制以及Code Storage Flash等市场。

过去,EUV之所以能够承受极高的设备和工艺成本,一个重要前提就是它首先服务于CPU、GPU、先进SoC以及高端DRAM等高价值芯片。但当一家长期深耕利基型存储的厂商,也开始为12纳米级DRAM规划EUV时,意味着EUV的经济性边界正在发生变化。

1)技术需要:EUV正在从逻辑工艺扩散到DRAM

从台积电、三星、英特尔,到SK海力士和美光,EUV最初解决的是“最先进芯片怎么继续往下做”的问题;而南亚科、华邦电开始入场后,EUV正在逐渐变成另一个角色——下一代存储制程必须考虑的基础生产工具。随着先进存储工艺本身正在逼近传统DUV多重图形化的经济性边界。继续依靠193纳米浸没式光刻向更小尺寸推进,意味着更多曝光、更多掩模、更多刻蚀和沉积步骤,同时也意味着更复杂的套刻控制和更长的生产周期。当工艺复杂度增加到一定程度后,一台昂贵的EUV设备,反而可能比反复堆叠DUV多重曝光更具经济性。

2)商业推手:AI繁荣,让二线存储厂“消化得起”EUV

过去二线厂不敢买 EUV,是因为利基型/成熟DRAM价格波动剧烈且利润微薄,很难摊薄一台上亿美元设备的巨额折旧。购入光刻机之后,还需要配套厂房、掩模、光刻胶、检测、计量、工艺开发和长期维护。对于一家产品价格周期性明显、毛利率长期低于头部企业的二线存储厂而言,这并不是一个容易做出的投资决定。

尤其是在过去几轮存储下行周期里,DRAM价格快速下跌、产能利用率下降,厂商首先考虑的往往是削减资本支出,而不是采购最昂贵的半导体设备。

AI改变了这套投资逻辑。三星、SK 海力士、美光将大量通用 DRAM产能转移去生产 HBM,导致传统/利基型DRAM市场出现严重的供给吃紧,价格大幅上扬。客户为了锁定边缘 AI、车用 MCU/SoC、工控以及 AI Server 辅助内存的长期供应,主动与二线厂签订 3~5 年的长约(LTA)。更高的产品毛利率+长期确定的产能利用率,让南亚科、华邦电这种“二线/利基型玩家”拥有了极佳的现金流与资本开支预估能力,终于有能力跨过EUV的“金融门槛”。

这其实是一个非常重要的变化:EUV并没有突然变便宜,而是存储芯片变得更值钱了。

过去,一家二线存储厂可能需要问:“我们有没有资格买EUV?”现在它们更需要考虑的是:“如果不买EUV,五年之后还能不能保持成本竞争力?”

3)工具属性变化:Low-NA EUV正在成为相对成熟的标准装备

还有一个容易被忽略的原因,是EUV设备自己也变了。第一代 0.33 NA EUV(如 NXE:3400C/3600D/3800E)已经历了近 10 年的量产洗礼。其光源功率、掩模保护膜寿命、产线可利用率均已达到90%~95%以上的商业化成熟度。

从ASML近几年的销量变化可以看得很明显。2019年是EUV真正进入高产量制造的关键一年,当年ASML销售26台EUV系统;2020年增至31台,2021年进一步达到42台。2022年确认收入40台,2023年达到53台。虽然受客户资本支出周期、设备验收和High-NA导入节奏影响,2024年和2025年的数字分别为44台和48台,并不是简单的逐年线性增长,但EUV已经稳定进入一年数十台级别的规模交付阶段。

而且ASML在2026年已经明确表示,公司正在推动今年至少具备60台Low-NA EUV的产出能力,并计划在2027年进一步提升至至少80台。与此同时,公司还在继续提高产线move rate,以应对先进逻辑和DRAM客户不断增长的EUV需求。

随着顶级逻辑厂(台积电、Intel)开始向 0.55 High-NA EUV迈进,Low-NA EUV实际上已经退居为“次顶配”的标准基础设施。对于 DRAM 厂和二线晶圆厂而言,现在的 Low-NA EUV 就像十年前的浸没式 ArFi(193nm)光刻机一样,技术风险已被前人踩平,买来就能作为“标准装备”直接投入生产。

所以,在工艺上,DRAM越来越需要EUV;经济上,AI繁荣让更多存储厂有能力消化EUV;设备上,Low-NA EUV已经从验证能不能用,进入如何扩大产能的阶段。三者叠加,最终推动EUV的客户边界开始真正向外扩张。


重塑EUV与绕过EUV的挑战者们


挑战ASML的技术正在快速增多,如xLight、Inversion、Substrate、Lace、Multibeam、佳能等等,但它们多数只是击中了EUV系统的一个薄弱环节:有人替换光源,有人取消掩模,有人改用X射线,有人改用原子束。

按照其改变光刻系统的深度,大致可以分为四大阵营。

(半导体行业观察整理制表)

(一)光源重构派

这一阵营正在试图改变13.5纳米EUV光的产生方式,解决现有激光等离子体光源功率不足、能耗过高、维护复杂等问题。

代表企业是美国初创公司xLight。目前ASML的EUV系统主要采用激光轰击锡滴产生等离子体,再释放13.5纳米EUV光。xLight则希望用自由电子激光器取代现有的激光等离子体光源,为多台EUV扫描机集中提供更高功率、更稳定的光源。

传统EUV与xLight EUV方案在同一晶圆上的缺陷分布(图源:xLight)

xLight在官网中提到,在以台积电3nm晶圆单价约19,500美元为基准的制造体系中,传统 EUV设备的成本占到了芯片总制造成本的40%;而xLight提出的 FEL(自由电子激光)EUV方案,能够将EUV相关成本降低50%,使其在总成本中的占比降至20%,进而使整张晶圆的总制造成本直接下降20%。

将EUV成本砍半(图源:xLight)

(二)短波跃迁派

今天ASML的EUV光刻机,无论是0.33 NA的NXE,还是0.55 NA的High-NA EXE,使用的仍然都是13.5纳米EUV光。区别在于,High-NA通过将数值孔径从0.33提高至0.55,把单次曝光分辨率进一步提升至约8纳米,并继续支撑2纳米及后续逻辑制程。

但另一批企业和研究机构开始思考一个更加激进的问题:13.5纳米EUV即使能够借助High-NA不断延伸,未来依然需要面对分辨率、随机缺陷、光刻胶、复杂光学系统以及设备成本等一系列挑战。与其只在数值孔径上持续做文章,能不能直接把曝光波长进一步缩短?

于是,BEUV(Beyond EUV)和软X射线光刻重新进入视野。

这一阵营包括Inversion Semiconductor、Substrate,以及围绕6.7纳米BEUV展开的一系列科研项目。它们采用的技术并不相同,但底层思路具有共同点:不再把13.5纳米视为不可改变的常量,而是尝试向更短波长迁移,重新构建下一代曝光体系。

其中最受关注的目标波段之一,就是6.5—6.7纳米。从光刻的基本关系来看,曝光分辨率同时取决于波长λ、数值孔径NA以及工艺因子k1。在其他条件接近的情况下,将波长从13.5纳米缩短至约6.7纳米,理论上可以显著提高分辨能力。

而6.7纳米也并不是最近突然出现的新概念。早在十多年前,欧洲、中国、俄罗斯等地的研究团队就已经围绕6.7纳米下一代光刻展开研究,包括等离子体光源、稀土材料以及配套的多层反射光学系统。例如La/B、La/B₄C等材料体系长期被视为6.7纳米反射镜的重要候选,理论反射率可以达到约70%,实验体系也已经实现较高反射率。

俄罗斯的探索则提供了另一种观察视角。

ASML今天的主流EUV光源采用LPP,即激光产生等离子体技术:高功率CO₂激光高速轰击熔融锡滴,将其转化为高温等离子体,再从中提取13.5纳米EUV辐射。这套技术已经经过十余年的工程化验证,但锡碎屑、光学元件污染、能量转换效率以及复杂的清洁和保护系统,也一直是EUV光源最棘手的工程问题之一。

俄罗斯部分研究机构因此长期探索氙等气体等离子体光源,希望绕开锡液滴体系。与金属锡不同,气体产生等离子体后可以通过真空系统排出,理论上能够降低对集光镜等核心光学元件的污染。

Inversion Semiconductor走得更远。

这家公司正在开发基于激光尾场加速(LWFA)的微型粒子加速器,希望将原本庞大的粒子加速器大幅缩小。其目标是利用高功率激光在等离子体中产生极强电场,在很短距离内将电子加速到高能状态,再产生高功率、可调谐的短波长辐射。

Inversion目前提出的STARLIGHT光源目标覆盖约20纳米至6纳米波段,因此它既可以产生今天EUV光刻所需要的13.5纳米光,也可以进一步进入软X射线范围。最终目标也不只是替换ASML的锡滴光源,而是围绕这种小型粒子加速器建立完整的下一代光刻平台。

(图源:Inversion Semiconductor)

Substrate则选择了另一种加速器路线。它同样利用高能电子产生X射线,但具体架构与Inversion的激光尾场加速并不相同。Substrate通过射频腔将电子加速至接近光速,再让电子穿过交替磁场产生极高亮度X射线,最终通过新的光学和高速机械系统完成晶圆曝光。

Substrate表示,中心间距为30纳米的随机通孔,具有极佳的图案质量和关键尺寸均匀性(图源:Substrate)

但Substrate的野心并不只是造一台新的光刻机。它希望围绕这套X射线光刻技术,建立一种更加垂直整合的晶圆代工模式,将粒子加速器、光源、曝光设备与先进晶圆制造整合在同一体系中。

Inversion更像是在造下一代光源/光刻平台,Substrate则想用新光刻技术反过来重构整个Foundry模式。

从这个角度来看,ASML当前选择的是“保持13.5纳米,通过更大的NA继续提高分辨率”;而Inversion、Substrate以及BEUV研究者打开的是另一个技术变量——既然NA可以改变,那么波长λ本身为什么不能改变?

但缩短波长并不意味着光刻突然变得简单。一旦从13.5纳米进入11纳米、6.7纳米甚至更短的软X射线区域,今天为EUV建立起来的光源、反射镜、掩模、光刻胶、计量检测和污染控制体系几乎都需要重新设计。

(三)纳米压印派

佳能的纳米压印光刻NIL,是目前最接近产业化的非传统光刻路线之一。

传统EUV需要先产生高功率光源,再通过多组高精度反射镜将掩模图形缩小并投射到晶圆上。NIL则直接把带有纳米图形的模板压在晶圆光刻胶上,类似用印章复制电路图形。这种方式取消了复杂的投影镜头,也不需要高功率EUV光源,理论上能够显著降低设备成本、能耗和工艺步骤。

佳能已经推出FPA-1200NZ2C商用设备,并将3D NAND作为最先推进的量产应用,随后再向DRAM和逻辑芯片扩展。

但NIL的困难也同样突出。由于模板需要接近甚至接触晶圆,颗粒污染、模板缺陷、脱模损伤和多层套刻都可能直接影响良率。因此,佳能绕过的是ASML最核心的高功率光源和投影光学系统,但并没有绕过掩模制造、缺陷控制和纳米级套刻等光刻难题。

(四)无光曝光派

这一阵营走得更远:不仅取消EUV光源和反射镜,甚至不再使用光子完成曝光,而是让原子或电子直接在晶圆上形成图形。

在这方面,Lace Lithography和Multibeam正在试图直接利用原子或电子等粒子完成纳米级图形化。

其中,成立于2023年的一家初创公司Lace Lithography,采用的是亚稳态氦原子束光刻。氦原子的物质波波长远短于13.5纳米EUV光,理论上不会受到传统光学衍射极限的同等约束。与带电离子相比,中性氦原子还可以减少晶圆表面的充电效应。Lace的本质已经从“光子光刻”转向“物质波光刻”。它试图改变的不只是光源,而是曝光载体本身。

Multibeam走的则是另一条完全不同的粒子路线——多柱电子束直写。电子束光刻并不是什么新技术。事实上,它长期以来就是半导体行业分辨率最高的图形化工具之一,也是先进光掩模制造、研发和小批量芯片生产的重要手段。

它最大的问题只有一个,却也是最致命的问题:太慢。Multibeam试图改变的,就是这个瓶颈。它的思路并不是让单根电子束跑得更快,而是同时增加大量电子束写入通道。通过部署多个独立电子束柱,让多个区域同时曝光,把过去的“单笔绘图”变成“多笔并行”。更重要的是,电子束可以直接根据数字版图进行写入,不需要像传统EUV一样提前制作一整套光掩模。这带来了另外一个优势:无掩模制造。

Multibeam目前已经推出第二代MBX-300多柱电子束光刻平台,面向300毫米晶圆以及先进封装、硅光、量子器件和化合物半导体等应用。设备可以直接读取芯片版图数据进行写入,不需要制作传统光掩模,并支持从原型开发向生产制造延伸。其官方公布的典型吞吐率约为每个写入腔1—2片晶圆/小时,在Secure Chip ID等特定应用中最高可达到25片/小时。2026年,台湾清华大学也已订购新一代MBX系统,用于半导体研究及与芯片企业的联合开发。

MBX平台(图源:Multibeam)

Lace和Multibeam虽然都利用粒子完成图形化,但两条路线实际上解决的是完全不同的问题:Lace想要突破的是分辨率极限:通过中性氦原子极短的物质波波长,把图形尺寸继续往下推;Multibeam想要突破的是电子束的效率极限:通过多束并行、数字直写和无掩模制造,把原本只适合研发和小批量生产的电子束技术推向更大的制造规模。

它们共同面对的最大难题,是如何在保持纳米级分辨率的同时,把吞吐率提高到先进晶圆厂能够接受的水平。这也暴露出所有EUV挑战者共同面对的终极难题:光刻真正的门槛,从来不只是分辨率,而是同时做到“刻得细、刻得准、刻得快,还要能够24小时稳定地刻”。

总体看下来,挑战ASML EUV的玩家,可以更确切的说为是拆解EUV。这四类路线的递进关系是:换光源 → 换波长 → 去投影 → 去光子。


结语


回到开头的问题:EUV光刻机,真的已经没有门槛了吗?

答案显然是否定的。

一台EUV光刻机仍然价值数亿美元,背后还需要先进厂房、掩模、光刻胶、检测计量以及长期工艺积累与良率爬坡。无论是资金门槛,还是将设备真正转化为量产能力的工程门槛,都远没有消失。

但另一个变化同样无法忽视:EUV的“客户准入门槛”,确实正在下降。从少数巨头的顶级奢侈品到利基玩家的生产刚需,EUV 光刻机的下沉,揭示了摩尔定律进入下半场后的全新游戏规则。EUV的“去神秘化”正在加速。

但更大的变化,或许发生在EUV体系之外。“后 EUV 时代”的技术包围圈正在形成。挑战ASML的创新路线层出不穷。虽然绝大多数新兴方案目前仍困于实验室与试产阶段,尚未跨过“高产量制造(HVM)”所要求的极高良率、稳定稼动率与庞大生态系统这道天堑,但它们的存在,已经为高昂的传统微影技术撕开了一角缝隙。

告别绝对的垄断,并不意味着单点突破的易得。可以预见的是,未来的光刻市场可能不会再是ASML一家独大。一个由标准 Low-NA EUV 填补腰部、尖端 High-NA EUV 筑顶、新兴路线在细分赛道突围的多元竞争新生态,正呼之欲出。

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