中國做出了DUV，然後呢？EUV 還遠嗎？High NA 又是什麼？ASML 的王座還穩嗎？ - 深入分析第57期：ASML

二〇二六年七月，一則來自 The Information 的報導，在半導體產業圈投下了一顆小石子。

中國的一家研發團隊，做出了自己的浸潤式 DUV 光刻機。今年五台，明年二十台。要交付給中芯國際和華虹。

消息一出，討論立刻分成兩派。

一派說：「中國終於突破了，準備要挑戰 ASML了。」另一派說：「五台機器？ASML 一年出一百三十台。這算什麼突破？」

要理解這則新聞的真正重量，你不能只看「五台 vs. 一百三十台」這個數字。

你需要理解光刻機到底是什麼、浸潤式為什麼是一道門檻、EUV 和 DUV 之間隔著什麼、ASML 的護城河到底建在哪裡、以及 High NA EUV 這場正在發生的路線分裂，將如何決定這家公司的下一個十年。

這篇文章會從一塊沙子講起，一路講到四億歐元的機器、講到地緣政治、講到估值。

讀完之後，你對 ASML 的理解，會跟市場上百分之九十的人不一樣。

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第一章｜為什麼「光刻」是晶片製造的靈魂

現代晶片常被形容為人類科技的奇蹟，但它的起點其實非常樸實。

晶片的原材料是矽，也就是沙子的主要成分。半導體製造的本質，就是把一塊平整、不導電的矽晶圓，透過成百上千道工序，改造成一個擁有數百億個微型開關的立體迷宮。

在這個極其複雜的製造過程中，有一個步驟決定了整顆晶片的性能與生死，這個步驟就是「光刻」，也就是我們俗稱的「畫電路」。

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1.1 為什麼只能用「光」來畫電路？

晶片內部就像一座極其複雜的「立體微縮城市」。在這座城市裡，有數十億個微小的開關（電晶體）以及連接這些開關的極細導線。

這些電晶體的作用非常簡單，它們就像你家裡的電燈開關，透過「開（1）」與「關（0）」來處理所有的電腦訊號。

當數百億個開關以每秒幾十億次的速度切換時，你的手機就能流暢地播影片、玩遊戲。

問題來了：我們要怎麼在一塊「指甲蓋大小」的沙片上，雕刻出擁有數百億個零件的城市？

世界上沒有任何一種鋼刀或鑽頭可以做得比原子還要細，更不用說要在上面雕刻出奈米級別的線條了。

既然沒有實體的刀，科學家便找到了一種無形、不佔空間、又絕對不會磨損的雕刻刀：「光線」。

不過，光線本身是沒辦法直接在堅硬的矽晶圓上「燒出」痕跡的。要讓光線發揮雕刻刀的作用，我們需要一種神奇的化學藥水：感光膠（Photoresist）。

這整個過程，其實非常像「在暗房裡沖洗照片」。

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1.2 光刻到底怎麼「畫」？三個關鍵步驟

我們會用三個步驟來「畫出設計圖」：

第一步，鋪上畫布

工程師會在平整的矽晶圓表面，均勻地塗上一層薄薄的「感光膠」。這層膠對光線極其敏感，就像是老相機底片上的感光塗層。

第二步，光影投射

這時候「光刻機」登場了。

它就像一台超級投影機，讓強光穿過一張畫有電路圖的「掩膜版」（就像一張畫有圖案的黑白投影片），然後透過鏡頭，把這個圖案精準地投射到塗了感光膠的晶圓上。

被光線照到的感光膠，結構會變軟、變容易溶解；沒被照到的地方，則依然保持堅硬。

第三步，顯影與雕刻

工程師用特殊的化學藥水清洗這塊晶圓。

這個步驟就像「洗照片」：被光照到變軟的感光膠會被藥水洗掉，露出底下的矽表面；沒被照到的感光膠則留下來形成保護層。

最後用酸性氣體或液體去「咬」這塊晶圓（蝕刻），沒有保護層的地方會被挖出深溝，有保護層的地方則完好無損。

當我們把剩下的保護膠洗掉後，一條完美的微小電路通道就出現在晶圓上了。

光刻機在這裡扮演的角色，是利用光線的物理特性，在感光膠上精準地定義出「哪裡該被挖掉、哪裡該被保留」。

因為光沒有實體，只要鏡頭足夠完美，光線就可以被縮得極小，讓我們能在微觀世界裡隨心所欲地作畫。

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1.3 為什麼「畫畫」是整個流程中最困難的一步？

製造晶片有許多步驟，比如鋪材料的「薄膜沉積」、挖深溝的「蝕刻」。這些步驟雖然重要，但它們都有一個共同的特點：它們都是「盲目」的。

這就像是：

• 鋪材料的機器只負責把整張桌子鋪滿水泥。

• 洗材料的化學藥水只負責把沒蓋蓋子的地方通通融化。

這些機器本身並沒有「導航系統」，它們不知道哪裡該留、哪裡該挖。唯一能幫它們「畫出施工邊界」的，就只有光刻。

光刻就像是整條生產線上的「總設計師兼測量員」。

如果光刻把施工線畫歪了，或者畫得太粗，後面所有的鋪材料、挖深溝步驟都會在錯誤的地方進行，整顆晶片直接報廢。

這正是為什麼光刻是所有步驟中最困難的，它面臨兩大極限挑戰：

1. 「細度」的挑戰：

現代晶片的線條寬度只有幾奈米，相當於把一根頭髮絲縱向切成幾萬份。

在這種尺度下，工廠地板有一點點微小的震動、溫度變高 0.1 度，甚至空氣中有一顆灰塵，畫出來的線條就會直接歪掉。

2. 「對準」的挑戰（蓋樓房）：

晶片不是平面的，它是由幾十層電路像蓋大樓一樣，一層一層疊上去的。每一層的圖案，都必須與前一層完美對齊。

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1.4 為什麼它是決定晶片性能的關鍵？

半導體界有一個著名的摩爾定律：晶片上的電晶體數量，每隔一段時間就要翻倍。電晶體越小，電流跑的距離就越短，晶片運算就越快、越省電。

而要讓電晶體變小，唯一的辦法就是「把電路圖畫得更細」。

限制整個半導體產業前進的最大瓶頸，是「我們手上的那支筆（光刻機），筆尖到底能做多細」。

如果光刻技術無法突破，畫筆的筆觸無法變細，那麼無論晶片設計師的藍圖畫得再精妙，晶片的性能也無法再往前推進一步。

這就是為什麼在晶片製造的眾多環節中，光刻被公認為最核心的靈魂。

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第二章｜從普通照相機到深紫外線（DUV）

今天，當我們談論先進晶片製造時，ASML 這個名字幾乎等同於光刻技術的代名詞。然而，在光刻技術發展的前期，這家荷蘭公司甚至連參賽的門票都拿得十分勉強。

這是一段關於技術選擇、產業同盟與物理極限的歷史。

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2.1 早期光刻機：從「普通照相機」到「精密工業母機」

在半導體產業的萌芽期，也就是二十世紀六十至七十年代，光刻機其實並沒有想像中那麼神祕與複雜。

當時的晶片線寬大約在幾微米到十幾微米之間，這個尺寸在今天看來非常巨大，大約是人類頭髮絲直徑的十分之一。

因為尺寸要求不高，早期的光刻機在結構上非常簡單，本質上就像是一台被固定在架子上的高級照相機。

那時候，光刻機的製造門檻並不高，許多美國本土的精密儀器公司都能生產。

當時的晶片製造商甚至會自己動手改裝設備：他們把設計好的電路圖畫在一張巨大的透明塑料板上，用普通的強光燈泡照射這張塑料板，透過一組簡單的放大鏡，將光線投射到塗有感光膠的矽晶圓上。

在整個階段，光刻機更像是一種工業消耗品，只要能把圖案投射出來、對準位置，就能生產出合格的晶片。

然而，隨著個人電腦的興起，人類對晶片運算速度的要求開始呈指數級增長。原本像照相機一樣簡單的光刻機，開始面臨一場前所未有的光學革命。

這場革命直接將光刻機從普通的工業設備，推向了人類精密製造技術的巔峰。

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2.2 鏡像的藝術：為什麼相機巨頭能跨界稱霸？

要理解光刻機，最簡單的方法是把它的運作想像成「倒過來的相機」。

平時我們用手機或相機拍照，是把高大的俊男美女、一整座大山，透過鏡頭「縮小」並記錄在小小的感光元件或底片上。

而光刻機做的事情剛好相反：工程師先畫出一張像客廳地板一樣大、密密麻麻的晶片電路設計圖，然後利用一組極其精密的鏡頭，把這張大圖等比例縮小百萬倍，精準地「照」在只有指甲蓋大小的矽晶圓上。

既然都是「玩弄光線與鏡頭」的藝術，二十世紀八十年代，全球光刻機市場成了相機巨頭：日本尼康（Nikon）與佳能（Canon）的天下。

對相機來說，鏡頭如果有一點點瑕疵，拍出來的照片頂多是邊緣有點模糊。但在光刻機的世界裡，光線需要穿過數十片像卡車輪胎一樣大、卻比嬰兒皮膚還要光滑的鏡片。

如果鏡片上有哪怕一奈米（百萬分之一毫米）的凹凸不平，光線就會走偏，導致縮小後的電路產生變形、斷裂，整顆晶片直接報廢。

尼康和佳能憑藉著數十年製造頂級相機鏡頭的「神級磨鏡技術」，超越了當時的美國對手。

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2.3 畫筆的極限：從普通光到深紫外線（DUV）的跨越

隨著晶片上的電晶體越擠越多，工程師遇到了一個極其頭痛的問題：畫筆太粗了。

這就像是要你在一個米粒上寫完一整部《心經》。如果你拿的是粗粗的彩色筆，筆尖一落下去，墨水就會糊成一團，什麼字都看不清。

在光刻機裡，這支「畫筆」就是光線，而筆尖的粗細，取決於光的波長。

光是一種波。當我們想用光線畫出一條比光波波長還要細的線條時，光就會調皮地「繞射」。

這就像海浪穿過狹窄的防波堤缺口後，會向兩側散開一樣。如果光線散開，畫出來的電路就會模糊、黏在一起，導致晶片短路。

要解決這個問題，唯一的辦法就是換一支更細的筆，也就是找波長更短的光：

• 早期： 工程師用的是看得見的藍光或綠光（波長約 400 到 500 奈米）。

• 中期： 當晶片線寬要縮小到 1 微米以下時，可見光不夠細了。工程師決定跨越肉眼極限，改用能量更強、波長更短的「深紫外線（DUV）」（波長一路縮短到 248 奈米，甚至 193 奈米）。

但換筆並不容易。深紫外線的能量極高，普通相機用的玻璃鏡片只要被它照上幾天，就會像被烈日暴曬一樣變黃、變濁，甚至導致損傷。

為了承受這支「超強畫筆」，科學家不得不放棄普通玻璃，改用極其昂貴、純度高達 99.9999% 的人工石英或氟化鈣晶體來重新打造鏡頭。

每一次換筆，都是一場材料科學的極限挑戰。

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2.4 157 奈米的物理高牆與浸潤式的豪賭

到了二十世紀末，193 奈米的畫筆已經發揮到了極限。業界巨頭們一致認為，下一步必須研發波長更短的 157 奈米光刻機。

然而，157 奈米的光線實在是太「霸道」了，它幾乎會被世間萬物吸收，甚至連空氣中的氧氣都會把這種光擋住。

這意味著整台光刻機內部必須抽成絕對真空，而且當時根本找不到任何鏡片材料能承受這種光的照射。

研發進度因而陷入停滯。

就在全球半導體巨頭一籌莫展時，2002 年，台積電的研發經理林本堅提出了一個顛覆性的想法：

「我們為什麼不試試在鏡頭和矽晶圓之間，倒一點水？」

你可以想像一下，當你把筷子插進水杯裡，筷子看起來會折斷，這是因為光線在水中的折射率比在空氣中高。

林本堅指出，如果繼續使用現成、技術成熟的 193 奈米光源，只要在鏡頭下方注入一層薄薄的清水，光線穿過水之後，波長就會被「等效縮短」成 134 奈米，這比大家辛辛苦苦研發卻做不出來的 157 奈米還要細。

這個方案在當時聽起來非常不可思議。在高度精密、通電運作的光刻機內部注入水，這在許多工程師眼裡是極具風險的舉動。

水滴的抖動、水中產生的微小氣泡，或者水對鏡頭的污染，都可能讓整台機器報廢。

當時的市場霸主尼康評估後，認為這個方案風險過高，決定繼續專注於原本的 157 奈米技術。

然而，當時還只是個「小弟」的荷蘭公司 ASML 敏銳地察覺到，如果跟著日本巨頭的腳步走，自己永遠只能當配角。

於是，ASML 決定賭上公司的命運，與台積電聯手，全力研發林本堅的「浸潤式方案」。

僅僅一年後的 2003 年，ASML 就成功推出了全球第一台浸潤式光刻機樣機。這台機器的出現，證實了水折射方案的可行性，並以極高的性價比直接宣告了尼康 157 奈米研發路線的失敗。

這一步棋，讓 ASML 第一次在技術上超越了日本巨頭，並奪走了大量的市場份額。

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第三章｜物理極限的終局之戰：極紫外光（EUV）與 ASML 的獨霸之路

在浸潤式光刻技術取得巨大成功後，ASML 成功逆襲日本巨頭，躍升為全球光刻機市場的新霸主。

不過，這場關於「把筆尖削細」的物理競賽並沒有因此結束。

隨著晶片製程向個位數奈米逼近，ASML 很快就發現，即便是浸在水裡的 193 奈米深紫外線（DUV），也已經被壓榨到了物理極限。

為了繼續推動摩爾定律，半導體產業必須做出下一個嘗試：放棄已經無路可走的深紫外線，跨越到一種全新的光源：極紫外光（EUV）。

這是一場長達二十年、耗資數百億美元、幾乎挑戰人類工程極限的科技豪賭。

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3.1 為什麼 DUV 不夠用了？「多重曝光」的痛苦與代價

當晶片的線寬縮小到 10 奈米甚至 7 奈米以下時，等效波長為 134 奈米的浸潤式光刻機，其筆尖就顯得太粗了。這就像是要用粗馬克筆在一張小小的郵票上畫出精細的清明上河圖，線條會全部糊在一起。

為了克服這個限制，工程師們想出了一個非常繁瑣的妥協方案：「多重曝光（Multiple Patterning）」。

既然筆尖太粗無法一次畫出密集的線條，工程師就把設計圖拆成好幾張：

1. 第一步： 用光刻機畫出第一批線條，中間留出較寬的空白。

2. 第二步： 將晶圓稍微移動幾奈米，再畫出第二批線條，填補剛才的空白。

3. 第三步： 透過連續三次甚至四次重複曝光與化學蝕刻，最終在晶圓上拼湊出極其細密的電路。

這種方法雖然延長了 DUV 光刻機的壽命，但代價極其高昂。

每一次曝光都需要極其繁複的清洗、塗膠、對準與蝕刻。

這不僅讓晶片的生產週期成倍增加，更致命的是，只要其中任何一次繪畫產生了幾奈米的對準偏差，整片晶圓就會直接報廢。

隨著製程越來越先進，多重曝光的良率開始大幅下滑，生產成本呈指數級上升。半導體產業意識到，多重曝光已經走進了死胡同。

要讓晶片繼續變小、變便宜，唯一的出路就是尋找波長只有 13.5 奈米的全新光源：極紫外光（EUV）。

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3.2 捕捉「不存在於地球」的光：EUV 的三大物理難題

從 DUV 的 193 奈米直接跳躍到 EUV 的 13.5 奈米，在物理上是一個巨大的跨越。

然而，要將這個光源應用在實際生產中，科學家遇到了三個物理障礙：

難題一：製造光源（狂風中射飛蚊）

極紫外光在地球上無法自然存在，這種高能量的光線極度接近 X 光，通常只存在於恆星內部。

為了解決這個問題，ASML 開發了一套極其複雜的系統：他們將液態錫加熱熔化，讓直徑只有頭髮絲三分之一的錫滴以每秒五萬滴的速度高速落下。

當錫滴落下的瞬間，高功率雷射器會連續發射兩槍雷射：第一槍先將圓形錫滴打扁，第二槍在百萬分之一秒內再次擊中變形的錫滴，將其瞬間加熱到數十萬度，轉化為高溫等離子體並釋放 13.5 奈米的 EUV。

這個過程每秒要重複五萬次，就像是在狂風中用弓箭連續射中幾公里外高速飛行的蚊子，而且必須百發百中。

難題二：萬物皆是阻礙（真空環境）

極紫外光會被幾乎所有的物質吸收，只要碰到任何東西就會立刻消失。

在過去，光線可以穿過空氣與玻璃鏡片。但因為空氣會吸收 EUV，整台重達 180 噸的光刻機內部，必須被抽成比太空還要乾淨的極致真空環境。

更麻煩的是，世界上沒有任何一種玻璃鏡片能讓 EUV 穿過，只要一碰到玻璃，光線就會被完全吸收。

難題三：鏡子的極限（平整度極致）

既然無法使用透鏡折射，科學家只能改用鏡子來反射光線。德國光學巨頭蔡司研發了一種超薄奈米反射鏡，利用光學干涉原理，勉強將 EUV 的反射率提升到 70%。

這意味著光線每經過一面鏡子反射，就會損失大約 30% 的能量。在光刻機內部經過十幾面鏡子反射後，照射到晶圓上的能量只剩下不到 2%。

此外，這些反射鏡的平整度要求達到了人類製造史上的極限：如果把鏡子放大到整個德國的大小，鏡子表面的最大起伏不能超過一枚硬幣的厚度。

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3.3 為什麼這個戰場只剩下三家巨頭？

光刻機擁有如此高昂的售價與戰略價值，為什麼其他科技巨頭或實力雄厚的大國，無法憑空研發出自己的設備來加入競爭？答案在於兩道無法逾越的超級護城河：

• 全球頂尖供應鏈的壟斷：

一台先進的光刻機擁有超過十萬個零件，來自全球數千家最頂尖的供應商（德國蔡司的鏡頭、美國 Cymer 的雷射光源、瑞典的精密軸承、日本的特殊材料）。

這種合作關係是排他的，新玩家必須在數十個基礎科學領域同時超越這些百年老店。

• 極度畸形的市場回報比：

全球有能力購買最先進光刻機的客戶，以往只有台積電、三星與 Intel 這三家巨頭。

研發一代全新光刻機需要投入數百億美元，如果無法獲得這三家巨頭的訂單，龐大的投資將直接打水漂。

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3.4 為什麼只有 ASML 贏得了 EUV 的終局之戰？

在面對 EUV 這個終極難題時，日本企業選擇了相對保守的路線：尼康認為技術風險過高決定繼續優化 DUV；佳能則轉向研發奈米壓印等替代技術。

與日本對手的謹慎不同，ASML 選擇了全力孤注一擲，並採取了獨特的「利益綑綁」戰略：

1. 綑綁頂尖供應商： 入股德國蔡司確保頂尖鏡片的獨家供應；2013 年收購美國光源製造商 Cymer，將核心雷射產生技術納入麾下。

2. 綑綁核心客戶： 2012 年在 EUV 研發最艱難、資金幾乎耗盡的時刻，ASML 啟動了共同投資計劃，邀請 Intel、台積電與三星共同出資入股。三家競爭對手為了獲得未來先進設備的優先購買權，破天荒地向 ASML 注入了數十億美元的研發資金。

這種獨特的產業生態圈，讓 ASML 獲得了源源不斷的資金與全球最頂尖的工程智慧。

當 DUV 的物理潛力終於被壓榨殆盡，半導體產業無可避免地走向 EUV 時代時，人們驚訝地發現，市場上只有 ASML 做好了準備。

尼康與佳能因為早期的戰略放棄，在 EUV 領域出現了無法逾越的技術斷代。

這台重達百噸、由十萬多個零件組成的巨型機器，最終將 ASML 推上了全球科技版圖的權力巔峰。

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第四章｜中國在光刻機戰場的困境與抉擇

當 ASML 站在全球科技權力的巔峰，獨佔了極紫外光（EUV）的至高王座時，全球半導體產業的版圖正經歷著一場劇烈的動盪。

在這個高度依賴全球合作的精密行業中，一個擁有龐大市場與雄心壯志的玩家，正經歷著從「瘋狂買家」到「被迫自立」的劇烈轉變。

這個玩家，就是中國。

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4.1 中國曾經的「掃貨」狂潮

在科技鐵幕完全落下之前，中國是全球半導體設備市場上最引人注目的超級買家。隨著中國大力發展本土晶片製造業，國內的晶圓廠對光刻機產生了近乎飢渴的需求。

由於當時尚未受到全面封鎖，中國企業手握巨額資金在全球市場上大舉採購，中國甚至一度成為 ASML 最重要的營收支柱之一。

除了最先進的設備，中國企業幾乎買下了 ASML 所能提供的各類深紫外光（DUV）光刻機：

• 設備總數： 根據統計，截至 2023 年底，ASML 在中國裝配的 DUV 及計量設備總數已高達 1,400 台左右。

• 採購比例： 在高峰時期，中國買家甚至吞下了 ASML 全球高達七成以上的浸潤式 DUV 光刻機出貨量。

這種全力買進的策略，幫助中國在極短時間內建立起了龐大的晶片產能，也為後來的技術過渡奠定了厚實的硬體基礎。

然而，這種極度依賴外部供應的繁榮，背後隱藏著巨大的安全隱憂。當地緣政治的風向轉變，這條看似暢通的買辦之路，在轉瞬間被切斷。

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4.2 EUV 的終極封鎖與 DUV 禁令的邊界

這場買家狂歡的終結，源於一系列的出口管制政策。許多人常聽說中國被禁售光刻機，但這項禁令的具體邊界究竟在哪裡？

1. 鐵幕背後的真相：中國真的從未擁有過 EUV 嗎？