近期，ASML在季度電話會議上表示，2022年，ASML預計能夠生產和交付EUV光刻機55臺、DUV光刻機240臺，而客戶DUV的訂單已經積壓了500多臺，ASML預計今年能夠供應訂單的60%。這意味著，如今訂購一臺新型DUV光刻機（同時可用于成熟和先進制程），交付時間至少需要等待兩年以上。

　　在這其中，最關鍵的零部件正是有著“光刻機之眼”之稱的光學鏡頭，其主要生產商是德國蔡司。然而，5月6日，有消息稱德國工會與蔡司集團達成一致，蔡司的2400多名員工每周工作時間將從目前的38小時逐漸減少到35小時。光刻機市場“一機難求”，德國蔡司的工人們卻依然不緊不慢地磨著玻璃。

　　作為一家“玻璃制造廠”，蔡司為什么能如此任性？為什么能輕易握住光刻機領域絕對王者ASML的命脈？

　　把小塊玻璃“磨”成光學鏡頭

　　作為擁有175年歷史的光學器材制造商，蔡司研究光刻鏡頭已經長達50年之久，其光學技術直接推動了半導體制程的發展，如今全球80%的芯片使用蔡司的光學元件制造。

　　光學鏡頭實際上就是一塊小小的玻璃，但若想把這塊玻璃做成先進的光刻機光學鏡頭卻可謂是“難于上青天”。

　　事實上，光刻機光學鏡頭的制造原理并不復雜，但要做出超高精密度的光刻鏡頭，在技術和工藝兩方面均有非常大的難度。在技術方面，大數值孔徑（NA）的技術難度非常高，需要基于雙高斯結構設計組合出20枚左右的鏡片，還要做到分攤球差、平衡場曲、抵消畸變。此外，為保障晶圓圖案的質量，光刻機中每一塊透鏡的位置誤差都必須小于1nm，同時還要盡量消除光損失產生的熱量。

　　在工藝方面，光刻機所要求的鏡面光潔度非常高，需要采用精度最高的打磨機和最細的鏡頭磨料。此外，還需要頂級的與計算機數控光學表面成形技術（CCOS）相關的技術工人。在光學鏡頭的生產工序中，僅CCOS的拋光一項，就有小磨頭拋光、應力盤拋光、磁流變拋光、離子束拋光等超精密拋光高難度工序，若想實現實屬不易。

　　可見，光刻機鏡頭制造是一個復雜的系統工程，涵蓋了光學、機械、材料、測控、熱仿真等多個學科，精密加工技術是最主要的卡點，能達到要求的技師少之又少，連擁有175年歷史的蔡司，達到光刻機鏡頭生產標準的技師也僅有20人。

　　蔡司占據光刻鏡頭80%市場份額

　　曾經，在光學鏡頭領域，并非蔡司一家獨大，在100多年間，蔡司也是經歷了各種“血雨腥風”的競爭，最終脫穎而出，成為了難以替代的“王者”。

　　蔡司并非靠光刻機光學鏡頭發家，而是專注于做攝影攝像鏡頭。從20世紀90年代起，芯片市場不斷擴大，市場對于光刻機鏡頭的需求猛增。而彼時，在蔡司的產品規劃里，半導體光學元件依然是邊緣業務，攝影業務仍是主流。然而，攝影鏡頭多為小眾的手動對焦鏡頭，這意味著僅通過堆料和砸錢的方式，都可以將其做好。隨著競爭對手的不斷增多并且不斷強大，蔡司很快在攝影鏡頭領域失去了優勢。

　　由于沒有跟上市場潮流和趨勢的變化，蔡司輸在了光刻鏡頭的起跑線上，這直接造成了蔡司一度生存困難。與此同時，蔡司在光學鏡頭領域最大的兩個競爭對手尼康和佳能，在光刻機鏡頭領域風生水起。

　　佳能在1994 年發布了第一款 FPA-3000 系列光刻機，配備了分辨率為0.35μm的i-line鏡頭，是當時世界上分辨率最高的鏡頭之一。而尼康從上世紀80年代后期至本世紀初，在光刻機市場的占有率超過50%，搭載尼康光學鏡頭的光刻機幾乎代表著當時的最高水平。而彼時的蔡司依舊在攝影業務中掙扎。

　　然而，蔡司并沒有坐以待斃。盡管起步較慢，蔡司此后的發展速度可謂“前無古人”，不到十年就成為了光刻鏡頭領域的絕對霸主。

　　蔡司的蛻變，不得不提到其所在地——德國。據了解，德國擁有全歐洲最大的光學產業，曾占歐洲大陸產值的41%以上。在許多光學應用領域，德國是公認的全球第一。德國的光學已經發展成為德國最重要的未來產業之一，并成為創新和增長的發動機。自2005年以來，德國光電子產業的增長速度是其國內和全球GDP的兩倍（每年6%到7%）。

　　擁有如此強大的“靠山”，蔡司在光學鏡頭領域的發展也就更加自如。再加上蔡司本身專注于光學鏡頭生產已有將近兩百年的歷史，在光學設計、加工和檢測技術上都有豐厚的技術積累，蔡司在短時間內成為EUV極紫外光刻機的唯一鏡頭搭載廠商。目前，由蔡司生產的最新一代EUV光刻機反射鏡最大直徑1.2米，面形精度峰谷值0.12納米，表面粗糙度20皮米（=0.02納米=0.2埃），比很多原子的直徑都要小，也就是說達到了原子級別的平坦。上海市多媒體行業協會副秘書長端木海嬰向《中國電子報》記者解釋這一平坦度：“如果把鏡頭放大到一個地球那么大，它上面只允許有一根頭發絲那樣的凸起。”對此，甚至有業內專家將其視為“宇宙中最光滑的人造物體”。

　　正是這些技術，使蔡司占據了全球80%的光刻機鏡頭營收份額，而曾經的佳能、尼康等巨頭企業，在光刻鏡頭領域早已無法跟蔡司相媲美。

　　ASML與蔡司珠聯璧合

　　蔡司在光刻鏡頭領域脫穎而出之時，遇到了最重要的盟軍——ASML。二者珠聯璧合，將EUV極紫外光刻機技術牢牢掌握在手中，ASML也成為世界上唯一能制造出最先進EUV極紫外光刻機的企業。

　　蔡司和ASML的緣分從何而起？據了解，ASML在選擇與蔡司緊密合作之時，正是其發展的關鍵節點——從飛利浦剝離“單飛”之際。與ASML的結合，是蔡司反超日本佳能和尼康光刻機，在DUV（深紫外線）光刻時代成功“翻身”的關鍵。

　　在線寬進入7nm時代以后，蔡司成為了當代尖端微影制程唯一的光學鏡組供應商，ASML在這個部分全部依賴蔡司，別無二選。某種程度上，ASML更像是一家“系統集成商”，85%以上的光刻機零部件需要其他公司制造研發，而ASML負責將這些零件組裝在一起。

　　但是，若想集成一臺光刻機，不是隨便一個廠商都能做到的。

　　據了解，一臺光刻機至少含有8萬多個零件，其中最先進的極紫外光EUV光刻機所需的零件更是超過10萬個。光刻機鏡頭的組裝更是異常困難。四川大學電子信息學院教授張蓉竹向《中國電子報》記者介紹，在鏡頭組裝的過程中，為了達到分辨率的要求，需要將多達數十個光學鏡面按照設計要求嚴格排列。每一個透鏡的位置、姿態、間距都有嚴格的要求。此外，光刻機對成像的質量要求極高，幾乎沒有給裝配過程留有公差，因此整個鏡頭的機械組裝過程難度極大。

　　通俗地說，哪怕某家企業擁有了蔡司的光學鏡頭，也很難將其順利組裝到光刻機中。因此，蔡司與ASML之間，形成了“你依賴我，我仰仗你”的關系。

　　打破壟斷是否還有機會？

　　ASML、蔡司二者的結合，牢牢地鎖住了先進光刻鏡頭的市場，并擁有了絕對的話語權和議價權。眾所周知，壟斷意味著市場或將變成“一潭死水”，也意味著將繼續助長蔡司“不緊不慢磨玻璃”的任性之風。那么對于其他企業而言，有可能打破蔡司在光刻鏡頭領域的壟斷嗎？

　　張蓉竹表示，若能有企業打破蔡司的壟斷，對于產業生態與技術而言都有好處。在產業生態方面，對于用戶而言，意味著能有更多選擇的余地，且成本也不會有很大的提升，這是由于光刻機鏡頭屬于高端定制產品，哪怕蔡司以外的公司能夠提供光刻機鏡頭，其價格空間也不會有太大的變化。在技術方面，打破壟斷也有利于相關領域的技術發展，不同的公司在設備性能提升上會采用不同的思路，從不同維度去推動光學制造前沿技術的革新。

　　然而，其他企業，貿然躋身光學鏡頭領域，對于企業本身的發展而言不一定是好事。

　　據了解，目前商用光刻機主要采用的是基于傳統光譜學制成的光學鏡頭，而世界前幾大光刻機鏡頭的生產廠商無一不是積累百年以上經驗的企業。要想在傳統光譜學方面超過他們百年以上的積累，短期內難以實現。

　　“其他企業若想打破蔡司的壟斷，意味著更多的資源和資金將集中在光刻機鏡頭的研發生產中。由于該領域研發周期長、資金占用量大，企業在入局該領域之前，需要綜合評價相關技術發展的空間、產品的發展潛力及實際需求量，才能夠協調整個產業的健康發展。”張蓉竹向《中國電子報》記者說。

　　但這也并不意味著其他企業沒有機會打破壟斷。雖然基于傳統光譜學的光學鏡頭很難滿足硅基半導體未來發展的需求，相比光學鏡頭，電子鏡頭具備更高的準確性和靈活性。光學鏡頭做不到的地方，往往電子鏡頭能做到。而光學鏡頭能做到的，電子鏡頭也能做到，而且精確性更高。對于其他企業而言，這不失為一條突破之路。

　　或許，在未來很長一段時間里，蔡司仍將保持其一貫“任性”的作風，繼續“不緊不慢地磨玻璃”。然而，在電子鏡頭領域中，未來或許能再次“殺”出一個“毛頭小子”，讓蔡司的工人們把玻璃磨得快一些。