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，而來自客戶訂購的DUV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？為什么能輕易扼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，同時還要能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，還需要頂級的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等高難度工序，若想達成實屬不易。 

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。

光刻鏡頭領域絕對霸主

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”般的競爭，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變得不斷強大，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80年代后期至本世紀初，在光刻機市場的占有率超50%，搭載尼康光學鏡頭的光刻機幾乎代表著當時光刻機的最高水平。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卻可謂“前無古人后無來者”，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子學產業，曾占歐洲大陸產值的41%以上。在許多光子學應用領域中，德國是公認的全球第一。德國光子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。外加蔡司本身專注于光學鏡頭生產已有將近兩百年的歷史，其在光學設計、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”。

正是這一番技能，使當初的“毛頭小子”蔡司成為如今光刻鏡頭領域的絕對霸主，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。

數據來源：蔡司年度財務數據

ASML蔡司珠聯璧合

蔡司在光刻鏡頭領域脫穎而出之時，也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。某種程度來說，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則在最后負責將這些零件組裝在一起。

但是，若想集成一臺光刻機，也不是隨便一個廠商能夠做到的。

據了解，一臺光刻機至少含有80000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，為了達到分辨力的要求，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。

數據來源：前瞻產業研究院

打破壟斷有戲嗎？

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，對于其他企業而言，貿然躋身光學鏡頭領域，對于企業本身的發展而言并非易事，也不一定是好事。

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的企業。要想在傳統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，蔡司將繼續一貫“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。