解析光刻技术竞争：佳能NIL和中国LDP角逐挑战ASML

本文围绕光刻技术展开，介绍了荷兰ASML在极紫外光（EUV）光刻技术的霸主地位，详细分析了佳能纳米压印光刻（NIL）技术和中国激光驱动等离子体（LDP）技术的优劣势，并对比二者谁更有可能成为ASML现实有力的挑战者，最后对它们的未来发展进行了展望。

光刻技术，作为现代半导体制造的核心所在，直接关系到芯片的性能、尺寸以及成本。在这场激烈的技术竞赛中，荷兰的ASML凭借其极紫外光（EUV）光刻技术，稳坐无可争议的霸主宝座。不过，近期国内外媒体及网络接连传出消息，佳能通过纳米压印光刻（NIL）以及中国通过激光驱动等离子体（LDP）技术向ASML发起挑战，这一消息再次在业内引发了关于光刻机的激烈争论。

那么，以佳能为代表的日本NIL和中国的LDP，究竟谁更有可能成为ASML最现实且有力的挑战者呢？

深积淀与高壁垒，ASML缘何在EUV一枝独秀？

当我们提及ASML的EUV光刻机时，从技术层面深入探究，其核心在于利用13.5纳米波长的极紫外光。这种极紫外光通过激光驱动等离子体（Laser – Produced Plasma, LPP）生成光源，进而将复杂的电路图案投影到硅晶圆上。这一过程极其复杂，需要每秒向真空室喷射5万滴熔融锡珠，并且要经历两次激光冲击。第一次是弱激光，将锡珠压扁为薄饼状；第二次是强激光，将其汽化为高温等离子体，温度高达22万摄氏度，约为太阳表面温度的40倍，从而发射出EUV光。随后，光线会通过超平滑的多层反射镜聚焦，照射载有芯片蓝图的掩膜版，最终将图案蚀刻到涂有光刻胶的晶圆上。

值得一提的是，纳米压印光刻（NIL）由于跳过了传统光刻的光源投影等步骤，其设备结构相对简单。这不仅减少了设备体积和技术门槛，而且理论上其制造成本和能耗远低于EUV。佳能宣称，NIL设备成本比EUV低40%，约为1500万美元，能耗仅为EUV的1/10。如果NIL能够成功实现大规模量产，有望显著降低芯片的制造成本和运营成本，为更广泛的应用领域提供经济可行的解决方案。

此外，NIL通过物理接触进行图案转移，其分辨率原则上只受限于模板的精度。随着纳米加工技术的不断进步，制造出更高分辨率的模板变得越来越可行，这也为NIL在未来实现超越EUV分辨率的可能性留下了巨大的想象空间。

然而，事物总有两面性，NIL也不例外。与上述优势相比，NIL的劣势相当明显，且彼此密切相关。

其中最致命的弱点在于，模板上的任何微小缺陷都会直接转移到晶圆上，导致整片晶圆报废。而制造出大面积、无缺陷的纳米级模板本身就是一个巨大的挑战，同时在压印过程中避免引入新的缺陷也至关重要，这些都大大增加了工艺的复杂性。此外，高精度模板的制造成本和使用寿命也是需要重点考虑的因素。

其次，现代逻辑芯片通常是多层结构，需要极高的纳米级层间对准精度。而在NIL工艺中，由于是物理接触，如何确保每一层都与前一层精确对齐是一个非常复杂的问题。尤其是在面对越来越复杂的3D芯片架构，例如在制造尖端CPU或GPU时，NIL的对准精度可能难以满足小于5纳米的层间要求，这在很大程度上限制了其在逻辑芯片领域的应用。

也许正是由于上述缺陷和制造工艺的复杂性，导致目前NIL的生产效率远低于EUV。据称NIL当前吞吐量仅为每小时110片晶圆，远低于EUV的170 – 220片，这严重限制了其在大规模芯片制造中的应用和竞争力。

与佳能NIL应用在光刻领域类似，中国的LDP在光刻方面同样具有不可回避的两面性。

具体来说，LDP（激光驱动等离子体）是通过激光诱导放电电离锡或其他材料，生成13.5纳米波长的EUV光。它与ASML的LPP技术同属光学光刻类别，这也是其与佳能NIL最本质的区别。

与ASML的EUV相比，LDP无需掩膜版，省去了昂贵的掩膜版设计和制造环节，从而可以显著降低芯片研发的成本和周期。同时，它为小批量、定制化的芯片生产以及快速原型设计提供了极大的便利。例如，LDP可能在物联网芯片或模拟芯片等小规模定制市场中找到立足之地，这些领域对生产效率要求较低，但对设计灵活性需求较高。

此外，由于LDP与ASML的LPP技术同属光学光刻类别，其理论上可利用现有EUV生态，如光刻胶、掩膜工艺等，减少产业切换成本。

但正所谓“祸兮福所倚，福兮祸所伏”。正是由于LDP与ASML的LPP技术同属光学光刻类别，走与ASML EUV直接竞争的路线，LDP的劣势也更为明显，甚至被放大了。

例如，受到激光波长衍射极限的限制，传统的LDP技术很难实现EUV级别的分辨率。虽然可以通过一些先进的激光技术，如双光子聚合等提高分辨率，但距离制造最先进的逻辑芯片所需的精度仍然有很大差距。据哈尔滨工业大学2024年发表的研究，其LDP光源功率仅达80W，远低于ASML的250W工业标准。

此外，激光逐点扫描的写入方式决定了LDP的生产效率非常低下，难以满足大规模集成电路制造的需求。即使采用多束激光同时写入，其效率也远不及基于掩膜版的光刻技术。

更为不确定的是，LDP需开发高精度光学系统，如亚纳米级镜面，以及控制软件等的无缝集成。而这些关键部件，如镜片、光源组件和控制软件现在还部分依赖进口。先不说相比于成熟的LPP技术，LDP在设备、材料、工艺流程等本身都缺乏完善的生态系统，需要大量的研发和投入才能建立。如果再加上上述依赖进口可能存在卡脖子的风险，基于LDP生态的建立可能会相当艰难、缓慢且耗时耗力。

积跬步以至千里，NIL与LDP谁更胜一筹？

通过上述分析，我们不难看出，无论是佳能的NIL，还是中国的LDP技术路线，与现有的ASML的EUV相比，都优劣分明。那么同样作为挑战者，谁的技术路线更有可能胜出呢？

首先，NIL的核心目标是实现高分辨率的图案转移，这与制造高性能、高集成度的先进芯片的需求直接相关。虽然NIL面临的挑战集中在缺陷、制造工艺和生产效率上，但其解决方案路径相对清晰。例如，优化模具耐用性和提升压印速度即可逐步接近EUV的吞吐量，而佳能可利用其光学和机械技术积累，逐步攻克这些挑战。

这里需要补充说明的是，佳能作为全球知名的光学设备制造商，拥有悠久的光学技术研发历史和强大的精密制造能力。这为其NIL技术的研发和产业化提供了坚实的基础。例如，佳能在光学领域积累的经验，比如在镜头设计、精密控制等方面，都可以借鉴到NIL设备的开发中。更重要的是，佳能曾经也是光刻机市场的参与者，在20世纪90年代曾是DUV光刻机的领先供应商之一，其技术底蕴不容小觑，这有助于其NIL技术更好地适应行业需求。

反观LDP，除了面临的挑战更为复杂，比如光源需达到工业级功率（188W以上）、光学系统需亚纳米级精度、控制软件需无缝集成等，而这涉及到多学科协同，技术门槛远高于NIL，且实现路径尚不明朗外，更关键的是缺乏像佳能那样的相关技术的深厚积淀。

其次，从市场商用的角度来看，佳能NIL已迈出实验室，进入商业化初期。根据《经济学人》的报道，2025年3月其设备已在存储芯片，如3D NAND和显示屏领域应用，而TSMC的测试进一步验证了其可行性。佳能宣称其NIL设备已实现每小时130片晶圆的吞吐量（2025年初数据），并计划2026年提升至180片，逐步逼近EUV水平。

相比之下，中国LDP技术仍处于研发阶段。虽然哈尔滨工业大学等机构在光源技术上取得了一定的突破，但距离展示完整的、可用于工业级量产的光刻系统，以及提供可靠的量产吞吐量和良率数据，还有相当长的路要走。关于2025年第三季度试产的目标，目前公开信息有限，其可行性和最终的工业应用能力仍有待观察。

第三，从生态系统方面来看，NIL本质上还是一种基于晶圆的制造工艺，其流程在某些方面与传统的光刻技术有相似之处，例如都需要涂胶、显影等步骤，更容易被现有的芯片制造生态系统所接受。这意味着，芯片制造商在导入NIL技术时，可能不需要对现有的生产线进行大规模的改造，从而降低了导入成本和风险。当然，这里我们还没有将佳能作为全球光学和成像技术的领导者，其自身就拥有强大的品牌影响力和技术基础，与TSMC等厂商的合作通畅，供应链整合能力强的因素计算在内。相比之下，中国LDP作为一种与现有EUV技术路线相似但又存在差异的新兴技术，其生态系统的建立需要从基础研究、材料、零部件、设备制造到工艺验证等多个环节的长期投入和协同发展，其难度和所需时间可能比我们文中的描述还要大。

最后，考虑非市场和技术因素（这点恐怕更为重要），佳能NIL面临的外部环境相对宽松，在技术交流和国际合作方面受到的限制较少，这有助于其在全球范围内整合资源，加速技术发展。此外，佳能将NIL定位为ASML EUV的补充，主要着眼于成本敏感型应用和特定工艺环节，而非直接取代EUV，这可能有助于降低市场阻力。而中国LDP技术则面临着更为复杂的外部环境，尤其是在关键技术和零部件方面可能受到出口限制，这无疑会增加其研发和产业化的难度。不过，中国政府的半导体自给政策，如“十四五”规划和百亿级资金投入，或将为LDP提供长期支持。

写在最后：

正所谓“积跬步以至千里”。ASML在EUV领域现今无可撼动的地位，正是来自于数十年如一日的技术积累和持续创新。而面对NIL和LDP的挑战，ASML并非毫无应对之策。其下一代高数值孔径（High – NA）EUV光刻机已开始交付，分辨率可达2纳米以下，这将进一步拉开与竞争者的差距。

由此来衡量佳能的NIL和中国的LDP技术，我们认为，佳能的NIL在现阶段和可预见的未来，更有可能在特定领域和特定应用场景下对ASML构成一定的挑战。相比之下，中国在LDP技术上的探索，更像是着眼于长远的战略布局，旨在突破技术封锁，实现自主可控。究竟谁能最终在未来的光刻技术竞赛中占据更有利的位置，时间和市场将会给出最终的答案。

本文详细分析了光刻技术领域的竞争态势，介绍了ASML的EUV光刻技术优势，对比了佳能NIL和中国LDP技术的优劣势。指出佳能NIL在现阶段和短期内更可能在特定场景挑战ASML，而中国LDP技术是着眼长远的战略布局，未来光刻技术竞赛结果有待时间和市场检验。