10月28日，美國有家叫Substrate的初創(chuàng)公司扔出個大消息，他們搞出了X射線光刻機，還說能把芯片制造成本砍去九成。

這家估值超70億人民幣的獨角獸，野心不小，不僅要挑戰(zhàn)荷蘭ASML的光刻機霸主地位，甚至計劃自己建晶圓廠，直接跟臺積電掰手腕。

要知道，ASML一臺設備能賣4億美元，而Substrate團隊才50人，這么個小團隊，真能把行業(yè)巨頭拉下馬嗎？

粒子加速器造芯片

Substrate選的X射線光刻技術，而ASML的EUV光刻機，用的是13.5納米波長的極紫外光。

Substrate想：既然波長越短分辨率可能越高，那干脆用波長更短的X射線。這家公司靠粒子加速器產(chǎn)生X射線光源，波長在0.01到10納米之間，確實比EUV短了不少，理論上優(yōu)勢很明顯。

從他們公布的實驗數(shù)據(jù)看，確實有讓人眼前一亮的地方。12納米的臨界尺寸、13納米的尖端間距，套刻精度還做到了1.6納米。這些指標要是能在量產(chǎn)中落地，意味著現(xiàn)在先進制程必須做的多重曝光步驟，可能就不用那么麻煩了。

舉個實際例子，臺積電生產(chǎn)3納米芯片得做14次EUV曝光，多一次曝光，就多一分成本，也多一分良率風險。Substrate說他們的技術能一次搞定，這才是真正能降成本的關鍵。

但麻煩也跟著來。X射線能量高、穿透性還強，在絕大多數(shù)材料表面幾乎不反射。這個物理特性擺在這，要么用直寫方式刻蝕晶圓，要么就得開發(fā)全新的反射鏡系統(tǒng)。直寫方式精度是高，可速度慢得讓人著急。

ASML的EUV光刻機每小時能處理150片晶圓，可Substrate到現(xiàn)在都沒公布自家設備的生產(chǎn)效率數(shù)據(jù)。并且，2024年初測試時，連空調(diào)系統(tǒng)的振動都能讓設備出問題，這種穩(wěn)定性，離量產(chǎn)還差得遠呢。

另外，配套材料幾乎都得從零開發(fā)?，F(xiàn)在用的光刻膠是為EUV優(yōu)化的，根本扛不住X射線的高能量轟擊。像光罩、保護膜這些東西，目前行業(yè)里還是空白，得重新建供應鏈。ASML的EUV光刻機有10萬多個零件，研發(fā)花了20年，投入超100億美元。Substrate想在幾年內(nèi)走完人家?guī)资甑穆罚y度可想而知。

垂直整合戰(zhàn)略

Substrate的商業(yè)模式在半導體行業(yè)里，算是個“異類”?，F(xiàn)在行業(yè)分工特別清晰：ASML做設備、臺積電做代工、英偉達做設計，大家各管一攤，配合得挺默契。

但Substrate偏要打破這種分工，打算同時扮演ASML和臺積電的角色，既造光刻機，又建晶圓廠，還想提供代工服務。

創(chuàng)始人Proud給出的理由是成本優(yōu)勢，說大部分工具都在內(nèi)部生產(chǎn)，能通過降低工藝成本來壓低芯片價格。按他的計劃，先進晶圓廠的建設成本能從150億美元降到“數(shù)十億美元”，每片先進制程晶圓的成本從10萬美元降到1萬美元。

話說回來，建一座先進晶圓廠可不止買臺設備那么簡單。光刻只是幾百道工藝里的一環(huán)，還需要刻蝕機、薄膜沉積設備、檢測設備等等。Substrate要么自己把這些設備全做出來，要么就得說服應用材料、科磊這些供應商，配合他們的X射線光刻工藝做適配。

還有個更現(xiàn)實的問題，客戶在哪？臺積電、三星這些代工廠跟ASML合作了幾十年，整套工藝流程、設計規(guī)則都是圍繞EUV光刻機優(yōu)化的。就算Substrate真能把晶圓成本降下來，芯片設計公司也得調(diào)整設計流程才能用，這筆轉換成本誰愿意掏？

ASML的護城河

我們接著看技術層面，ASML這些年積累的壁壘，不是短時間內(nèi)能突破的。他們在EUV領域握有超過1.1萬項專利，從光源、光學系統(tǒng)到檢測，全鏈條都覆蓋了。Substrate的X射線技術就算真能做出來，也得小心翼翼繞開這些專利。

更重要的是，ASML的新一代High-NAEUV光刻機已經(jīng)在路上了。這種設備的數(shù)值孔徑達到0.55，套刻精度能做到0.9納米，量產(chǎn)良率超過90%。臺積電和三星都已經(jīng)下了訂單，預計2025年就能量產(chǎn)。

Substrate的實驗室數(shù)據(jù)確實不錯，但幾張漂亮的測試圖片是一回事，在300毫米晶圓上以每小時幾十片的速度穩(wěn)定重復生產(chǎn)，又是另一回事。像熱管理、振動控制、光學系統(tǒng)穩(wěn)定性這些問題，到了量產(chǎn)階段會層出不窮，哪一個沒解決好都不行。

產(chǎn)業(yè)生態(tài)也是個大問題。伯恩斯坦分析師David Dai指出，Substrate最大的劣勢就是缺乏行業(yè)支持。ASML跟臺積電、三星、英特爾這些客戶，在EDA工具、工藝節(jié)點定義上深度綁定，形成了完整的生態(tài)系統(tǒng)。

現(xiàn)在新技術要想擠進來，需要整個產(chǎn)業(yè)鏈配合調(diào)整。但Substrate選擇的垂直整合模式，恰恰斷絕了這種合作的可能性，想單打獨斗闖出來，太難了。

美國的芯片自主夢能實現(xiàn)嗎

Substrate能冒出來，背后其實是美國想重塑芯片供應鏈的國家戰(zhàn)略。創(chuàng)始人Proud原本是英國人，2019年專門放棄英國國籍加入美國，還給特朗普政府寫過政策文件，呼吁啟動芯片制造的“曼哈頓計劃”。

從美國政府的角度看，這個項目確實有吸引力。EUV技術最早是美國國家實驗室在上世紀90年代研發(fā)的，后來因為成本失控，才把技術轉讓給了ASML，導致現(xiàn)在先進光刻機完全依賴荷蘭。

美國一直想在本土重建完整的半導體制造能力，可光刻機這個“卡脖子”環(huán)節(jié)，始終沒找到解決方案。Substrate的X射線技術如果能成，正好能填補這個空白，圓了他們的自主夢。

但從產(chǎn)業(yè)實際來看，這個夢不好圓。半導體制造是高度國際化分工的產(chǎn)業(yè)，ASML的光刻機需要德國蔡司的光學系統(tǒng)、美國Cymer的光源、日本的光刻膠，少了哪個都不行。就算Substrate能做出設備，也離不開全球供應鏈的支持。

現(xiàn)在全球能造先進光刻機的就ASML一家，日本尼康和佳能主要做中低端市場，中國上海微電子在推進28納米光刻機。Substrate的加入，確實讓競爭格局從“一家壟斷”變成了“多條技術路線并存”，但短期內(nèi)想撼動ASML的地位，基本不可能。

從中國這邊看，Substrate的例子其實能給我們提個醒。光刻機技術并不是只有EUV這一條路，X射線、自由電子激光等技術路線都值得探索。關鍵不在于能不能搞出實驗室成果，而在于能不能解決從實驗室到量產(chǎn)的工程化難題，以及能不能建立起配套的產(chǎn)業(yè)生態(tài)。

現(xiàn)在說Substrate會取代ASML，還太早了點，但它證明了，光刻機技術的競賽，仍在如火如荼地進行著。