掐住光刻機(jī)“命門”，全球80%芯片制造離不開(kāi)它，“恐怖”的蔡司

一個(gè)沉淀了近200年的老牌企業(yè)，究竟能散發(fā)出多大的能量？

10月17日，vivoX300在全平臺(tái)開(kāi)售，新機(jī)搭載的蔡司鏡頭成為了產(chǎn)品的一大亮點(diǎn)。

2億像素蔡司主攝、搭配蔡司祖?zhèn)鞯摹癟鍍膜”技術(shù)，拍出來(lái)的照片連頭發(fā)絲都根根分明，還解決了逆光拍照的鬼影、炫光問(wèn)題，使得色彩和肉眼看到的一樣真實(shí)。

蔡司APO超級(jí)長(zhǎng)焦則解決了手機(jī)長(zhǎng)焦拍攝的“色差糊邊”“畫質(zhì)縮水”“遠(yuǎn)近對(duì)焦難兼顧”三大難題，讓手機(jī)能夠清晰、準(zhǔn)確、靈活地拍到遠(yuǎn)處的物體。

此外，配合蔡司鏡頭的光學(xué)設(shè)計(jì)，X300的防抖能力也達(dá)到了專業(yè)級(jí)別，大幅提升了拍攝成片率。

除了X300，vivo近年推出的搭載蔡司鏡頭的X系列機(jī)型，均憑借著蔡司鏡頭自帶的全焦防抖、色彩還原、反光殺手等光環(huán)，在手機(jī)黨中贏得了相當(dāng)不錯(cuò)的口碑。

你以為蔡司只會(huì)做手機(jī)嗎？

作為一家百年老店，蔡司能讓光刻機(jī)巨頭ASML(阿斯麥)抱緊它的大腿，輕松解決各個(gè)國(guó)家提起來(lái)就頭痛的“光刻機(jī)鏡頭難題”。

全球有效專利1.25萬(wàn)項(xiàng)，僅EUV光刻相關(guān)領(lǐng)域的專利就超過(guò)1500項(xiàng)。

蔡司，到底有什么魔力？

01

想知道蔡司為啥如此權(quán)威，就不得不提及蔡司的創(chuàng)始人——卡爾.蔡司(下文稱蔡司)。

1846年，30歲的蔡司在家鄉(xiāng)耶拿古鎮(zhèn)成立了一所精密機(jī)械和光學(xué)儀器研究室，早期產(chǎn)品以顯微鏡為主。

一年后，隨著第一批23臺(tái)簡(jiǎn)單型顯微鏡的順利出售，蔡司賺到了第一桶金。

1866年，物理學(xué)家阿貝博士成為蔡司研究室的成員，兩人經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)6年的努力，研發(fā)出了世界上第一臺(tái)復(fù)合式顯微鏡。

這臺(tái)顯微鏡用公式精準(zhǔn)表達(dá)了光學(xué)鏡片的色散系數(shù)，從而為改善透鏡品質(zhì)找到了理論依據(jù)，在此之前蔡司研究室從未研發(fā)過(guò)質(zhì)量如此上乘的透鏡。

憑借著直沖行業(yè)頂端的性能，該顯微鏡一經(jīng)問(wèn)世就大受追捧，蔡司研究室接到了源源不斷的訂單。

然而，“卡脖子”問(wèn)題很快就來(lái)了。

當(dāng)時(shí)的德國(guó)并不能造出和阿貝理論相匹配的特種光學(xué)玻璃，花高價(jià)進(jìn)口的法國(guó)玻璃還經(jīng)常出現(xiàn)不均勻、透光差的問(wèn)題，導(dǎo)致顯微鏡成像有光暈且不清晰。

拿著滿分設(shè)計(jì)圖，卻沒(méi)有能造出精品的原材料，蔡司和阿貝為此十分焦慮。

但蔡司的生命中從來(lái)不乏貴人，在阿貝的引薦下，知名化學(xué)家肖特正式加入蔡司研究室。

從1881年到1884年，肖特帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)做了93次實(shí)驗(yàn)。

肖特摒棄了以往“憑感覺(jué)調(diào)成分”的老辦法，把化學(xué)理論和玻璃制造結(jié)合，精準(zhǔn)搭配硅、鋰、硼等成分，還記錄了每種成分對(duì)玻璃透光、折射的影響。

最終，蔡司研究室開(kāi)發(fā)出44種新型光學(xué)玻璃，其中最有名的是一款耐溫差、透光性極強(qiáng)的硼硅玻璃，也就是人們熟知的“耶拿玻璃”。

這些玻璃均勻度高、能精準(zhǔn)校正光線色差，完美匹配阿貝的光學(xué)理論，讓蔡司顯微鏡的成像清晰度直大幅提升。

1886年，蔡司研究室還推出了首款“消色差”鏡頭，徹底解決了之前的成像缺陷，也讓蔡司在光學(xué)領(lǐng)域的話語(yǔ)權(quán)越來(lái)越重。

此后百年，蔡司的商業(yè)版圖持續(xù)擴(kuò)張，從最初的顯微鏡到后來(lái)研發(fā)出各種復(fù)雜的鏡頭，蔡司鏡頭的名氣享譽(yù)全球。

索尼、哈蘇等知名相機(jī)品牌均采用其鏡頭，用蔡司鏡頭拍攝的影視劇也都獲獎(jiǎng)無(wú)數(shù)。

1969年，蔡司鏡頭跟隨美國(guó)阿波羅11號(hào)登月，在-180℃至120℃的極端溫差環(huán)境下拍出了清晰的月球影像，讓人類首次得以窺見(jiàn)月球全貌。

此外，它的身影還覆蓋醫(yī)學(xué)、光學(xué)、生物學(xué)等領(lǐng)域，達(dá)爾文、莫奈、海明威、羅伯特·科赫等各領(lǐng)域權(quán)威，均曾是其忠實(shí)用戶。

而蔡司鏡頭在百年里的飛速發(fā)展，也為蔡司日后進(jìn)軍光刻機(jī)領(lǐng)域奠定了基礎(chǔ)。

02

ASML在光刻機(jī)領(lǐng)域有著絕對(duì)的權(quán)威，它是DUV(深紫外)光刻機(jī)的先驅(qū)，也是目前唯一能量產(chǎn)EUV（極紫外光）光刻機(jī)的企業(yè)。

但就是這樣一個(gè)在業(yè)內(nèi)“橫著走”的企業(yè)，卻要卑微地抱住蔡司的大腿，一刻也不敢松開(kāi)。

2022年，ASML客戶DUV的訂單已經(jīng)積壓了500多臺(tái)，但德國(guó)蔡司的2000多名員工每周工作時(shí)間卻僅有35小時(shí)，任ASML那邊著急上火，蔡司的工人們依然在不緊不慢地磨玻璃。

蔡司作為ASML光刻機(jī)的獨(dú)家鏡頭供應(yīng)商，就是有這個(gè)實(shí)力拖延，讓ASML除了它別無(wú)選擇。

想打造一塊EUV光刻機(jī)鏡頭，到底有多難？

造鏡頭的石英玻璃純度得達(dá)到99.9999%以上，一丁點(diǎn)氣泡或雜質(zhì)都會(huì)讓光線跑偏，蔡司光給玻璃去微氣泡就要花1年時(shí)間。

EUV反射鏡的表面粗糙度要控制在0.02納米，相當(dāng)于把一個(gè)直徑1.2米的鏡片放大到德國(guó)那么大，最高的凸起不能超過(guò)0.1毫米，鏡片角度誤差不能超十萬(wàn)分之一度，否則整個(gè)芯片圖案就會(huì)歪掉。

EUV鏡頭的硅鉬多層膜要鍍上百層，每層厚度誤差不能超過(guò)一個(gè)原子，就像在頭發(fā)絲上繡出精準(zhǔn)的花紋，差一點(diǎn)就會(huì)讓反射率暴跌。

除此之外，還有各種各樣挑戰(zhàn)物理規(guī)律的逆天標(biāo)準(zhǔn)。

但是在“鏡頭之王”蔡司鏡頭面前，這些都不算什么。

蔡司之所以能成為光刻機(jī)鏡頭的“隱形王者”，源于其早年四次關(guān)鍵技術(shù)突破攢下的“老本”。

03

早年的鏡頭普遍存在“發(fā)虛”“變色”等問(wèn)題，拍攝的畫面容易出現(xiàn)邊緣模糊、成像變形、不同區(qū)域清晰度不一致的情況。

1890年，蔡司推出Protar消像散鏡頭，首次做到了“無(wú)畸變成像”，使得畫面里每一處都清清楚楚的。

1896年的Planar鏡頭更是攻克了球面像差和色差兩大行業(yè)難題，讓光線穿過(guò)鏡片后能精準(zhǔn)匯聚于一點(diǎn)，成像銳度和色彩還原度大幅提升。

這一技術(shù)對(duì)光刻機(jī)而言至關(guān)重要，光刻機(jī)的本質(zhì)就是給芯片畫電路圖，這就需要將納米級(jí)的精細(xì)圖案投射到硅片上，一旦鏡頭存在畸變，電路就會(huì)歪歪扭扭，導(dǎo)致芯片整體作廢。

蔡司憑借早年練就的光線精準(zhǔn)控制能力，讓光刻機(jī)鏡頭從一開(kāi)始就具備了不跑偏的核心優(yōu)勢(shì)。

20世紀(jì)中期，蔡司鏡頭又遇到了新的問(wèn)題。

當(dāng)時(shí)，蔡司發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)鏡片存在反光嚴(yán)重的棘手問(wèn)題，這不僅會(huì)導(dǎo)致進(jìn)光量不足，還會(huì)產(chǎn)生雜光干擾成像，嚴(yán)重干擾畫面清晰度。

于是在1935年，蔡司發(fā)明了T*鍍膜技術(shù)，即通過(guò)在鏡片表面鍍上一層特殊的薄膜，達(dá)到大幅減少光線反射、提升透光率的目的，還能壓制住雜光侵?jǐn)_，讓成像更加清晰純凈。

T*鍍膜技術(shù)是蔡司里程碑式的技術(shù)突破，堪稱蔡司的傳家寶。

從1935年的單層鍍膜，到1970年代的多層T鍍膜，再到如今的TBlue鍍膜，蔡司花了90年把鍍膜技術(shù)做到了無(wú)可挑剔，迄今為止任何企業(yè)都無(wú)法超越。

該技術(shù)能讓光刻機(jī)鏡頭呈現(xiàn)出“透光足、無(wú)干擾”的效果，即便多層鏡片疊加，也能保證光線穩(wěn)定傳遞，確保芯片電路圖案清晰可辨。

上世紀(jì)60年代，蔡司又給自己上了一波強(qiáng)度。

1969年的阿波羅登月任務(wù)中，蔡司鏡頭表現(xiàn)極其卓越，沒(méi)有出現(xiàn)脫膠、變形等問(wèn)題。

蔡司鏡頭拍出清晰月球照片的背后，是蔡司將潛艇潛望鏡密封技術(shù)等軍工技術(shù)，應(yīng)用于太空領(lǐng)域的成功實(shí)踐，最終練就了蔡司鏡頭在極端環(huán)境下也能穩(wěn)如泰山的硬實(shí)力。

而光刻機(jī)的工作環(huán)境同樣苛刻：內(nèi)部為真空狀態(tài)，光源功率極大易引發(fā)發(fā)熱變形，且容不下一絲灰塵。

而蔡司將在太空、軍工領(lǐng)域積累的抗溫差、抗變形、高密封經(jīng)驗(yàn)直接打包轉(zhuǎn)移，確保光刻機(jī)鏡頭可以在苛刻條件下長(zhǎng)期穩(wěn)定工作，不會(huì)因微小溫度變化而失準(zhǔn)。

最后，蔡司自誕生之日起就極致追求鏡片的精準(zhǔn)度，百年來(lái)不斷致力于縮小鏡片誤差，最終完美實(shí)現(xiàn)將表面粗糙度控制在0.2納米。

而光刻機(jī)鏡頭的核心要求正是“精準(zhǔn)”，需要將幾十納米的電路圖案精準(zhǔn)投射到硅片上，誤差不能超過(guò)幾個(gè)原子大小。

蔡司百年磨一劍的超精密加工功底完美滿足了這一需求，這也是全球僅它能造出EUV光刻機(jī)頂級(jí)反射鏡的關(guān)鍵原因，更是其壟斷光刻機(jī)鏡頭領(lǐng)域的核心底氣。

縱觀蔡司的四次核心技術(shù)突破，都為未來(lái)的光刻機(jī)鏡頭打好了地基，待光刻機(jī)時(shí)代到來(lái)，蔡司自然順理成章地成為了行業(yè)霸主。

此外，蔡司是基金會(huì)控股的企業(yè)，不用給股東賺快錢，因此利潤(rùn)都能砸進(jìn)研發(fā)，有底氣花數(shù)十年的時(shí)間專攻EUV技術(shù)。

綜合以上所有的優(yōu)勢(shì)，蔡司真正做到了躺著都能把錢賺了。

目前，光刻機(jī)鏡頭是蔡司最賺錢的業(yè)務(wù)，2023、2024財(cái)年?duì)I收達(dá)40多億歐元，占蔡司總營(yíng)收的38%。

2025年上半年該部門營(yíng)收再度上漲，直接拉動(dòng)了蔡司整體銷售額的增長(zhǎng)，成了蔡司利潤(rùn)的核心支柱。

這其中的大部分利潤(rùn)都是ASML貢獻(xiàn)的，畢竟就這么一個(gè)“光刻機(jī)鏡頭獨(dú)子”，ASML不寵蔡司寵誰(shuí)？

在民用鏡頭市場(chǎng)，蔡司每年的營(yíng)收也有十幾億歐元，雖然動(dòng)輒過(guò)萬(wàn)的相機(jī)鏡頭、高端眼鏡片經(jīng)常被人詬病“品牌溢價(jià)太高”，但架不住那些人口嫌體直，最后還是罵罵咧咧地把錢送給了蔡司。

從耶拿古鎮(zhèn)名不見(jiàn)經(jīng)傳的實(shí)驗(yàn)室，到扼住全球光刻機(jī)制造咽喉的光學(xué)巨頭，蔡司用將近200年的時(shí)間，把“磨好一塊玻璃”做到了極致。

它用四次技術(shù)躍遷啃下光學(xué)領(lǐng)域的硬骨頭，更用0.02納米的精度打破了光刻機(jī)鏡頭的卡脖子困局。

蔡司讓全世界都知道：真正的卡脖子難題，從來(lái)不是靠捷徑破解，而是靠一代又一代人沉下心來(lái)，把一件事做到極致的堅(jiān)守。

參考資料：

環(huán)球視角：《卡爾蔡司何以延續(xù)170年：股權(quán)結(jié)構(gòu)帶來(lái)公司穩(wěn)定性》

中國(guó)電子報(bào)：《光刻機(jī)鏡頭能否迎來(lái)新入局者？》

長(zhǎng)壽企業(yè)：《蔡司：從小作坊走出的光學(xué)行業(yè)巨頭》

中國(guó)科技大學(xué)上海研究院：《什么是光刻機(jī)》

作者｜TWYMG

編輯｜一乙木

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