光學制造的王者——蔡司鏡片

竹筠俠

中國芯片保衛戰，讓荷蘭光刻機ASML成為最耀眼的半導體設備明星。一臺10億多元的設備，想不賣就不賣，想何時交貨就何時交貨，沒人比它更牛、更拽了。然而，ASML也有它的軟肋。它完全離不開一家公司的光學系統——那就是德國蔡司光學公司。目前，ASML正在跟蔡司緊密合作，研發3nm光刻機。

但蔡司最初是做顯微鏡的，甚至連顯微鏡的發明者也不是蔡司公司人員，而是一百多年前的列文虎克。蔡司對顯微鏡生產的貢獻在于：它首次將公式計算導入顯微鏡生產，從而大大提高了產品生產的效率。在此之前，顯微鏡生產全靠試錯，那個時候成品率很低。而蔡司的公式計算則帶來了生產效率的大幅提高。

繼續沿著公式研究往前走，蔡司的工程師提出了正弦成像理論，并計算出顯微鏡的理論分辨率。但當時的玻璃質量太差，無法滿足理論條件，高品質顯微鏡可以通過理論計算出來，卻無法投入生產。于是他們找到了玻璃化學家——肖特。經過幾年的研發，玻璃品質得到極大提升，蔡司用自研的玻璃證明了自己發現的理論，而經過工程與科學的雙突破，蔡司公司的新型玻璃為鏡頭開發開辟了一條新路。它后來相繼開發出普蘭納、天塞等典型鏡頭，至今仍是相機鏡頭的基本結構。正弦成像理論是高品質鏡頭設計的基本條件，是普蘭納鏡頭和天塞鏡頭的設計基礎。這種正弦成像理論的支點技術突破，使得蔡司具有強大的同性技術：高品質的玻璃生產，從而可以為無論是顯微鏡還是照相機的應用技術，都能提供源源不斷的火力支援。

1968年，蔡司首次為德國一家半導體商提供電路板印刷機鏡頭，這一年份距離第一臺光刻機的誕生已過將近十年。在贏者通吃、快速迭代的芯片制造領域，蔡司起步就比對手遲了十年。蔡司真的來晚了么？沒有，后進的蔡司依靠自己的技術積累實現了彎道超車。在1977年，蔡司推出S-Planar（普蘭納）鏡頭，這是第一款能夠實現1微米的光刻技術的鏡頭，協助GCA光刻機成功取得當年光刻機市場的領導地位。2012年，蔡司的光學系統成為世界上第一個批量生產的采用EUV的光刻光學系統。而現在，它在第五代EUV光刻機中的相關專利數目，位列全球第一，甚至超過了ASML。它已經確定了自己在第五代光刻機光刻系統中的霸主地位。而從光刻機生態鏈底部，攀登到塔尖的一家獨大，蔡司用了44年。下一代EUV光刻系統能進一步縮小光刻制程，是最前沿的技術，只給ASML公司的光刻機供貨（當然，恐怕也只有ASML對此有需求）。

從觀察微生物的顯微鏡，到照相機鏡頭，再到改變光路的光刻系統。蔡司光學事業部，靠著支點技術和同性技術，成功實現了產業的拓展。如果再往上，看看這家年收入64億歐元的四大事業部，分別是工業測量、醫學、消費光學和半導體制造，就會很容易找到它內在的技術向心力邏輯。

圖6 蔡司的四大事業部