光学制造的王者——蔡司镜片

竹筠侠

中国芯片保卫战，让荷兰光刻机ASML成为最耀眼的半导体设备明星。一台10亿多元的设备，想不卖就不卖，想何时交货就何时交货，没人比它更牛、更拽了。然而，ASML也有它的软肋。它完全离不开一家公司的光学系统——那就是德国蔡司光学公司。目前，ASML正在跟蔡司紧密合作，研发3nm光刻机。

但蔡司最初是做显微镜的，甚至连显微镜的发明者也不是蔡司公司人员，而是一百多年前的列文虎克。蔡司对显微镜生产的贡献在于：它首次将公式计算导入显微镜生产，从而大大提高了产品生产的效率。在此之前，显微镜生产全靠试错，那个时候成品率很低。而蔡司的公式计算则带来了生产效率的大幅提高。

继续沿着公式研究往前走，蔡司的工程师提出了正弦成像理论，并计算出显微镜的理论分辨率。但当时的玻璃质量太差，无法满足理论条件，高品质显微镜可以通过理论计算出来，却无法投入生产。于是他们找到了玻璃化学家——肖特。经过几年的研发，玻璃品质得到极大提升，蔡司用自研的玻璃证明了自己发现的理论，而经过工程与科学的双突破，蔡司公司的新型玻璃为镜头开发开辟了一条新路。它后来相继开发出普兰纳、天塞等典型镜头，至今仍是相机镜头的基本结构。正弦成像理论是高品质镜头设计的基本条件，是普兰纳镜头和天塞镜头的设计基础。这种正弦成像理论的支点技术突破，使得蔡司具有强大的同性技术：高品质的玻璃生产，从而可以为无论是显微镜还是照相机的应用技术，都能提供源源不断的火力支援。

1968年，蔡司首次为德国一家半导体商提供电路板印刷机镜头，这一年份距离第一台光刻机的诞生已过将近十年。在赢者通吃、快速迭代的芯片制造领域，蔡司起步就比对手迟了十年。蔡司真的来晚了么？没有，后进的蔡司依靠自己的技术积累实现了弯道超车。在1977年，蔡司推出S-Planar（普兰纳）镜头，这是第一款能够实现1微米的光刻技术的镜头，协助GCA光刻机成功取得当年光刻机市场的领导地位。2012年，蔡司的光学系统成为世界上第一个批量生产的采用EUV的光刻光学系统。而现在，它在第五代EUV光刻机中的相关专利数目，位列全球第一，甚至超过了ASML。它已经确定了自己在第五代光刻机光刻系统中的霸主地位。而从光刻机生态链底部，攀登到塔尖的一家独大，蔡司用了44年。下一代EUV光刻系统能进一步缩小光刻制程，是最前沿的技术，只给ASML公司的光刻机供货（当然，恐怕也只有ASML对此有需求）。

从观察微生物的显微镜，到照相机镜头，再到改变光路的光刻系统。蔡司光学事业部，靠着支点技术和同性技术，成功实现了产业的拓展。如果再往上，看看这家年收入64亿欧元的四大事业部，分别是工业测量、医学、消费光学和半导体制造，就会很容易找到它内在的技术向心力逻辑。

图6 蔡司的四大事业部