揭秘ASML如何生产“天价光刻机”？

在荷兰一处大型实验室的严密大门之后，一台机器正彻底革新微芯片的制造模式 —— 这便是 ASML 耗时近十年研发的高数值孔径（High NA）光刻机。这台设备造价超 4 亿美元，堪称全球最先进、最昂贵的芯片制造设备。

CNBC 于 4 月探访了荷兰的该实验室。在此之前，High NA 设备从未被公开拍摄过，甚至 ASML 内部团队也少有机会记录其真容。实验室中，High NA 认证团队负责人 Assia Haddou 近距离展示了这台 “比双层巴士还要庞大” 的设备。

该机器由四个模块组成，分别在美国康涅狄格州、加利福尼亚州、德国和荷兰完成制造，随后在荷兰费尔德霍芬的实验室进行组装、测试与认证，最后拆解运输。Haddou 提到，运送一套系统需要七架部分装载的波音 747 飞机，或至少 25 辆卡车。

2024 年，全球首台 High NA 设备在英特尔俄勒冈州的芯片工厂完成商业化应用。截至目前，这类巨型设备仅交付了五台。能够负担其成本的厂商寥寥无几，包括台积电、三星和英特尔，它们正加速生产以制造数百万颗芯片。

High NA 设备是 ASML 极紫外光刻机（EUV）的最新一代产品。作为 EUV 设备的独家制造商，ASML 的 EUV 是全球唯一能投射最先进微芯片最小电路蓝图的光刻设备。英伟达、苹果和 AMD 等巨头的芯片设计均依赖 EUV 技术。ASML 表示，所有 EUV 客户最终都将采用 High NA 技术，其中还包括美光、SK 海力士和 Rapidus 等其他先进芯片制造商。

全球科技研究与咨询公司 Futurum 集团首席执行官 Daniel Newman 指出：“ASML 已完全垄断了这一市场。” 当 CNBC 记者询问 ASML 总裁兼首席执行官傅恪礼（Christophe Fouquet）“是什么阻止 ASML 进一步提高设备价格” 时，他解释道，随着设备升级，芯片生产成本反而会降低。傅恪礼表示：“摩尔定律告诉我们，必须持续降低持有成本。人们普遍认为，成本下降能创造更多机会，因此我们必须参与这场竞赛。”

ASML 的两大主要客户已证实，High NA 相比前代 EUV 设备性能显著提升。今年 2 月的一场会议上，英特尔透露已使用 High NA 生产约 3 万片晶圆，其可靠性约为前代产品的两倍；三星则表示，High NA 可将生产周期缩短 60%，意味着芯片每秒能完成更多运算。

“一场高风险的投资”

High NA 通过提升速度与性能，既能降低芯片价格，又能提高良率 —— 即每片晶圆上的可用芯片数量更多。这得益于其更高的分辨率，可精准投射芯片设计图形。High NA 延续了 EUV 的工艺流程，但采用了更高数值孔径的光学系统，能用更少工序实现更小尺寸的芯片图形投影。

ASML 技术执行副总裁 Jos Benschop 表示：“High NA 有两点核心优势：首先是图形微缩能力提升，意味着每片晶圆可容纳更多芯片单元；其次，通过减少多次曝光，能加快生产速度并提高良率。”Benschop 于 1997 年加入 ASML（彼时公司上市仅两年），曾推动 ASML 全力投入 EUV 技术 —— 这项技术耗时 20 余年才研发成功。“但人们往往忽略了一点：我们差点没能推动这项技术。” 他说，“这是一场高风险的前瞻性投资，因为项目启动时，我们根本无法确定技术能否成功。”

2018 年，ASML 证明了 EUV 的可行性，此后各大芯片制造商开始批量订购。而在二十年前，制造大量极紫外光、使其穿过日益缩小的芯片掩模版并投射到涂有光刻胶的硅晶圆上，几乎是天方夜谭。

为产生极紫外光，ASML 以每秒 5 万滴的速度从喷嘴喷出熔融锡液，每滴锡液被强激光轰击，产生比太阳更热的等离子体。这些微小爆炸正是波长仅 13.5 纳米的 EUV 光子的来源。极紫外光宽度约为五条 DNA 链，极易被所有已知物质吸收，因此整个过程必须在真空中进行。极紫外光经反射镜反射后，通过镜头对准目标，原理类似相机。为解决光被镜面吸收的问题，德国蔡司公司为 ASML 定制了世界上最平坦的专用反射镜。

ASML 的早一代 DUV 光刻机使用波长 193 纳米的深紫外光，精度较低。ASML 仍在生产这类设备，与日本尼康、佳能竞争 DUV 市场，但它是全球唯一在 EUV 领域取得成功的企业。

ASML 约在 2016 年启动价值 4 亿美元的 High NA 设备研发，其工作原理与 DUV 相似，采用相同的 EUV 光源，但有一关键区别：High NA 配备更大的镜头开口，能以更大入射角捕捉更多光线，使镜面接受更陡角度的光束，从而实现更高精度的图形转移。借此优势，High NA 设备可一次曝光即完成极小尺寸芯片图形的转印，而传统低数值孔径设备需多次曝光和多个掩模版。“曝光次数越多，工艺越复杂，良率也会下降。” 傅恪礼说。

分辨率随数值孔径（NA）增加而提高，减少了对多掩模版和多次曝光的需求，节省了时间与成本，但高数值孔径设备的成本也随之上升。“镜面越大，系统体积就越大。” 傅恪礼表示，这类设备还会消耗大量电力。“如果不逐步提升 AI 芯片的能效，到 2035 年左右，模型训练可能会消耗全球能源。” 他透露，自 2018 年以来，ASML 已将每片晶圆曝光的耗电量降低 60% 以上。

中国市场与美国关税：不确定因素

ASML 以突破性的 EUV 光刻机闻名，但其 2024 年业务中，较早期的 DUV 光刻机仍占 60%。去年，ASML 售出 44 台起价 2.2 亿美元的 EUV 光刻机；DUV 光刻机价格低得多（500 万至 9000 万美元），但 2024 年售出 374 台。中国是 DUV 光刻机的主要买家，占 ASML 2024 年第二季度业务的 49%。

傅恪礼表示：“中国市场销售额达峰值，是因为 ASML 直到去年才完成大量积压订单的交付。到 2025 年，中国业务占比应会恢复至 20% - 25% 的历史正常水平。” 美国出口管制禁止 ASML 向中国出售 EUV 光刻机，该禁令始于特朗普政府时期。Futurum 集团的 Newman 认为，中国自主研发 EUV 的可能性极低，可能会转而用 DUV 光刻机制造智能手机等设备。

在人工智能竞争中，美国对先进技术流入中国的担忧加剧，这也推动了芯片股上涨 ——ASML 股价于 7 月创历史新高。Benschop 称：“ASML 尚无法明确关税对公司的影响。公司在全球有约 800 家供应商，关税影响十分复杂。”

制造一台 High NA 光刻机需经历多次进出口环节：四个模块分别在美国、荷兰、德国制造，运往荷兰组装测试后拆解，再运至美国或亚洲的芯片厂。多年来，亚洲占 ASML 业务的 80% 以上，2024 年美国市场份额约 17%，且增长迅速。ASML 全球员工 4.4 万名，其中 8500 人在美国 18 个办事处工作。

2024 年，ASML 北美出货量主要流向英特尔 —— 该公司正在美国俄亥俄州和亚利桑那州建设新晶圆厂。尽管英特尔近年发展受挫，傅恪礼仍称其是 ASML 的重要合作伙伴，对美国半导体独立发展至关重要。

台积电在芯片制程上领先于英特尔，其位于美国菲尼克斯北部的新晶圆厂已投入量产。作为美国本土最先进的芯片厂，其对 High NA 设备的需求可能很快显现。与此同时，ASML 正在美国亚利桑那州建设首个培训中心，傅恪礼透露该中心将在未来几个月启用，目标是每年培训 1200 名 EUV 和 DUV 技术人员，产能不仅满足美国需求，还将用于全球人才培训。

此外，ASML 计划进一步提升下一代设备 Hyper NA 的数值孔径。傅恪礼表示，公司已完成下一代设备的部分光学设计草图，且其制造难度未必很高。他预计，Hyper NA 的需求将在 2032 年至 2035 年间出现，但未对价格进行预估。目前，ASML 专注于满足 High NA 设备的需求，计划今年至少再交付五台，并在未来几年将产能提升至 20 台。

来源：爱集微、CNBC 专栏作家 Katie Tarasov