在荷蘭一個(gè)巨型實(shí)驗(yàn)室里，嚴(yán)密的大門后，一臺(tái)機(jī)器正在徹底改變微芯片的制造方式——這就是ASML耗時(shí)近十年研發(fā)出高數(shù)值孔徑（High NA）光刻機(jī)。這臺(tái)機(jī)器造價(jià)超過(guò)4億美元，是世界上最先進(jìn)、最昂貴的芯片制造機(jī)器。

CNBC于4月份前往荷蘭參觀了該實(shí)驗(yàn)室。在此之前，High NA從未被拍攝過(guò)，即使是ASML的內(nèi)部團(tuán)隊(duì)也沒有。

在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，High NA認(rèn)證團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人Assia Haddou近距離展示了High NA機(jī)器，她稱這些機(jī)器“比雙層巴士還要大”。

該機(jī)器由四個(gè)模塊組成，分別在美國(guó)康涅狄格州、加利福尼亞州、德國(guó)和荷蘭制造，然后在荷蘭費(fèi)爾德霍芬的實(shí)驗(yàn)室組裝，并進(jìn)行測(cè)試和批準(zhǔn)，之后再次拆卸運(yùn)出。Haddou表示，這需要七架部分裝載的波音飛機(jī)747飛機(jī)，或者至少25輛卡車，才能將一套系統(tǒng)送到客戶手中。

全球首個(gè)High NA機(jī)器的商業(yè)化應(yīng)用于2024年在英特爾位于俄勒岡的芯片制造工廠完成。迄今為止，這種巨型機(jī)器只有五臺(tái)被交付使用。

目前，只有少數(shù)幾家能夠負(fù)擔(dān)得起這些機(jī)器的廠商，包括臺(tái)積電、三星和英特爾，他們正在加快生產(chǎn)步伐，以生產(chǎn)數(shù)百萬(wàn)顆芯片。

High NA機(jī)器是ASML極紫外光刻機(jī)（EUV）的最新一代產(chǎn)品。ASML是EUV的獨(dú)家制造商，EUV是全球唯一能夠投射構(gòu)成最先進(jìn)微芯片的最小藍(lán)圖的光刻設(shè)備。英偉達(dá)、蘋果和AMD等巨頭的芯片設(shè)計(jì)離不開EUV。

ASML表示，其所有EUV客戶最終都將采用High NA技術(shù)，其中包括美光、SK海力士和 Rapidus等其他先進(jìn)芯片制造商。

全球科技研究與咨詢公司Futurum集團(tuán)的首席執(zhí)行官 Daniel Newman表示：“ASML已經(jīng)完全壟斷了該市場(chǎng)?！?/p>

CNBC記者詢問(wèn)ASML總裁兼首席執(zhí)行官傅恪禮（Christophe Fouquet），是什么阻止了ASML進(jìn)一步提高其設(shè)備的價(jià)格”。他解釋稱，隨著設(shè)備不斷升級(jí)，芯片生產(chǎn)成本也隨之降低。傅恪禮表示：“摩爾定律告訴我們，我們需要不斷降低持有成本。人們普遍認(rèn)為，若能降低成本，就能創(chuàng)造更多機(jī)會(huì)，因此我們必須參與這場(chǎng)競(jìng)賽。”

ASML的兩家主要客戶已經(jīng)證實(shí)，High NA相比ASML之前的EUV機(jī)器，性能有了顯著提升。在2月份的一次會(huì)議上，英特爾表示，迄今為止已使用High NA生產(chǎn)了約3萬(wàn)片晶圓，其可靠性大約是前代產(chǎn)品的兩倍。在同一次會(huì)議上，三星表示，High NA可以將其生產(chǎn)周期縮短 60%，這意味著其芯片每秒可以完成更多操作。

“一項(xiàng)非常冒險(xiǎn)的投資”

由于速度和性能的提升，High NA可以降低芯片價(jià)格，同時(shí)還能提高良率，這意味著每片晶圓上可用的芯片數(shù)量更多。

這是因?yàn)樗軌蛞愿叩姆直媛释渡湫酒O(shè)計(jì)圖形。High NA延續(xù)了與EUV機(jī)器相同的工藝流程，但采用了更高數(shù)值孔徑的光學(xué)系統(tǒng)，使其能夠以更少的工序，實(shí)現(xiàn)更小尺寸的芯片圖形投影。

“High NA意味著兩點(diǎn)。首先，也是最重要的，就是圖形微縮能力的提升。這意味著每片晶圓上能容納更多芯片單元，”ASML技術(shù)執(zhí)行副總裁Jos Benschop說(shuō)道，“其次，通過(guò)避免多次曝光，可以加快生產(chǎn)速度，并提高良率?！?/p>

Benschop于1997年加入ASML，當(dāng)時(shí)該公司剛剛上市兩年。Benschop推動(dòng)了ASML全力投入EUV的決策，這項(xiàng)技術(shù)耗時(shí)20多年才得以開發(fā)。

“但是我們幾乎未能成功推動(dòng)這項(xiàng)技術(shù)，人們往往忽視了這一點(diǎn)，”Benschop說(shuō)?！斑@是一項(xiàng)非常冒險(xiǎn)的前瞻性投資，因?yàn)樵陧?xiàng)目啟動(dòng)之初，我們并無(wú)法確認(rèn)這項(xiàng)技術(shù)最終是否可行?！?/p>

2018年，ASML證明了EUV的可行性，各大芯片制造商開始大批量訂購(gòu)。這個(gè)想法在二十年前似乎遙不可及，即制造大量微小的極紫外光，并將其穿過(guò)芯片設(shè)計(jì)越來(lái)越小的掩模版，投射到經(jīng)過(guò)光刻膠處理過(guò)的硅晶圓上。

為了產(chǎn)生極紫外光，ASML會(huì)以每秒5萬(wàn)滴的速度從噴嘴中噴出熔融的錫液，每一滴錫液都用強(qiáng)大的激光噴射，產(chǎn)生比太陽(yáng)更熱的等離子體。這些微小的爆炸正是EUV光子發(fā)射的來(lái)源，其波長(zhǎng)僅為13.5納米。

極紫外光的寬度約為五條DNA鏈，非常小，以至于所有已知物質(zhì)都可以吸收它，因此整個(gè)過(guò)程必須在真空中進(jìn)行。極紫外光經(jīng)過(guò)反射鏡反射，再通過(guò)鏡頭對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)，就像相機(jī)的工作原理一樣。為了解決極紫外光被鏡面吸收的問(wèn)題，德國(guó)光學(xué)公司蔡司專為ASML制造了專用反射鏡，這些鏡面擁有世界上最平坦的表面。

ASML的早一代DUV光刻機(jī)使用的是波長(zhǎng)為193納米、精度相對(duì)較低的深紫外光。ASML仍在生產(chǎn)這些光刻機(jī)，與日本的尼康和佳能競(jìng)爭(zhēng)DUV技術(shù)，但它是全球唯一一家在EUV光刻領(lǐng)域取得成功的公司。

ASML于2016年左右開始研發(fā)價(jià)值4億美元的High NA機(jī)器，該機(jī)器的工作原理與深紫外（DUV）相同，使用相同的極紫外（EUV）光源。但有一個(gè)關(guān)鍵的區(qū)別。

High NA光刻機(jī)配備了更大的鏡頭開口，使其能夠以更大的入射角捕捉更多光線。這意味著鏡面可以接受來(lái)自更陡角度的光束，從而實(shí)現(xiàn)更高精度的圖形轉(zhuǎn)移。借助這一優(yōu)勢(shì)，HigNA設(shè)備能夠在一次曝光中將極小尺寸的芯片設(shè)計(jì)圖形精確轉(zhuǎn)印至晶圓表面。相比之下，傳統(tǒng)的低數(shù)值孔徑光刻機(jī)則需要多次曝光和多個(gè)掩模版，才能完成同樣的圖形轉(zhuǎn)移過(guò)程。

“隨著次數(shù)的增加，工藝變得非常復(fù)雜，良率也會(huì)下降。”傅恪禮說(shuō)道。

分辨率隨著數(shù)值孔徑（NA）的增加而提高，從而減少了對(duì)多個(gè)掩模版和曝光的需求，節(jié)省了時(shí)間和成本。然而，高數(shù)值孔徑機(jī)器的成本也會(huì)上升。

“你需要使用的鏡面越大，系統(tǒng)也就越大?！备点《Y說(shuō)道。

這些機(jī)器還會(huì)消耗大量電力。

“如果我們不逐步提高AI芯片的能效，那么模型的訓(xùn)練可能在2035年左右會(huì)消耗掉全球的能源?！备点《Y說(shuō)道。他表示，正因如此，ASML自2018年以來(lái)已將每片晶圓的曝光所需電力降低了60%以上。

中國(guó)市場(chǎng)、美國(guó)關(guān)稅成不確定因素

ASML以其突破性的EUV光刻機(jī)而聞名，但其較早型號(hào)的DUV光刻機(jī)在2024年仍占其業(yè)務(wù)的60%。ASML去年售出了44臺(tái)起價(jià)2.2億美元的EUV光刻機(jī)。DUV光刻機(jī)價(jià)格低得多，價(jià)格從500萬(wàn)美元到9000萬(wàn)美元不等，但ASML在2024年售出了374臺(tái)DUV光刻機(jī)。

中國(guó)是這些DUV光刻機(jī)的主要買家，占ASML 2024年第二季度業(yè)務(wù)的49%。傅恪禮表示，“中國(guó)市場(chǎng)銷售額達(dá)到峰值的原因是ASML直到去年才能夠交付大量積壓訂單。到2025年，中國(guó)市場(chǎng)的業(yè)務(wù)應(yīng)該會(huì)恢復(fù)到20%至25%之間的歷史正常水平”。

美國(guó)出口管制禁止ASML向中國(guó)出售EUV光刻機(jī)。這項(xiàng)禁令始于特朗普第一任政府時(shí)期。Futurum集團(tuán)的Newman表示，中國(guó)自主研發(fā)EUV光刻機(jī)的可能性非常小，相反，他們會(huì)使用DUV光刻機(jī)來(lái)制造智能手機(jī)等設(shè)備。

在人工智能的競(jìng)爭(zhēng)中，美國(guó)對(duì)先進(jìn)技術(shù)流入中國(guó)的擔(dān)憂加劇。這種繁榮也推動(dòng)了芯片股的飆升，其中包括ASML的股價(jià)在7月份創(chuàng)下歷史新高。

Benschop表示，“ASML尚且無(wú)法明確關(guān)稅會(huì)對(duì)公司產(chǎn)生什么影響。ASML在全球擁有約800家供應(yīng)商，關(guān)稅對(duì)公司的影響非常復(fù)雜?！?/strong>