ASML的4亿美元光刻机
MIT Technology Review AI··作者 Clive Thompson
关键信息
这台机器使用极紫外光，而这种光是通过每秒数万次向微小的熔融锡滴发射激光产生的。文章指出，该系统能够以原子级精度定位反射镜，而且 ASML 约占全球芯片光刻设备产量的 90%。
资讯摘要
文章一开始写到，ASML 技术执行副总裁 Jos Benschop 正在爬梯子，登上公司最新机器的顶部。这台设备大得像一辆双层巴士，重量超过 150 吨，内部塞满了精密加工的铝结构、管线、电缆和加压罐。它的核心是超过 200 立方米的机电系统，能把几面镜子以原子级精度固定在正确位置。Benschop 参与设计这台机器已经十多年，但即便如此，他仍会在看到它时感叹“天哪”。文章指出，ASML 是微芯片产业的关键支柱，因为光刻决定了如何在硅晶圆上形成晶体管、布线等极其微小的结构。文中还强调，这一领域几乎被少数公司主导，尤其是负责光刻设备的 ASML，以及负责芯片制造的 TSMC。
ASML 的 EUV 突破始于九年前，背后是持续 16 年、耗资约 100 亿美元的研发工程，首批机器可实现 13 纳米分辨率。如今这台新机器把分辨率提升到了 8 纳米，大约相当于 40 个硅原子的宽度，并且已经以每台 4 亿美元的价格运往晶圆厂。芯片制造商之所以愿意支付如此高昂的成本，是因为他们必须持续把器件做得更小、更密集，以提高性能并降低能耗。文章把这一趋势与 AI 需求联系起来，指出 OpenAI、Anthropic 等公司推动了对更强芯片的迫切需求。ASML 首席技术官 Marco Pieters 表示，公司正在帮助客户走向更小的特征尺寸，这也为 AI 硬件打开了新的空间。文章最后提到，ASML 约占全球芯片光刻工具的 90%，这种高度集中的力量也带来了地缘政治层面的担忧。
资讯正文
Jos Benschop 正在爬梯子，前往他最新这台机器的顶部。
这过程有点费劲。这台庞然大物体积堪比双层巴士——超过 150 吨闪闪发亮、精密铣削的铝材，外面缠绕着成千上万根盘曲的管道、彩色电缆和加压罐。从地面看，它像一台未来感十足的 V8 发动机。当我和 Benschop 一起到达顶部时，我们大约位于离地 15 英尺的空中，下面是一群穿着无尘服的技术人员来回穿梭。
这是一台超过 200 立方米的科技设备——“把几面镜子固定在原子级精度位置上的机电装置，”他一边指着这台巨型设备一边说。Benschop 身材高大，胡子花白，66 岁，过去十多年里一直与工程师们一起设计这台机器，但即便如此，他有时看着它也会说：天哪。
Benschop 是荷兰公司 ASML 的技术执行副总裁，这家公司是微芯片产业的中枢。如果你想制造为手机或 AI 提供动力的高性能芯片，就需要像我们所站的这种光刻机来制造越来越微小的电路。光刻，是把光照射到硅晶圆上的一门艺术与科学，用来在晶圆上刻画出将被切割出来的微芯片中的晶体管、布线以及其他组件。
芯片制造领域实际上只由两大巨头掌控：制造光刻机的 ASML，以及芯片制造巨头台积电（TSMC）。
九年前，ASML 开始销售采用一种大胆新方法来绘制芯片特征的机器。这些机器使用极紫外光，简称 EUV——一种远在可见光谱之外的辐射，它们通过以每秒数万次的频率用激光击打微小的熔融锡滴来产生。这第一代机器——一项耗时 16 年、耗资约 100 亿美元的研发豪赌的成果——能够制造分辨率为 13 纳米的晶体管特征。这台新机器的表现更进一步：分辨率仅为 8 纳米，大约相当于 40 个硅原子的宽度。如今，这些设备正以令人瞠目的价格运往芯片制造工厂，或称 fabs：每台 4 亿美元。
但芯片制造商愿意掏这笔钱，因为他们正拼命争夺每年都能推出更新、更好的芯片。这意味着他们必须拿到能够制造越来越小组件、并把这些组件塞得越来越密的机器——这正是一条长期以来用来制造更快、更节能芯片的配方的一部分。
多年来，ASML 的工具一直对维持摩尔定律至关重要。如果没有这家公司的先进芯片制造技术，芯片密度——以及执行更多计算的能力——很可能早已停滞不前。
AI 行业带来了对更高密度芯片的全新而旺盛的需求，OpenAI 和 Anthropic 等公司正争相建造服务器农场，用于训练和部署越来越强大的新模型，而这些模型又需要越来越强大的硬件。ASML 的最新机器承诺，至少还能让这场 AI 盛宴再持续十年。
“我们可以让客户不断走向更小、更小的特征尺寸，这也打开了如今我们在人工智能中所看到的任何可能性的大门，而这绝对令人惊叹，”ASML首席技术官 Marco Pieters 对我说。“我认为我们看到的还只是冰山一角。”
芯片制造行业所说的“shrink”（缩小）——也就是对工艺尺寸不断缩小的执着追求——让 ASML 成为一股主导力量：该公司生产了全球约 90% 的芯片光刻设备。如果你要造芯片，ASML 就是绕不过去的存在。
但这种垄断地位也让一些人和一些政府感到不安。芯片制造领域实际上由两大巨头掌控：制造光刻机的 ASML，以及台湾芯片制造巨头台积电 TSMC，后者使用 ASML 的设备制造了绝大多数微芯片。这种双头垄断力量如此之强，以至于它具有地缘政治影响。为了阻止中国发展先进人工智能，美国政府向荷兰政府施压，要求其在 2019 年实施禁运：ASML 不被允许向任何中国公司出售高端设备。从地缘政治角度看，Focus: The ASML Way 一书作者 Marc Hijink 说，“芯片就是新的石油”。失去芯片的后果，可能和失去石油一样灾难性。用这个比喻来说，你或许可以说，ASML 就是霍尔木兹海峡。
光刻初创公司 Substrate 的联合创始人兼首席执行官 James Proud 说，这种局面并不理想。Substrate 在其网站上写道，美国“危险地依赖”一个位于海外、而且成本日益高昂的供应链。“少数几家公司高度集中，”Proud 说。“而且这条供应链实在太昂贵了。”
也正因为如此，在 ASML 统治了二十年之后，潜在竞争者如今正把矛头对准它的地盘。中国正在砸下数十亿美元，急切地试图复制 ASML 的技术。而像 Substrate 这样的初创公司也想参与进来，目标是打造比 ASML 这些庞然大物更便宜、更小、甚至更强大的光刻机。它们中会有谁成功吗？在可预见的未来，毫无疑问仍属于 ASML；但正如其工程师们深知的那样，只要借助恰当的光学巧劲，你也可以把一个巨人拉下神坛。
制造芯片，奇妙地有点像在 T 恤上做丝网印刷。要把图案印到硅晶圆上，首先要在掩模版（reticle）上形成图案——这是一种承载设计的掩膜。然后用光照射掩模版，把图案转移到晶圆上。光与晶圆上一层化学物质发生作用，将图案固定下来。
芯片特征尺寸的大小，部分取决于机器所用光的波长：波长越短，就能制造出越微小的电路。你可以在一定程度上扩展某一波长的能力；提高所谓的数值孔径（numerical aperture）——这通常意味着换上更大的镜头——可以进一步聚焦光线，从而刻画出越来越小的元件。不过，最终这一技巧也会触及极限，你就需要寻找波长更短的新型光源。
所以，芯片制造的历史一直是一种两步舞：行业先找到一种不错的光源，接着不断提高数值孔径，最后再接受必须采用更短波长的现实，然后整个两步过程重新开始。直到20世纪90年代初，芯片制造商使用的还是可见光，波长大约为400纳米。到了90年代中期，他们升级到了深紫外，最终把波长降到了193纳米。到90年代末，他们已经看到了深紫外的尽头。但接下来会是什么？
所有选项都很棘手。他们可以转向X射线，波长只有可怜的一纳米，但这类光极难聚焦。电子束和离子束同样精确；但它们的工作方式像针式打印机，必须逐点转移图案，速度太慢了。（芯片行业需要的是一台每小时能处理数百片晶圆的机器。）
“这是一家非常重工程的公司：我们就派出成千上万名工程师，让他们把这些问题一一攻克。事实证明，他们就是这么做的，而且成功了。”
SemiAnalysis分析师 Jeff Koch
大约在2001年，ASML——当时在光刻领域还是一个较小的玩家——把赌注押在了另一种方案上：EUV，波长略短于X射线范围。Nikon和Canon也在研发这一技术，但它们最终退出了，而ASML则坚持了下来。这个想法充满了未知数。没有人知道如何可靠地产生这种光，也不知道如何聚焦它；EUV会被普通玻璃镜片吸收。它甚至会被空气吸收。ASML估计，要穿过这场研发噩梦，大约需要整整六年。
现实中，这项工作花了16年和约100亿美元的研发投入，但最终成功了。这台在真空中运行的机器通过汽化熔融锡来产生EUV光，并利用镜子进行引导。历史悠久的德国光学公司 Zeiss 不得不发明新的抛光和检测镜面的技术，使用离子束去除细微瑕疵。
“他们基本上无视那种‘嘿，这东西根本不可能成功’的喧嚣，就只是埋头去解决这些巨大的工程难题，”曾在ASML工作、如今是芯片行业研究公司 SemiAnalysis 分析师的 Jeff Koch 说，“这是一家非常重工程的公司：我们就派出成千上万名工程师，让他们把这些问题一一攻克。事实证明，他们就是这么做的，而且成功了。”
当第一批EUV机器于2017年投放市场时，每台价格都远远超过1亿美元。一些观察人士怀疑，TSMC、Samsung和Intel这些大型芯片制造商，需求是否真的会出现。在芯片制造商等待EUV成真的那些年里，光刻行业已经开发出巧妙的方法来改进老式的深紫外光。（例如，如果在晶圆上方铺一层水，光线就能更精细地聚焦。）也许EUV在一段时间内并不会那么需要？
但ASML运气不错。就在EUV问世几年后，OpenAI推出了GPT-3，随后又发布了ChatGPT。人工智能迅速进入主流。OpenAI、Google、Meta和Anthropic等公司立刻对越来越高端的芯片求之若渴，因为它们正在建设庞大的服务器农场，用于训练和部署大语言模型。EUV让专为AI定制的芯片设计更容易、更快地量产。Nvidia开始生产顶级GPU——这种处理器非常适合AI训练——单价高达4万美元；大公司对它们的需求几乎无穷无尽。AI战争打响了，而EUV正炙手可热。ASML表示，2025年它向各家公司售出了近50台EUV设备，营收接近400亿美元。截至发稿时，这家公司的市值已超过5万亿美元的一半。
ASML的新机器并不缺潜在客户。但有一个客户尤其特殊，且财力雄厚，却无论出多少钱都买不到：那就是中国。
美国希望削弱中国制造尖端AI芯片——或者任何先进芯片——的能力。因此，当ASML于2017年开始出售其最初的EUV机器时，特朗普政府成功向荷兰政府施压，要求禁止该公司向任何中国企业出售这些设备。美国还对中国电信巨头华为实施了出口管制，禁止美国公司使用其4G和5G设备。
这记双重打击激怒了中国政府，并促使其采取行动。中国如今正投入数十亿美元追赶，并试图开发自己的EUV芯片图案化技术。路透社去年冬天的一篇报道发现，一个由政府支持、雇用了前ASML员工的秘密项目拼凑出了一台巨大机器，庞大到占满了整个实验室的地面。它的实际表现目前尚不清楚。Hijink说，这个实验很可能确实在制造一些芯片，但他怀疑它无法实现工业化规模生产。
官方上，政府否认自己在推动开发EUV技术。《环球时报》的一篇社论——这家报纸与中国政府关系密切——对该报道不以为然，声称中国仍乐于与西方合作以获得芯片。“我们的目标从来不是在孤立中建立一个自给自足的‘技术孤岛’，”社论写道，“而是在实现关键技术自主可控的基础上，更深、更平等地融入全球创新网络。”
专家表示，现实情况介于两者之间。中国当然渴望具备国内制造高端芯片的能力。而且与ASML不同，它并不需要自己的EUV设备既高效又盈利，每小时大约产出200片晶圆。哪怕有任何产出，都能帮助它减少对西方的依赖。
“Koch说：‘他们会很乐意拥有一种每小时只处理一片晶圆、而且运行成本高得吓人的工具。’‘他们会建起一座配备上千台这种设备的晶圆厂，并对此非常满意。’
不过，有些人告诉我，能够高效地产生和管理EUV光本身就是一项可能需要多年才能攻克的壮举。与此同时，中国将会大力依赖上世纪90年代开发出的深紫外光刻技术，充分利用一种替代但更慢的方法，即多重图案化。专注于安全与技术议题的智库“特殊竞争研究项目”（Special Competitive Studies Project）技术领导高级顾问David Lin说：“他们会把DUV推进到极限。”
AI竞赛也在推动中国想出越来越巧妙的方法来开发不依赖最快AI芯片的LLM。在美国，OpenAI、Anthropic和Google正争夺谁能买到最多、最强劲的Nvidia芯片。由于中国无法以这种方式竞争，它的创新不在硬件而在软件——正在构建像DeepSeek这样更轻量级的LLM。
随着中国加速行动，ASML依然把重点牢牢放在缩小尺寸上。为了进一步缩小，Benschop和他的工程师们决定，他们不会转向一种新的光源，而是做这两步中的第二步：把机器的数值孔径提高50%以上（如果有人想核对具体数字，那就是从0.33的NA切换到0.55）。这将使他们能把晶体管尺寸缩小近一半，并让芯片上的密度几乎增加到三倍。
这也会更容易实现。由于不需要开发一种全新的光源，这台基于高数值孔径EUV、即“high NA”的新机器将是渐进式的，而不是革命性的。
不过，建造新系统确实带来了一些棘手的挑战。在EUV机器中，把图像转移到晶圆上的方式，是先让光照射到掩模版上的微芯片图案，然后使用光学系统接收反射光并将该图案缩小，缩到晶圆上所需的尺寸。光在任何时刻只会照到掩模版的一部分，因此需要快速来回移动掩模版，把图案的每一部分都暴露在光下。
提高数值孔径意味着他们可以在掩模版上做出更小的特征。但这也意味着，部分光线会以更陡的角度射向掩模版，并从上面反射回来。
这正是问题所在。掩模版上的图案是三维的，因此以如此陡的角度入射的光会造成阴影——就像斜射的阳光会在大峡谷中投下阴影一样。这会削弱机器生成清晰图案的能力。
新的掩模版移动时的加速度最高可达22g，比公司最初的EUV机器快得多。“别试着坐上去，因为你会晕过去。”
解决办法是改变掩模版上的图案——连同镜子接收光线并将其缩小、从而把图案转移到晶圆上的方式。如今掩模版上的设计会变得比宽度长一倍——可以说，是在一个维度上被拉伸了。
但这一设计也带来了自己的问题。对镜面的改动意味着，在一次扫描中，晶圆上被曝光的区域只有原来 EUV 机器的一半大小，从而降低了系统速度。而 ASML 不能容忍任何减速：芯片制造商为它支付的是吞吐量极高的机器，每小时大约可处理 200 片晶圆。
如果系统的一部分慢了下来，另一部分就必须加快。工程师们决定让机器移动掩模版更快，这意味着要让整个机构更轻，并对其进行大幅重新设计。新的掩模版加速度最高可达 22g，比公司最初的 EUV 机器快得多。Pieters 对我说：“别想坐在上面，因为你会晕过去。”晶圆台也同步以更快的速度移动。
与此同时，在德国，蔡司的工程师们正忙着设计镜片，以适应更高的数值孔径和光线的非对称成形。新镜片的尺寸将大约是普通 EUV 机器中镜片的两倍，而承载光线从掩模版传到晶圆的投影系统，重量足足达到 12 吨，是以前的七倍。蔡司建起了一条新的机器人辅助生产线来处理这些笨重的新家伙。公司表示，它们是他们制造过的最平滑的表面。
与此同时，ASML 也在努力让其 EUV 光源更强，以帮助加快晶圆曝光过程。工程师们计算出，如果像在第一台机器中那样每个锡滴只用激光击中两次，改为击中三次，就能提高 EUV 的输出。这意味着，原本就已经高度紧张的喷锡系统需要再提速 50%。ASML 位于圣迭戈、负责制造 EUV 光源的工程主管 Alex Schafgans 说：“激光器只会越来越大。”
事实上，如今单台机器的激光器已经占满整整一个房间。Benschop 向我展示完那台庞大的 high-NA 设备后，我们穿过走廊，走进一个房间，里面塞满了高达六英尺、与激光系统有关的笨重箱体。透过这些装置侧面的微小窗口，我们可以看到用于产生激光光线的发紫色发光等离子体。
当 high-NA 机器开始下线时，有一家公司的目光早已迫不及待：Intel。该公司买下了第一台公开出售的 high-NA 机器，并在 2024 年春天派出 300 名 ASML 工程师前往俄勒冈州的一座 Intel 工厂，开始组装和测试它。
Intel 负责硬件和光刻解决方案的 Intel fellow Mark Phillips 笑着说：“ASML 真的还在其中一个箱子上系了一个巨大的丝带。”他的团队一直在测试这台机器，查看它的表现有多好；Phillips 不愿透露细节，只说他对“工具健康状况的快速进展”感到“非常满意”。他也没有给出 Intel 何时会开始用它制造芯片的日期，不过观察人士表示，这很可能会在明年发生。公司计划循序渐进，先只把它用于芯片上的少数几个高精度部件，然后再逐步扩大到越来越多的环节。
关键在于，这是一次夺回昔日光环的机会。英特尔曾经是硅晶圆领域的巨头，既为电脑和服务器设计最前沿的 CPU，也在自己的晶圆厂里把它们制造出来。但到了 2010 年代，新的大市场变成了手机芯片，以及用于 AI 和游戏的 GPU，英特尔迅速失去了优势。苹果设计了自己的移动芯片（并交由台积电代工），英伟达也在 GPU 上做了同样的事。谷歌则在 2015 年开始批量推出自己由台积电制造的 AI 芯片，名为 TPU，不久后就把数据中心塞满了这些芯片。
因此，英特尔在 2021 年宣布了一项豪赌。它将积极展开代工业务，目标是与台积电正面交锋。英特尔代工厂不再制造英特尔自家的芯片，而是为手机和 AI 芯片制造商等客户生产他们设计的芯片。
英特尔希望，率先掌握 high-NA 技术能让自己在这场硅晶圆竞赛中占得先机，使其能够比任何人都更快地打印出微小图案。
这也可能让客户的事情变得更简单。多年来，在等待 EUV 设备出现的过程中，芯片设计师们一直采用多重图形化技术，试图从旧式光刻工艺中榨出更多潜力。每颗芯片都由多层结构构成，这些层被逐一沉积下来，用来形成开关和布线等组件。如果你正在处理其中某一层，而需要做出比设备通常能够生成的更小特征，就可以把该层的图形拆分成多个图形，再让晶圆一次次分别曝光。这一策略帮助芯片制造商继续使用更老旧（也更便宜）的设备，同时仍能制造出越来越微小的组件。但多重图形化非常麻烦：复杂的图形叠加更难设计，而且打印每颗芯片的速度也更慢。如果你知道自己可以进行“单次图形化”，也就是一次完成每一层的曝光，那么芯片设计就容易得多。
观察人士表示，要在台积电和三星的主场建立一个能够胜出的代工业务并不容易。Hijink 说：“跳级超越是很困难的。”但同样也确实存在这样一种情况：高科技世界对更好芯片有着极其贪婪的需求，而英特尔可能正因为这一点而成功，哪怕台积电和三星也无法满足全部需求。
Koch 说：“有外溢需求，所以英特尔能靠这个活下来。现在甚至都不是残羹剩饭了，而是一顿正餐。它也许不是最好的代工厂，但它能造芯片，而能做到这一点的公司只有三家，对吧？”
就台积电而言，在 high-NA 方面似乎是在按兵不动。该公司写给《MIT Technology Review》表示：“台积电将在 high-NA EUV 技术成熟并能够为客户带来最大收益时部署它。”一些人怀疑，在 2030 年代之前，它不会大规模使用这些机器。部分原因在于成本：台积电对以尽可能低的成本生产芯片极为执着，而这些 high-NA 设备每台高达 4 亿美元，远远超过此前的 EUV 设备。并且不同于那些旧设备，新机器并不是一次革命性的跃升。
“从能力上说，这大概提升了 30% 到 50%。”分析师、前 ASML 员工 Koch 说。“这可能是第一款没有立刻显而易见地让 ASML 在商业上说得通的工具。”
Koch 说，这并不是说这个行业最终不会大规模接受 high NA。若想继续把制程做小，大多数公司都将不得不这样做。但 TSMC 更有可能继续尽可能地沿用现有的 EUV 工具，通过繁琐的多重图形化工艺，尽可能榨取这一代技术的潜力，直到它绝对需要切换为止。
Koch 说：“只有当行业再也无法继续扩展——哪怕只是一点点——现有做法时，才会发生范式转移。”
想要打破当前力量平衡的并不只有中国。ASML 的主导地位，以及其设备成本的不断攀升，也在促使其他新创公司行动。不过，他们并不是试图复制 ASML 在 EUV 上的突破，而是在另辟蹊径——研发使用完全不同形式光源的光刻设备。他们承诺，这些设备会便宜得多，而且同样强大。
其中一家是位于旧金山的初创公司 Substrate。公司成立四年，正在研发一种利用粒子加速器产生的 X 射线的设备。X 射线的波长极其微小，这使它成为制造超细微结构的潜在强大方式。
粒子加速器在历史上一直体积庞大，这使它们难以被纳入芯片制造流程。Substrate 表示，它已经利用粒子加速领域数十年的科学进步，做出了一种更小、适合量产的光源。
去年，该公司发布了图片，显示其已经制造出精细图案；Proud 说，这种图案如今只有高 NA EUV 机器才能实现。他表示，Substrate 的目标是在 2030 年前实现芯片规模化生产。
但 Proud 并不打算把这些设备卖给 TSMC 或 Intel。事实上，他根本没打算卖给任何人。相反，Substrate 想建立自己的晶圆厂，使用自己的工具来制造芯片。
“我们将需要的芯片数量，将会比你现在所能想到的最疯狂预测还要高出许多个数量级。”
James Proud，Substrate 联合创始人兼首席执行官
Proud 认为，半导体行业需要新的方法，因为它已经变得过于昂贵、也过于集中。公司指出，如今建一座晶圆厂的成本可达 250 亿美元，而在 2010 年代这一数字约为 50 亿美元。Proud 说，这正在把一片装满先进芯片的晶圆成本推高到接近 10 万美元。
他说：“我认为，这个成本高得令人难以承受。” 供应链中的产能也不够：“它相对缓慢，而且很难灵活应对当前需求的增长。”他很钦佩 ASML 的 EUV 设备——那是“这项技术的巅峰实现”——但行业仍需要新的方法。
这部分原因与国家安全有关。Proud 和他的团队认为，让美国依赖外国供应太危险了。但他也预测，当前的 AI 热潮将进一步加速，催生对芯片的巨大需求，而现有的 ASML/TSMC 双头垄断将无法满足：“我们将需要的芯片数量，将比你们现在所能看到的最疯狂预测还要高出许多个数量级。”
Substrate 预计，它能够以每片 10,000 美元的价格生产成品晶圆——只有 Proud 预计整个行业未来价格水平的十分之一。Proud 表示，这部分是因为公司的系统将采用垂直整合模式，能够掌控芯片制造流程的所有环节；但也因为其光刻工具会更简单：“我们能够把它组装成一种更简单的方案。”
不过，Substrate 对其计划守口如瓶。与 ASML 不同，该公司并未就其如何产生光，或这些光随后如何转化为在晶圆上刻画图案提供细致说明。
Substrate 的雄心让一些业内观察人士感到担忧。Hijink 认为，要同时掌握一种新的光刻形式和高吞吐量晶圆厂技术，或许“不可实现且不可能”，因此他把这家公司的保密姿态视为一个危险信号。“这个行业讲究开放式创新，”他说。
Koch 则对它的雄心和融资规模印象更深。他说，它所追求的这类技术“真的很酷”，“很有意思”。但他补充说：“从实验室规模的演示到大批量生产之间，还有很长的路要走。”“这会不会像对 ASML 的迫在眉睫的颠覆？大概不会。”
另一家瞄准与 Substrate 大致同一时间进入市场的初创公司是 Lace Lithography。该公司位于挪威，正在开发一种完全不同的路线——一种根本不使用光的方案。取而代之的是，将一束经过激发的氦原子对准掩膜上的图案。当氦原子随后撞击晶圆时，这些原子会把能量传递给晶圆，从而把设计图样转移到芯片上。
这一想法其实由来已久。首席执行官 Bodil Holst 在 2008 年接手这一方向，当时她是一名研究原子束应用的物理学家。麻省理工学院教授 Henry “Hank” Smith 是利用 X 射线进行光刻的先驱，他告诉她应该探索利用原子作为制造微芯片的机制，因为当时他并不确定 ASML 的 EUV 豪赌是否会成功。“即便它成功了，我们最终还是会需要原子，”他告诉她。
Holst 进行了一些实验以进一步研究这一想法，并与前博士生、物理学家兼机器学习专家 Adrià Salvador Palau 合作创办了 Lace。和 Substrate 一样，它的工具也与 ASML 的庞大设备完全不同。被激发原子的来源“看起来有点像火箭发动机，”Palau 说。“非常酷。”EUV 的波长为 13.5 纳米，而氦原子可提供 0.1 纳米的精度。该工艺所需电力也少得多，而且这台机器的设计目标是远小于现有设备。Holst 告诉我，公司计划在 2029 年或 2030 年前准备好向晶圆厂出售机器。
“我觉得每个人都非常期待某种能够延伸路线图、超越光、超越EUV的技术，”Palau说。
ASML正带着好奇观察这些后起之秀。Benschop说，他无法判断Substrate的技术是否能稳定且经济地运行，因为这家公司没有解释任何有关其工艺的内容。但他去参加过一个会议，Holst和Palau在会上做了演示，概述了Lace Lithography的技术。
“我对他们的做法印象极其深刻，”他说。不过，他表示问题在于，他认为这种工艺在晶圆上形成的图形不够深，无法真正派上用场。“我看不出他们如何把它扩展成可行的大规模产品，”他对我说。
他怀疑，在可预见的未来，ASML对EUV的掌控会让它继续占据上风。“到目前为止，我还没有看到可行的替代方案，”他说。他认为，在最先进芯片代际的大规模制造方面，“没有真正的第二名”。
塔夫茨大学国际历史教授、著有《Chip War》一书的Chris Miller说，芯片制造中的重大变革确实进展缓慢，这本书讲述了围绕这一行业主导权的全球争夺。“毫无疑问，我们最终会有EUV的替代方案，”他通过电子邮件对我说，“但值得注意的是，光刻技术的转变历来需要数年，甚至数十年。”
ASML的高管们也在思考他们的未来。Benschop预计，high-NA技术将在2030年代主导芯片制造。那之后呢？事实上，整个行业过去确实往往每隔十年就会转向一种新的光源形式。
“你也许会说，现在是下一个十年的时候了，”我们脱下兔子服、他端着咖啡放松下来后，他对我说。
但ASML的高管们怀疑，他们可以通过进一步提高现有机器的数值孔径，从EUV中继续榨取更多能力。他们已经在琢磨一种设计，把0.55的NA提升到0.75：也就是“hyper NA”。这可能让他们以6纳米的分辨率在晶圆上曝光图形。他们还在努力把各种光学组件标准化为单一尺寸的平台，这样客户就可以订购一台分别适配普通EUV、high-NA或hyper NA的机器。如果这些都装在同样尺寸的机身里，那么把它们集成进晶圆厂的成本和物流都会更简单。如果公司真的推进这一方案，Benschop估计，hyper-NA设备可能会在七八年后进入市场，并在2030年代下半叶实现批量销售。
就目前而言，球在ASML这边。“我们正在逼近物理极限，”Pieters对我说。现在的问题是，是否还有别的人能逼得更紧。
Clive Thompson是常驻纽约市的科技与科学记者。他曾为MIT Technology Review 2021年计算专刊撰写过关于ASML原始EUV机器研发的报道。
马斯克保持了冷静，而 OpenAI 的律师则用尖锐的问题步步紧逼，追问他起诉这家公司的动机。
来源与参考