揭秘ASML如何生產“天價光刻機”？

在荷蘭一處大型實驗室的嚴密大門之后，一臺機器正徹底革新微芯片的制造模式 —— 這便是 ASML 耗時近十年研發(fā)的高數值孔徑（High NA）光刻機。這臺設備造價超 4 億美元，堪稱全球最先進、最昂貴的芯片制造設備。

CNBC 于 4 月探訪了荷蘭的該實驗室。在此之前，High NA 設備從未被公開拍攝過，甚至 ASML 內部團隊也少有機會記錄其真容。實驗室中，High NA 認證團隊負責人 Assia Haddou 近距離展示了這臺 “比雙層巴士還要龐大” 的設備。

該機器由四個模塊組成，分別在美國康涅狄格州、加利福尼亞州、德國和荷蘭完成制造，隨后在荷蘭費爾德霍芬的實驗室進行組裝、測試與認證，最后拆解運輸。Haddou 提到，運送一套系統(tǒng)需要七架部分裝載的波音 747 飛機，或至少 25 輛卡車。

2024 年，全球首臺 High NA 設備在英特爾俄勒岡州的芯片工廠完成商業(yè)化應用。截至目前，這類巨型設備僅交付了五臺。能夠負擔其成本的廠商寥寥無幾，包括臺積電、三星和英特爾，它們正加速生產以制造數百萬顆芯片。

High NA 設備是 ASML 極紫外光刻機（EUV）的最新一代產品。作為 EUV 設備的獨家制造商，ASML 的 EUV 是全球唯一能投射最先進微芯片最小電路藍圖的光刻設備。英偉達、蘋果和 AMD 等巨頭的芯片設計均依賴 EUV 技術。ASML 表示，所有 EUV 客戶最終都將采用 High NA 技術，其中還包括美光、SK 海力士和 Rapidus 等其他先進芯片制造商。

全球科技研究與咨詢公司 Futurum 集團首席執(zhí)行官 Daniel Newman 指出：“ASML 已完全壟斷了這一市場?！?當 CNBC 記者詢問 ASML 總裁兼首席執(zhí)行官傅恪禮（Christophe Fouquet）“是什么阻止 ASML 進一步提高設備價格” 時，他解釋道，隨著設備升級，芯片生產成本反而會降低。傅恪禮表示：“摩爾定律告訴我們，必須持續(xù)降低持有成本。人們普遍認為，成本下降能創(chuàng)造更多機會，因此我們必須參與這場競賽。”

ASML 的兩大主要客戶已證實，High NA 相比前代 EUV 設備性能顯著提升。今年 2 月的一場會議上，英特爾透露已使用 High NA 生產約 3 萬片晶圓，其可靠性約為前代產品的兩倍；三星則表示，High NA 可將生產周期縮短 60%，意味著芯片每秒能完成更多運算。

“一場高風險的投資”

High NA 通過提升速度與性能，既能降低芯片價格，又能提高良率 —— 即每片晶圓上的可用芯片數量更多。這得益于其更高的分辨率，可精準投射芯片設計圖形。High NA 延續(xù)了 EUV 的工藝流程，但采用了更高數值孔徑的光學系統(tǒng)，能用更少工序實現更小尺寸的芯片圖形投影。

ASML 技術執(zhí)行副總裁 Jos Benschop 表示：“High NA 有兩點核心優(yōu)勢：首先是圖形微縮能力提升，意味著每片晶圓可容納更多芯片單元；其次，通過減少多次曝光，能加快生產速度并提高良率。”Benschop 于 1997 年加入 ASML（彼時公司上市僅兩年），曾推動 ASML 全力投入 EUV 技術 —— 這項技術耗時 20 余年才研發(fā)成功?！暗藗兺雎粤艘稽c：我們差點沒能推動這項技術?！?他說，“這是一場高風險的前瞻性投資，因為項目啟動時，我們根本無法確定技術能否成功?！?/p>

2018 年，ASML 證明了 EUV 的可行性，此后各大芯片制造商開始批量訂購。而在二十年前，制造大量極紫外光、使其穿過日益縮小的芯片掩模版并投射到涂有光刻膠的硅晶圓上，幾乎是天方夜譚。

為產生極紫外光，ASML 以每秒 5 萬滴的速度從噴嘴噴出熔融錫液，每滴錫液被強激光轟擊，產生比太陽更熱的等離子體。這些微小爆炸正是波長僅 13.5 納米的 EUV 光子的來源。極紫外光寬度約為五條 DNA 鏈，極易被所有已知物質吸收，因此整個過程必須在真空中進行。極紫外光經反射鏡反射后，通過鏡頭對準目標，原理類似相機。為解決光被鏡面吸收的問題，德國蔡司公司為 ASML 定制了世界上最平坦的專用反射鏡。

ASML 的早一代 DUV 光刻機使用波長 193 納米的深紫外光，精度較低。ASML 仍在生產這類設備，與日本尼康、佳能競爭 DUV 市場，但它是全球唯一在 EUV 領域取得成功的企業(yè)。

ASML 約在 2016 年啟動價值 4 億美元的 High NA 設備研發(fā)，其工作原理與 DUV 相似，采用相同的 EUV 光源，但有一關鍵區(qū)別：High NA 配備更大的鏡頭開口，能以更大入射角捕捉更多光線，使鏡面接受更陡角度的光束，從而實現更高精度的圖形轉移。借此優(yōu)勢，High NA 設備可一次曝光即完成極小尺寸芯片圖形的轉印，而傳統(tǒng)低數值孔徑設備需多次曝光和多個掩模版。“曝光次數越多，工藝越復雜，良率也會下降?！?傅恪禮說。

分辨率隨數值孔徑（NA）增加而提高，減少了對多掩模版和多次曝光的需求，節(jié)省了時間與成本，但高數值孔徑設備的成本也隨之上升。“鏡面越大，系統(tǒng)體積就越大。” 傅恪禮表示，這類設備還會消耗大量電力?！叭绻恢鸩教嵘?AI 芯片的能效，到 2035 年左右，模型訓練可能會消耗全球能源?！?他透露，自 2018 年以來，ASML 已將每片晶圓曝光的耗電量降低 60% 以上。

中國市場與美國關稅：不確定因素

ASML 以突破性的 EUV 光刻機聞名，但其 2024 年業(yè)務中，較早期的 DUV 光刻機仍占 60%。去年，ASML 售出 44 臺起價 2.2 億美元的 EUV 光刻機；DUV 光刻機價格低得多（500 萬至 9000 萬美元），但 2024 年售出 374 臺。中國是 DUV 光刻機的主要買家，占 ASML 2024 年第二季度業(yè)務的 49%。

傅恪禮表示：“中國市場銷售額達峰值，是因為 ASML 直到去年才完成大量積壓訂單的交付。到 2025 年，中國業(yè)務占比應會恢復至 20% - 25% 的歷史正常水平?！?美國出口管制禁止 ASML 向中國出售 EUV 光刻機，該禁令始于特朗普政府時期。Futurum 集團的 Newman 認為，中國自主研發(fā) EUV 的可能性極低，可能會轉而用 DUV 光刻機制造智能手機等設備。

在人工智能競爭中，美國對先進技術流入中國的擔憂加劇，這也推動了芯片股上漲 ——ASML 股價于 7 月創(chuàng)歷史新高。Benschop 稱：“ASML 尚無法明確關稅對公司的影響。公司在全球有約 800 家供應商，關稅影響十分復雜?！?/p>

制造一臺 High NA 光刻機需經歷多次進出口環(huán)節(jié)：四個模塊分別在美國、荷蘭、德國制造，運往荷蘭組裝測試后拆解，再運至美國或亞洲的芯片廠。多年來，亞洲占 ASML 業(yè)務的 80% 以上，2024 年美國市場份額約 17%，且增長迅速。ASML 全球員工 4.4 萬名，其中 8500 人在美國 18 個辦事處工作。

2024 年，ASML 北美出貨量主要流向英特爾 —— 該公司正在美國俄亥俄州和亞利桑那州建設新晶圓廠。盡管英特爾近年發(fā)展受挫，傅恪禮仍稱其是 ASML 的重要合作伙伴，對美國半導體獨立發(fā)展至關重要。

臺積電在芯片制程上領先于英特爾，其位于美國菲尼克斯北部的新晶圓廠已投入量產。作為美國本土最先進的芯片廠，其對 High NA 設備的需求可能很快顯現。與此同時，ASML 正在美國亞利桑那州建設首個培訓中心，傅恪禮透露該中心將在未來幾個月啟用，目標是每年培訓 1200 名 EUV 和 DUV 技術人員，產能不僅滿足美國需求，還將用于全球人才培訓。

此外，ASML 計劃進一步提升下一代設備 Hyper NA 的數值孔徑。傅恪禮表示，公司已完成下一代設備的部分光學設計草圖，且其制造難度未必很高。他預計，Hyper NA 的需求將在 2032 年至 2035 年間出現，但未對價格進行預估。目前，ASML 專注于滿足 High NA 設備的需求，計劃今年至少再交付五臺，并在未來幾年將產能提升至 20 臺。

來源：愛集微、CNBC 專欄作家 Katie Tarasov