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ASML耗時近十年研發的價值逾4億美元的High NA極紫外光刻機，憑借其尖端光刻技朮，正引領全球晶片制造邁入新時代。
在荷蘭一處高度機密的實驗室內，一台價值超過4億美元的先進設備正悄然改變全球微晶片的製造方式。這是由阿斯麥/ASML耗時近十年研發的高數值孔徑/High NA極紫外光/EUV微影機器，也是目前全球最先進、造價最高的晶片製造工具。
在半導體制造領域，光刻技朮一直被視為決定晶片性能與產能的關鍵瓶頸。作為全球光刻設備領域的領導者，ASML最新推出的High NA極紫外光刻機，正是在這一背景下應運而生，它不僅代表了光刻技朮的頂尖水平，更預示着晶片制造進入了一個全新的時代。
High NA極紫外光刻機：開啟晶片制造新時代
極紫外光刻/extreme ultraviolet lithography，簡稱EUV，又稱作超紫外線平版印刷術, 是一種使用極紫外光波長的微影技術，目前用於7納米以下的先進製程，於2020年得到廣泛應用。
如今，High NA是ASML最新一代的極紫外光微影設備。ASML也是全球唯一能夠生產EUV微影機器的公司，而EUV技術則是當今唯一能夠實現最先進晶片藍圖所需精度的工具。像是英偉達/Nvidia、蘋果/Apple與AMD等科技巨頭的晶片設計，若無EUV，根本無法實現量產。
今年四月，High NA認證團隊負責人Assia Haddou首度公開近距離觀察這台巨型設備，她形容它的體積“比雙層巴士還要大”。
High NA系統由四個主要模組構成，分別在美國康乃狄克州、加州、德國以及荷蘭製造，最終集中至荷蘭費爾德霍芬的ASML總部進行組裝、測試與驗證，再拆卸並運送至客戶手中。根據Haddou的說法，整個系統的運輸需動用七架滿載零件的波音747飛機，或至少25輛大型卡車。
目前，全球首台商用High NA系統已交付英特爾，並預計於2024年在美國俄勒岡州的晶圓廠安裝使用。截至目前為止，全球僅有五台這類機器完成交付。此外，只有少數企業具備使用此類技術生產晶片的能力，包括台積電、三星與英特爾等業界龍頭，正加緊利用此設備以生產數以百萬計的先進晶片。
ASML表示，其現有的所有EUV客戶最終都將採用High NA技術，其中包括美光、SK海力士以及日本新創晶片公司Rapidus。有分析師對此評價道，“ASML已經完全壟斷了這個市場。”
當被問及“究竟是什麼因素阻止公司將機器售價定得更高”時，ASML負責人解釋說，隨著設備技術的進步，晶片生產的整體成本反而會下降。“摩爾定律告訴我們，必須持續降低成本。市場相信，降低成本能帶來更多機會，而我們必須積極參與這個過程。”
而該公司的兩大主要客戶也證實，High NA相比ASML先前的EUV設備帶來了顯著改進。英特爾在二月的一場會議中透露，迄今已利用High NA生產約3萬片晶圓，且該機器的穩定性是前代產品的兩倍。同場會議上，三星指出，High NA能將晶片製造週期縮短60%，意味著晶片產能和效率大幅提升。
ASML高NA技朮革新：提升晶片解析度與產能
由於速度與性能的提升，高NA技術能有效降低晶片成本。同時，高NA也提高了產能，意味著每片晶圓上可生產出更多晶片。
這得益於其能以更高解析度投射晶片設計。高NA沿用了與EUV機器相同的工藝，但其鏡頭孔徑更大，能以更少的曝光步驟完成更細微的晶片圖案。
ASML技術執行副總裁Jos Benschop表示，“高NA帶來兩大核心優勢。首先，也是最重要的，是晶片尺寸縮小，讓每片晶圓能容納更多元件。其次，透過減少多次曝光的需求，加速製造流程並提升良率。”
早在2018年，ASML成功驗證了EUV技朮的可行性，主要晶片制造商開始大量釆購這台機器。二十年前，這個想法几乎被視為不可能：如何產生大量極其微小的極紫外線光束，通過越做越細的掩模，將晶片設計精准投射到塗有光刻膠的硅晶圓上。
為了產生EUV光，ASML以每秒5萬滴的速度噴射熔融錫液，用強激光照射每一滴錫液，激發出比太陽表面還熾熱的等離子體。微小的爆炸釋放出波長僅13.5納米的EUV光子。
這種EUV光的波長約等於五條DNA鏈的寬度，極其微小，且几乎被所有已知物質吸收，因此整個曝光過程必須在真空環境中進行。EUV光線通過鏡面反射聚焦，就像相機鏡頭一樣。為了解決光被鏡面吸收的問題，德國蔡司光學公司為ASML制造了全球表面最平整的專用鏡子。
ASML的舊一代DUV設備使用波長為193納米的深紫外線，精度較低。ASML仍持續生產DUV機器，在這一領域與日本的Nikon和佳能競爭，但它是全球唯一成功實現EUV光刻的企業。
ASML大約從2016年起開始研發價值4億美元的高NA機型。高NA機台與DUV機型工作原理相同，依舊使用EUV光源，但關鍵區別在於數值孔徑/NA的提升。NA越高，鏡頭開口越大，鏡子能捕捉到的光線角度越寬廣。更多來自陡角的光線使高NA機型能一步完成越來越細微設計的轉印。相比之下，低NA機型則需通過多個掩模多次曝光完成。
提高NA不僅提升解析度，還減少了對多次掩模和曝光的依賴，節省時間和成本，但高NA機型造價更高。此外，這些設備耗電量巨大。有專家對此指出，“如果不逐步提升AI芯片的能效，到2035年左右，訓練模型的能源消耗可能達到全球水平。”這也是ASML自2018年以來，成功將每片晶圓曝光所需功率降低60%以上的原因。
與此同時，從中國市場到美國晶圓廠，ASML憑借其復雜且全球化的供應鏈布局和技朮戰略，持續推動着半導體制造的前沿發展。
從中國到美國：ASML的全球供應鏈與技朮戰略
ASML以其突破性的極紫外線/EUV設備聞名，但其較早期的深紫外線/DUV設備在2024年仍占公司業務的60%。去年，ASML共售出44台EUV設備，起價達2.2億美元。相比之下，DUV設備價格較低，介於500萬美元至9000萬美元之間，但銷量更大，2024年銷售了374台傳統DUV設備。
中國是這些DUV系統的主要市場，占ASML2024年第二季度業務的49%。中國市場銷售高峰源於，去年才完成的“大量積壓訂單”。據相關數據顯示，到2025年，中國的業務增長率將恢復到20%至25%的“曆史正常水平”。
美國的出口管制禁止ASML向中國出售EUV設備，這項禁令始於特朗普政府。有專家對此表示，“中國自行開發EUV設備的可能性非常小，但仍會使用最先進的DUV技朮生產智能手機等設備。”
在人工智能AI競爭激烈的背景下，美國對先進技朮流入中國的擔憂加劇，帶動了芯片股飆升，ASML股價在7月創下曆史新高。不過，由於面臨特朗普政府實施的關稅等關鍵不確定因素，ASML股價自那時起已下跌超過30%。
ASML技朮副總裁表示，公司并不清楚關稅具體將如何影響業務。ASML依賴約800家供應商，關稅帶來的影響非常復雜。
制造一台高NA設備涉及多次進口和出口環節。設備的四個模塊分別在美國、荷蘭和德國制造，隨后運至荷蘭費爾德霍芬組裝和測試，再拆卸后運往美國或亞洲的晶圓廠。
長期以來，亞洲市場貢獻了ASML超過80%的業務，2024年美國市場份額約為17%，但增長迅速。ASML全球擁有4.4萬名員工，其中8500人在美國18個辦事處工作。
2024年，大部分高NA設備出貨給英特爾，該公司正在俄亥俄州和亞利桑那州興建新晶圓廠。盡管英特爾近年業績面臨挑戰，但依然是ASML的“重要合作伙伴”，并對美國半導體自主“至關重要”。
同時，ASML正在亞利桑那州建設首個美國培訓中心。該中心將在“未來几個月”內開幕，計划每年培訓1200名EUV和DUV技朮人員。ASML表示，“這不僅滿足美國需求，也將為全球培養更多人才。”
目前，ASML還計划繼續提升下一代設備Hyper NA的數值孔徑。ASML已設計了下一代設備的光學草圖，預計超高NA設備將在2032年至2035年間進入市場，但未對價格進行預測。此外，ASML重點滿足高NA設備需求，計划今年至少再出貨5套系統，并在未來數年將產能提升至20台設備。
在這場半導體技朮的競賽中，High NA不僅代表了制造工藝的極致突破，更象徵着人類對極限創新的不斷挑戰。它不僅提升了芯片性能和生產效率，更為全球數字經濟的發展注入了強勁動力。未來，隨着這一技朮的普及與升級，芯片制造將變得更加精密高效，推動智能設備、人工智能乃至整個科技生態進入一個全新的高度。這不僅是科技進步的里程碑，更是驅動世界邁向更智慧、更互聯未來的關鍵引擎。
