美國機構:如果中國造不出EUV,跟日本企業合作是一條可行的路線

在全球半導體產業鏈的最深處,藏著一件鮮為人知卻足以改寫行業格局的"超級裝備"租賃。它的體量驚人,超過一輛雙層巴士的長度;它的身價駭人,單臺定價逼近4億美元;它的數量更是極度稀缺,放眼全球不過五臺。這臺裝置並非某個軍事專案的核心裝置,而是承載著下一代晶片製造希望的關鍵引擎。

這臺裝置被秘密部署在荷蘭費爾德霍芬一處安保級別極高的設施內部,就連ASML公司自身的大量技術人員,一生都未必有機會親眼見到它的真容租賃。它有一個讓整個科技圈都為之振奮的名字——High NA光刻機。

說得直白一些,當下我們手中那些搭載頂級晶片的智慧手機、資料中心伺服器、人工智慧計算平臺,其背後所依賴的先進製程工藝,如果沒有High NA光刻機的參與,根本不可能走出實驗室租賃。而英偉達、蘋果、臺積電、三星、英特爾這些站在行業金字塔尖的名字,它們的核心競爭力,在相當程度上都繫於這臺機器之上。更值得關注的是,在高階光刻機這個細分領域,ASML幾乎是唯一的玩家,壟斷程度令人咋舌。

美國消費者新聞與商業頻道(CNBC)的攝製組獲准深入荷蘭費爾德霍芬的ASML核心廠區,為公眾揭開了這臺天價裝置誕生背後的神秘面紗租賃

走進生產車間之前,所有來訪人員必須換上專門定製的無塵防護服,業內人士習慣稱之為"兔子服",隨後還要接受一套嚴格的空氣淨化淋浴流程租賃。這絕非形式主義,而是極端精密製造環境下的硬性要求。在這種級別的生產空間裡,人體脫落的一小片皮屑、一根細小的纖維,都有可能造成價值數百萬美元的晶圓報廢,代價之大超乎想象。

僅在EUV極紫外光刻的專屬廠房內,就駐紮著約2000名技術人員,他們執行全天候24小時不間斷的輪班作業租賃。即便在如此高強度的人力投入下,從零部件製造到整機裝配除錯,完成一臺High NA光刻機的全部流程,仍然需要長達一年半的週期。

帶領CNBC團隊走訪實驗室的是Essia Haddou,她在ASML負責High NA整機系統的效能驗證工作租賃。據她本人透露,儘管自己在光刻機行業已經摸爬滾打了許多年,但每次站在這臺龐然大物面前,內心依然會湧起難以抑制的震撼感。

回顧ASML的成長軌跡,本身就是一部充滿戲劇性的產業史詩租賃

1984年,一位名叫Joost Benschap的工程師加入荷蘭飛利浦集團,僅僅兩週之後,飛利浦便宣佈成立ASML作為其旗下的子公司租賃。創業初期的研發條件極為簡陋,團隊在埃因霍溫一間甚至會漏雨的簡易棚屋裡開展工作,誰也不曾想到這間破屋子日後會孕育出全球半導體裝置領域的絕對霸主。1995年,ASML正式獨立登陸資本市場,又過了兩年,公司管理層便做出了一個在當時看來近乎瘋狂的決定——全面押注EUV極紫外光刻技術。

現任執行長Christophe Fouquet在ASML已經效力超過17個年頭,他在接受採訪時毫不避諱地坦言,EUV技術的攻關之路異常坎坷,公司能夠最終走通這條路,幾乎是"僥倖成功"租賃。從立項到量產,整整耗費了二十多年光陰,起初沒有任何人敢拍胸脯說這條路一定走得通,期間投入的數十億美元研發經費,隨時都面臨打水漂的風險。

那麼,EUV技術的核心原理究竟是什麼?用最通俗的話來解釋,就是以光充當"雕刻刀",把晶片設計圖紙上的精密紋路,一層一層地"拓印"到矽晶圓表面租賃。上一代DUV深紫外光刻機使用的是波長193奈米的光源,在這個技術方向上,日本的尼康和佳能至今仍在與ASML進行著有限度的競爭。而ASML選擇了一條更為激進的路線,直接瞄準波長僅有13.5奈米的極紫外光,這個尺度大致等同於五條DNA雙螺旋鏈並排排列的寬度。

在如此微小的尺度上,光線幾乎會被遇到的所有物質吸收,因此整臺光刻機必須在嚴格的真空腔體內執行,任何空氣分子的干擾都不可接受租賃

而關於EUV光源的產生方式,更是堪稱一場工程學上的"魔法表演"租賃。ASML的方案是透過精密噴嘴以每秒5萬次的頻率噴射出熔融狀態的錫液滴,緊接著用四束高功率二氧化碳雷射同時轟擊這些液滴,瞬間激發出溫度遠超太陽表面的等離子體,等離子體在冷卻過程中便會釋放出EUV波段的光子。這段描述聽上去像是科幻大片裡的橋段,但它每天都在荷蘭費爾德霍芬的車間裡真實地迴圈往復。

光源產生之後還面臨一個棘手的問題——如何傳輸和反射租賃。由於常規光學鏡片會直接吸收EUV光線,德國光學巨頭蔡司專門為ASML量身打造了全球最平整的人造反射鏡面。臺積電曾經用一個極為生動的類比來形容這種精度水平:相當於從月球上瞄準地球發射一束雷射,能夠精準命中地面上的一枚硬幣。

2024年,首臺High NA光刻機被正式安裝到英特爾位於美國俄勒岡州的工廠租賃。隨後英特爾在一次公開場合披露,這臺裝置已經累計處理了大約3萬片晶圓,其執行穩定性大約是上一代產品的兩倍左右。三星方面也給出了類似的積極反饋,表示High NA光刻機能夠將晶片製造的整體週期時間縮短約60%,效率提升極為顯著。

從ASML的產品銷售結構來看,2024全年公司共交付了44臺EUV光刻機和374臺DUV光刻機租賃。EUV裝置的銷量佔比不足8%,但由於單臺售價高達2.2億美元,其貢獻的收入份額卻達到了驚人的38%。至於最新的High NA機型,單臺報價更是直接翻倍到4億美元。

當CNBC記者向Fouquet丟擲一個尖銳問題——既然ASML在全球光刻機市場已經佔據絕對主導地位,為什麼不趁勢進一步抬高售價?Fouquet的回應相當坦率:摩爾定律的底層邏輯要求晶片製造成本必須持續走低,如果ASML在裝置環節設定價格壁壘,整個半導體產業的發展節奏都將被迫停滯,最終反噬的還是自己租賃

不過,ASML並非高枕無憂,擺在它面前的挑戰同樣不少租賃

首當其衝的便是能耗問題租賃。Fouquet本人也坦率承認,這些光刻裝置的電力消耗極為龐大,如果不在能效方面持續突破,按照目前AI算力需求的增長速度,到2035年前後,僅人工智慧訓練一項所需的電力就有可能吞噬掉全球的電力供給。好訊息是,從2018年算起至今,ASML在單片晶圓曝光環節的能耗已經降低了超過60%,進步幅度相當可觀。

此外,國際政治經濟環境的劇變也在給ASML施加壓力租賃。特朗普第二任期掀起的關稅博弈,讓這家荷蘭企業感受到了切實的困擾。Fouquet對此顯得頗為無奈,他表示公司完全無法預判關稅政策的走向,如果真有人能提前算準每一步棋,那早就不用做光刻機了。2026年第一季度財報已經印證了這種不確定性的影響,ASML的新增訂單明顯低於市場預期,關稅政策的搖擺被明確列為直接誘因。

供應鏈的高度複雜性則是另一個繞不開的難題租賃。一臺High NA光刻機由四大核心子系統構成,分別在美國康涅狄格州、德國、荷蘭本土以及加利福尼亞州製造,所有部件先彙集到費爾德霍芬進行總裝和聯調測試,透過驗收後再拆解打包發往客戶。僅僅運輸一臺完整的裝置,就需要調動7架波音747貨機以及25到30輛重型卡車,物流排程的難度可想而知。

從區域市場分佈來看,亞洲長期是ASML的第一大客戶群體,貢獻了超過八成的業務收入租賃。但值得注意的是,美國市場的佔比在2024年已經攀升至17%,而且增長勢頭相當迅猛。為了配合英特爾在亞利桑那州和俄亥俄州的產能擴張計劃,以及臺積電鳳凰城工廠的量產需求,ASML破天荒地在美國本土設立了技術培訓中心,規劃每年培養約1200名專業技術人員。

與此同時,ASML的研發團隊已經在著手規劃下一代產品——代號Hyper NA,坊間傳聞其單臺售價可能飆升至7億美元租賃。雖然Fouquet沒有正面確認這個數字,但他透露客戶群體大約在2032年到2035年之間會產生相應的採購需求。

然而,ASML看似銅牆鐵壁的壟斷地位,並非沒有裂縫租賃。而這個裂縫的源頭,與日本密切相關。

美國半導體研究機構SemiAnalysis近期釋出了一份引發廣泛討論的報告,指出日本佳能公司所研發的奈米壓印(NIL)技術,在理論層面具備與EUV技術分庭抗禮乃至實現超越的潛力租賃。報告強調,該技術的理論解析度不遜於EUV,而裝置採購成本卻要低得多,這一判斷在業內引發了不小的震動。

奈米壓印技術其實並不算全新概念租賃。早在1995年,普林斯頓大學的華人科學家周鬱便最早提出了這一技術構想。2001年,一家名為Molecular Imprints的公司成立並致力於將其商業化,2014年被佳能整體收購。此後,佳能聯合大日本印刷和鎧俠共同推進這項技術的產業化程序。

從技術路線上看,奈米壓印與傳統光刻走的是截然不同的路徑租賃。光刻是利用光線進行掃描式曝光印製,而奈米壓印則更像是用一枚極其微小的"印章"進行機械式壓印,這枚印章的尺寸大約相當於一根頭髮絲的橫截面積。2023年10月,佳能正式推出了型號為FPA-1200NZ2C的裝置,硬體層面已經支援14奈米線寬,對應邏輯晶片的5奈米制程節點,後續還有望進一步推進到2奈米。

不過,奈米壓印技術眼下也面臨不少現實瓶頸租賃。儲存晶片的結構相對規整、重複度高,佳能的這套裝置目前已經交付給鎧俠和美光用於快閃記憶體生產線。但邏輯晶片的情況截然不同,每一層的電路圖案都互不相同,對掩模板的精度和種類要求呈指數級攀升。裝置每秒完成一次壓印動作,印章的微小磨損都會直接拉低良品率。傳統光刻所使用的掩模板能夠支撐大約10萬片晶圓的生產壽命,而奈米壓印的掩模耐久性則要短得多,更換頻率更高,成本壓力不容忽視。

對於中國半導體產業而言,奈米壓印技術的戰略價值尤為突出租賃。佳能的奈米壓印裝置目前並未被列入美國對日本的出口管制清單,這意味著即便ASML的EUV光刻機在對華供應上受到嚴格限制,奈米壓印技術仍然為中國晶片製造提供了一條現實可行的替代通道。

國內企業也在積極佈局這一賽道租賃。杭州璞璘是目前中國大陸唯一一家專注於奈米壓印技術研發的企業,其PL-SR系列裝置已於2025年8月正式交付客戶使用,這也是國內首臺初步實現20奈米以下節點製造能力的奈米壓印裝備。頗為巧合的是,這家企業的創始人葛海雄,正是當年提出奈米壓印概念的周鬱博士的學生,技術傳承脈絡清晰可見。

客觀來說,奈米壓印技術在短期內想要完全取代EUV光刻機來製造高階邏輯晶片,難度依然很大,損耗控制和良品率提升等核心問題仍需持續攻克租賃。但作為一條具有獨立價值的技術備選路線,它絕對值得投入資源進行長期研發。特別是在當前光刻機裝置面臨多重限制的大背景下,多掌握一條技術路徑,就意味著多一份應對不確定性的底氣。

ASML憑藉數十年的技術積澱構築起了深厚的競爭壁壘,但如果我們把目光放到更長的歷史維度去審視,就會發現一個樸素的規律:在技術迭代的洪流面前,從來沒有哪家企業的壟斷地位是永恆不變的租賃。真正決定未來格局的,永遠是下一個敢於換道超車的創新者。

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