ASML 如何拿下 EUV

这篇文章深入回顾了极紫外光（EUV）光刻技术的发展史。尽管 EUV 的核心基础研究主要由美国顶尖科研机构（如贝尔实验室、国家实验室）和英特尔推动，但由于当时美国本土光刻设备厂商在市场竞争中落败，以及出于对日本竞争对手的防备，这项关键技术最终被授权给了被视为“中立”的荷兰公司 ASML。这一案例深刻揭示了一个核心矛盾：拥有最先进的科研成果，并不等同于能够成功地将其商业化并占领市场。

半导体微缩的物理瓶颈

摩尔定律的延续依赖于光刻技术的不断进步，即在硅片上刻画出微观电路图案的能力。从上世纪 70 年代的 10,000 纳米到如今的几纳米，晶体管的缩小逼近了光的物理极限。

当光穿过掩膜上的微小开口时，会发生衍射现象（Diffraction），导致投影出的图像边缘模糊。为了解决这个问题，业界必须寻找波长更短的光源。这便是极紫外光（EUV）登场的背景，它使用波长仅为 13.5 纳米的光来制造芯片。

漫长的试错：寻找光学的继任者

在 EUV 确立地位之前，研究人员花费了数十年探索各种替代方案，但都面临着无法克服的商业化障碍：

• 电子束光刻（E-beam）： 精度极高，不需要掩膜。但致命弱点是速度太慢，处理一片晶圆需要数十小时，无法满足大规模量产需求。
• X 射线光刻（XRL）： 曾被视为最有希望的接班人。但它需要巨大的同步加速器作为光源，且难以制造缩小图像的透镜。

与此同时，传统的光学光刻技术生命力惊人。通过浸没式光刻和多重曝光等技术，老一代技术不断突破预期极限，这被称为 Sturtevant 定律：

“光学光刻的终结永远在 6 到 7 年之后。过去如此，将来也如此。”

EUV 的崛起：从透镜到反射镜

由于没有材料能像透镜一样聚焦 X 射线，研究人员必须彻底改变思路。日本 NTT 的 Hiroo Kinoshita 和美国实验室的研究者们发现，可以使用多层反射镜（Multilayer Mirrors）来控制光线。

• 技术原理： 利用不同材料（如钼和硅）的交替层产生的干涉效应来反射光线。
• 精度挑战： 为了实用，反射镜的制造精度必须达到纳米级别。这相当于在制造哈勃望远镜级别的镜片。
• 更名策略： 为了摆脱旧技术失败的阴影，研究界将“软 X 射线”更名为“极紫外光（EUV）”，尽管其物理本质并未改变。

关键转折：EUV-LLC 联盟与英特尔的豪赌

1996 年，美国政府停止了对 EUV 研究的资助。在技术尚不成熟、前景不明朗的时刻，英特尔（Intel） 站了出来，投入巨资组建了 EUV-LLC 联盟。

这个联盟不仅汇集了摩托罗拉、AMD 和 IBM 等巨头，更关键的是它整合了美国国家实验室（桑迪亚、劳伦斯利弗莫尔、伯克利）的科研力量。

英特尔是那个“占股 95% 的大猩猩”，它利用自身的巨大影响力，强行延续了 EUV 的生命。

为什么是 ASML？

在 EUV-LLC 成立时，美国本土的光刻机厂商已在市场竞争中几近消亡。市场上由日本的尼康（Nikon）和佳能（Canon）主导，荷兰的 ASML 紧随其后。

联盟需要一家有能力制造设备的公司加入，但面临艰难的选择：

• 拒绝日本厂商： 由于此前的半导体贸易战和美国产业被日本重创的记忆，将美国资助的尖端技术交给尼康或佳能是政治上不可接受的。
• 选择“中立”方： 荷兰的 ASML 被视为美日半导体战争中的“中立地带”。
• 英特尔的推动： 英特尔最在乎的是能否买到机器，而非机器由谁制造。因此，英特尔极力游说，允许 ASML 加入联盟并获得技术授权。

最终，ASML 成为了唯一一家能将这些美国研发成果带过终点线的公司，而美国本土企业则彻底退出了光刻机制造舞台。

漫长的商业化之路

即使有了技术原型，EUV 的量产之路依然比预期漫长得多。

• 光源难题： 产生足够强度的极紫外光极度困难，需要将锡滴轰击成等离子体。
• 资金黑洞： 开发难度之大，迫使 ASML 在 2012 年不得不接受来自英特尔、台积电和三星的巨额注资（共计数十亿美元）以维持研发。
• 最终落地： 直到 2013 年 ASML 才出货首台量产型机台，而此时距离基础研究的开始已经过去了三十多年。

核心启示

EUV 的故事是一个关于全球化分工与技术主权的复杂案例。

美国拥有世界上最强大的科研机构（DARPA、贝尔实验室、国家实验室），完成了从 0 到 1 的突破。然而，由于缺乏本土制造能力和市场竞争力的丧失，美国最终无法独自掌控这一战略节点。

发明一项可行的技术，与在市场上利用该技术取得成功，是两件截然不同的事情。

今天，尽管核心基础源于美国，但全球所有顶尖芯片制造商（包括美国的英特尔）都必须依赖这家欧洲公司制造的设备来生产最先进的芯片。