虽然我国正在竞相使用与华为相关的 SiCarrier 和 Yuliangsheng 的本土工具来缩小光刻差距，但现实情况是，极紫外 （EUV） 光刻技术仍然是一个完全不同的领域。能够打印 5nm 以下芯片的机器不仅复杂，而且是全球科学合作的巅峰之作。
以 ASML 为例，这是一家拥有 EUV 虚拟垄断权的荷兰公司。以英特尔、台积电和三星为主要客户，ASML 的主导地位不仅在于技术领先地位，还在于一个任何国家都无法在一夜之间复制的生态系统。
正如《焦点：ASML 之道》所揭示的那样，ASML 并不完全制造 EUV 扫描仪，而是像交响乐一样指挥它们。ASML 不是自己制作光学器件、光源或其他核心模块，而是充当主编排器，协调由 100 多家顶级供应商组成的全球网络。
让我们仔细看看这一技术奇迹——揭开 ASML EUV 系统的结构、其核心组件背后的关键推动因素，以及这种错综复杂的合作如何成为 ASML 占据主导地位背后的驱动力。
从轻质到芯片：ASML 的 EUV 工艺内部
正如 ASML 所解释的那样，其 EUV 光刻就像用“纳米级光手术刀”雕刻电路。想象一下，试图将整本百科全书蚀刻到一粒米上——ASML 的 EUV 机器也做类似的事情：它们使用极短波长的光将微观电路图案“打印”到上面硅晶 圆。
首先，系统需要一个光源。就 EUV 而言，它使用一种特殊的 13.5 nm 波长光——比人类头发细 5,000 倍。这种令人难以置信的短波长使得能够打印出如此微观的图案。但请记住，整个过程必须在真空中进行，因为这种类型的光会立即被空气吸收。如果没有真空，珍贵的EUV光将在到达晶圆之前消失。
接下来，需要超精密反射镜来捕捉、聚焦和引导光线通过系统，就像使用放大镜聚焦阳光一样，但精度要高出数百万倍。这些镜子经过抛光至原子级光滑度，以确保不会丢失光线。
然后，光被成型并通过称为光掩模的“模板”照射，其中包含芯片的电路设计。光线将此图案投射到硅威化饼，几乎就像用手电筒透过剪纸照射，在表面留下微小而精确的阴影。
值得注意的是，ASML 的一项关键优势是其高 NA EUV 技术，该技术使用变形光学器件将图案在一个方向上压缩 4 倍，在另一个方向上压缩 8 倍——就像智能收缩镜头一样。这允许单次曝光创建极其精细的特征。
相比之下，DUV光刻系统（目前我国制造商可以使用的最先进的技术）必须使用多图案化（对同一区域进行多次冲压）才能接近相似的分辨率，这使得工艺速度更慢、成本更高，并且更容易出现缺陷。
ASML 背后的团队努力：关键零部件供应商
二十年。据该公司称，这就是 ASML 及其合作伙伴完善 EUV 光刻技术所花费的时间。回报？一台如此复杂的机器包含大约 100,000 个零件，完美协调地工作，运输单个单元就像精心策划一次小型军事行动——40 个货运集装箱、三架货机和 20 辆卡车，所有这些都协调起来，只是为了将一台机器从工厂运送到晶圆厂。
价格标签呢？最新的 High-NA EUV 机器售价超过 3.5 亿美元——比私人飞机还贵，但对于制造世界上最先进的芯片至关重要。为了实现这一壮举，ASML 与专业供应商合作，每个供应商都掌握自己的零件，制造一台突破芯片制造极限的机器。
蔡司：EUV 光学大师
由于 EUV 光被空气和玻璃吸收，蔡司必须创建一个在真空中工作的完全基于镜子的光学系统。这个奇迹高 1.5 米，重 3.5 吨，由 35,000 多个零件组成。
然而，精度令人惊叹：镜子本身就是光学杰作——如果缩放到覆盖德国，最高凸起仅为 0.1 毫米。每个反射镜都有 100 多个原子精确层，厚度仅为几纳米，以最小的损耗反射 EUV 光。蔡司指出，仅制造一面这样的镜子就需要几个月的时间。
能够处理这种精度水平的专家极为罕见。据报道，风险如此之高，以至于华为试图吸引德国蔡司 SMT（ASML 尖端光学背后的团队）的工程师，提供高达三倍的薪水，以确保他们在 2024 年底的专业知识。
ASML 和蔡司 SMT 之间的依赖关系是绝对的。ASML 已向卡尔蔡司 SMT 投资了 15 亿欧元，并于 2016 年收购了 24.9% 的股份，此后获得了数十亿美元的股息。同期，蔡司SMT的收入从2016年的12亿欧元飙升至2024年的41亿欧元。如果没有蔡司，ASML 的运营将完全停止。
Cymer：EUV 背后的激光功率
接下来是 ASML 与美国公司 Cymer 在激光技术方面的合作。赛默的准分子激光器使用氟化氩 （ArF） 或氟化氪 （KrF） 等气体来产生深紫外光，但对于 EUV 和下一代高数值孔径 EUV 系统，它们依赖于激光产生的等离子体 （LPP） 技术。
在这个过程中，高功率激光每秒向微小的锡滴发射数千次，每个锡滴都有硬币大小，将它们变成发射 13.5 nm EUV 光的等离子体。每个变量——液滴速度、激光能量、真空控制和冷却设计——都必须精确控制，因为即使是微小的变化也会影响整个光刻机的性能。
值得注意的是，2013 年，ASML 收购了 Cymer，以加快半导体 EUV 光刻技术的开发，同时使其远离竞争对手的控制。
沉浸式突破
在供应商的支持下，ASML 在浸没式光刻技术的芯片缩小方面取得了重大飞跃。传统的“干式”光刻将光线通过空气直接照射到晶圆上。然而，浸没式光刻在透镜和晶圆之间插入一层薄薄的高度纯净水。这种水就像光的放大镜，使微小的图案更容易解析——类似于一滴水使下面的物体看起来更大。
在浸入式之前，业界尝试使用较短的波长（例如 157 nm 光）来提高分辨率。但氟化钙镜片会造成双折射，产生无法满足芯片规格的模糊图像。浸没式光刻巧妙地避开了这个问题，坚持使用 193 nm 光，但使用水来提高分辨率。
这项技术是一个现代奇迹：当镜头扫描晶圆时，一层薄薄的水膜必须完美地漂浮在晶圆下方。不会出现一个气泡，不粘在晶圆上，在精致的图案上不留任何痕迹。所有这些都以令人难以置信的速度发生，晶圆的移动速度比肉眼所能跟随的速度还要快。
如果没有关键合作伙伴，这一突破是不可能实现的。德国的蔡司想出了如何调整标准镜头以与浸没式光刻技术配合使用，而飞利浦研究院则利用他们在光学记录方面的专业知识来帮助设计可以精确移动和控制镜头下方水层的系统。
到 2004 年底，ASML 的主要客户台积电已经使用这些早期的浸没式系统生产了第一批功能齐全的 90 纳米节点芯片。
为什么中国还没有迎头赶上
ASML首席执行官克里斯托夫·富凯（Christophe Fouquet）曾表示，中国国在芯片制造方面落后了10到15年——真正的差距可能更大。ASML的领先优势不在于一家公司，而在于一个复杂的技术生态系统。即使竞争对手复制了光刻机的外观，他们也无法获得蔡司的精密镜头、赛马的激光器、台积电的测试设施或多年的微调运行数据。
这就像试图只通过阅读乐谱来演奏一首交响乐：音符就在那里，但如果没有管弦乐队、指挥家和数十年的练习，音乐就永远不会生动起来。这种合作伙伴、专业知识和基础设施的协调使 ASML 保持领先地位，并使我国公司几乎不可能迎头赶上，至少在不久的将来是这样。
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