NIKKEI——日本经济新闻中文版

阿斯麦总部位于荷兰南部费尔德霍芬（图片：日经XTECH）
     

      世界最大的半导体制造设备企业荷兰阿斯麦控股（ASML Holdings）是AI时代具有代表性的欧洲企业。阿斯麦是全球唯一成功开发出用于制造最先进半导体的极紫外（EUV）光刻机的企业，这类设备对于像美国英伟达（NVIDIA）生产GPU（图形处理器）等最尖端芯片不可或缺。在半导体光刻机领域，阿斯麦掌握9成的份额，总市值目前位列欧洲第三。我们通过对总部的独家采访，深入探访了其强大实力的秘诀。
    
   
   
      光刻原理“与40年前相同”

  
 
作为阿斯麦最初产品的g/h线光刻机“PAS-2000”（图片：日经XTECH）

      “这台设备就是我们的起点”，在荷兰南部费尔德霍芬的阿斯麦总部，技术公关负责人Mark Assinck一边这样说着，一边指向了一台高约1米的小型设备。

      这是一台使用被称为g线或h线的汞灯光源的半导体光刻设备“PAS-2000”。它是1984年由荷兰飞利浦（Philips）与ASM International共同出资设立的阿斯麦推出的第一款产品。如今，阿斯麦已发展为年销售额超4万亿日元的巨型企业，而这台设备正是它的原点。

      Mark Assinck表示，PAS-2000的运作原理“就像幻灯机一样”。通过画有电路图案的幻灯片将光投射到芯片晶圆上。它通过投影印有电路图案的“幻灯片”来将光线照射到半导体晶圆上。这台设备曾用于制造微米（μm）级别的半导体，但其基本原理与如今适用于纳米（nm）级别制造的极紫外光刻机“并无本质差别”。

    
阿斯麦技术宣传负责人Mark Assinck是工作超过25年的资深员工（图片：日经XTECH）

  
      极紫外光刻机占销售额的4成

    
      另一方面，设备的价格和体积则发生了巨大变化。据Mark Assinck介绍，当前的低NA（数值孔径）极紫外光刻机售价约为2亿欧元，高NA设备价格则超过3.5亿欧元。正是由于设备单价极高，极紫外光刻机在2024财年（截至2024年12月）的销售额中占比约达4成。

      如今的极紫外光刻机高度超过3米，与PAS-2000相比体积要大得多。PAS-2000的光源波长为436纳米（nm），NA为0.3。NA是评估光线收集效率的关键参数。而最新一代极紫外光刻机则使用13.5纳米的光源波长，NA值也从现有的0.33提升至0.55。随着镜头尺寸放大和光学系统日益复杂，设备的整体规模也越来越庞大。
   

极紫外光刻机将光反射到光掩膜上，在晶圆上形成电路（出处：日经XTECH根据阿斯麦的图像制作）

  
      成功研发极紫外光刻机实现飞跃

  
      阿斯麦能够取得如今的行业地位，关键在于2010年代后期全球唯一成功实现了极紫外光刻机的商业化。这种设备对于制造最先进的GPU、CPU（中央处理器）、DRAM等核心半导体产品不可或缺。全球领先的半导体厂商，如台积电（TSMC）、韩国三星电子（Samsung Electronics）、美国英特尔（Intel）等，均已在量产工厂中引进了阿斯麦的极紫外光刻机。而曾参与竞争的尼康（Nikon）和佳能（Canon）则在开发竞赛中败北，被阿斯麦远远甩在身后。

 

世界半导体制造商正在量产领域使用极紫外光刻机（图片：日经XTECH）

      极紫外光刻机的累计出货量达到300台左右。力争实现尖端半导体代工的日本Rapidus也在2025年4月之前在北海道千岁工厂引进了1台。

 
      以每秒2万次确认晶圆的位置

   
      阿斯麦的极紫外光刻机的特点是作为产品名称的“TWINSCAN（双扫描）”。这是在极紫外光刻机以前就采用的方法，使用两个晶圆载台(Wafer Stage)，并行处理晶圆的测量和光刻，可提高生产效率。

      在光刻前掌握晶圆的位置，根据数据进行光刻。据悉，通过传感器每秒确认2万次晶圆的位置，以0.25nm以内的精度自动调整。“除了高精度测量和对准位置之外，温度管理也很重要。即使是几千分之一度的温差也会影响光刻精度，可能会毁掉整个半导体芯片”，Mark Assinck说道。

      极紫外光刻机以一定间隔从光源射出直径25μm的锡（Sn）液滴。对此照射2次二氧化碳激光，可产生波长为13.5nm的等离子光。这个过程每秒重复5万次。在将等离子光反射到多个镜面镜头上之后，通过反射型光掩膜和更多镜面镜头将电路图案转印到芯片晶圆上。

 
      相关供应商达到约5000家

   
      据悉，约800家供应商参与极紫外光刻机的生产。包括与极紫外光刻相关的材料和设备在内，整个生态系统达到近5000家公司。Mark Assinck说，特别是在光刻胶（感光材料）等相关材料方面有优势的“日本企业是不可或缺的存在”。

      日本企业通过比利时的芯片研究机构imec等，与阿斯麦进行长期合作。例如，许多日本的光刻胶制造商利用imec清洁车间的极紫外光刻机来开发极紫外光刻胶。日本企业还将参与阿斯麦和imec于2024年6月新建的支持高NA的极紫外光刻的联合实验室。

      阿斯麦生产的极紫外光刻机以模块为单位，分批运往半导体制造商的工厂。在半导体工厂组装极紫外光刻机需要两周以上的时间，这是其他光刻机的数倍。

      负责设备维护和解决故障的技术人员也部署在客户方。例如，在Rapidus千岁工厂，阿斯麦会为引进的每台光刻机配置20～30名常驻人员。除了光学之外，真空技术和测定等方面的专家也很重要，阿斯麦有约1万名职员负责顾客支援，占总数的四分之一。

  
      中国或独自开发极紫外
  

      阿斯麦也是深受中美对立影响的企业。美国从拜登前政府时期开始就与荷兰政府等联手，禁止向中国出口极紫外光刻机。在阿斯麦的年销售额中，面向中国市场的比例目前约占4成，在没有极紫外光刻机的情况下也实现了这一营收。

      据悉，在出口管制的背景下，中国已开始独自开发极紫外光刻机。中国最大的通信设备企业华为技术等正在推进尖端半导体的自产化。企业和政府有可能在推动中国极紫外光刻机的开发。

      极紫外光刻机的研发门槛极高，中国企业未来能达到何种水平的成本、生产效率和精度还是未知数。尽管如此，在不计成本的状态下，Mark Assinck也承认“投入巨额资金后取得成功的可能性也并非为零”。

日经XTECH 久保田龙之介

资料来源：
https://xtech.nikkei.com/atcl/nxt/column/18/00001/10749/

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