经济学人：
很少有人会想到人工智能（AI）的未来会依赖于荷兰一个安静的小镇埃因霍温。然而，就在它的边界之外，坐落着ASML的总部，这是唯一一家制造生产尖端AI芯片所需机器——即光刻工具的公司。ASML的最新产品是一台150吨重的庞然大物，大约有两个集装箱那么大，价格约为3.5亿美元。这也是目前市面上最先进的机器。
该公司的专长使其成为全球技术战的核心。为了阻止中国制造先进的AI芯片，美国禁止ASML向中国芯片制造商出售其最先进的设备。作为回应，中国投入数十亿美元开发国产替代品。与此同时，日本竞争对手佳能（Canon）则押注于一种更简单、更便宜的技术，以挑战ASML的霸主地位。然而，与软件行业不同，软件行业的领导地位可能在几个月内发生变化，而光刻技术的成功是一场以十年为单位缓慢推进的竞赛。超越ASML并非易事。关键在于控制一台将塑造计算、AI和技术本身未来的机器。
ASML的最先进机器令人叹为观止。它的工作原理是将5万个熔融锡滴射入真空室。每个锡滴会经历两次打击——首先是一个较弱的激光脉冲将其压扁成一个小薄饼，然后是一个强大的激光将其汽化。这一过程将每个锡滴转化为高温等离子体，温度接近22万摄氏度，大约是太阳表面温度的40倍，并发出极短波长的光（极紫外光，或EUV）。这种光随后被一系列极其平滑的镜子反射，镜子的缺陷以万亿分之一米为单位测量。这些镜子将光聚焦到包含芯片电路蓝图的掩模或模板上。最后，光线从掩模反射到涂有感光化学物质的硅晶圆上，将设计印刻在芯片上。
高风险
ASML的工具在现代芯片制造中不可或缺。台积电（TSMC）、三星（Samsung）和英特尔（Intel）等公司依靠它们来生产尖端处理器，从AI加速器到智能手机芯片。没有其他公司能够可靠地制造被称为“7纳米”（十亿分之一米）及以下的芯片（尽管这些术语曾经与物理分辨率有关，但现在主要用于营销）。即使在更成熟的技术（“14纳米”及以上）领域，该公司的工具也占据了超过90%的市场份额。
微芯片就像一个电子千层饼：底层是晶体管，上面覆盖着传输数据和电力的铜线层。一款尖端处理器可以封装超过1000亿个晶体管，包含70多层，拥有超过100公里的布线，所有这些都集中在比标准邮票大1.5倍的硅片上。为了构建这些微小特征，光刻机分阶段工作，通过一层一层地在晶圆上蚀刻晶体管和金属线的图案。一片晶圆可以包含数百个芯片。
ASML的工具虽然复杂，但其基本原理与老式幻灯投影仪类似：光通过模板将图像投影到表面上。光学光刻工具能打印的最小特征主要取决于两个因素。第一个是光的波长。就像更细的画笔能画出更精细的笔触一样，更短的波长能实现更小的图案。ASML的旧系统使用深紫外光（DUV），波长在248纳米至193纳米之间，可生产最小38纳米的特征。
为了进一步缩小芯片特征，ASML转向了波长为13.5纳米的EUV光。虽然EUV光在太空中由太阳日冕自然发出，但在地球上制造它却极为困难。EUV光还会被空气、玻璃和大多数材料完全吸收，因此整个过程必须在真空环境中进行，使用特殊镜子来反射和引导光线。ASML花了二十年时间完善了通过向熔融锡滴发射激光来产生这种难以捉摸的光束的方法。
决定最小特征尺寸的另一个因素是镜子的数值孔径（NA），这是衡量镜子能收集和聚焦多少光的指标。ASML的最新系统——高NA EUV，使用孔径为0.55的镜子，能在芯片上打印低至8纳米的特征。为了进一步缩小尺寸，该公司正在研究所谓的“超NA”，将孔径提升到0.75以上，同时继续使用现有的EUV光。更高的NA意味着镜子能从更广的角度收集和聚焦光线，提高精度。但这也有代价。更大的NA需要更大的镜子来拦截和引导扩展的光路。当ASML将机器的NA从0.33提高到0.55时，镜子尺寸翻倍，重量增加了十倍，现在重达数百公斤。再次增加NA只会增加体积，引发对功耗的担忧。
另一个障碍是价格。ASML没有披露具体数字，但其最新的EUV机器价格几乎是前一代的两倍。超NA系统将更加昂贵。尽管公司警告说没有保证一定能生产出来，但ASML技术负责人Jos Benschop认为，如果需求足够，超NA机器可能会在未来五到十年内问世。
一些研究人员已经在计划超越EUV光，目标是波长约为6纳米。这需要光源、光学系统和光刻胶（晶圆上的感光涂层）的突破。更短的波长也带来了新挑战，包括“散粒噪声”，即随机粒子运动导致图案模糊。但瑞士研究机构保罗·谢勒研究所的Yasin Ekinci认为，如果超NA无法实现，这是一个“备选方案”。
在ASML推动光学光刻技术边界的同时，被切断最先进芯片制造工具来源的中国正试图从仍可进口的较旧ASML机器（能生产28纳米及以上芯片）中榨取更多潜力。一种方法是多重曝光，将图案分解成多个蚀刻阶段，使机器能打印两倍或四倍小的细节。多重曝光有效，但增加了复杂性并减慢了生产速度。
中国也在尝试制造自己的光刻工具。国有企业上海微电子（SMEE）据报道在开发使用DUV光生产28纳米芯片的机器方面取得了进展。但开发EUV系统完全是另一回事。研究公司SemiAnalysis的Jeff Koch指出，除了掌握EUV光本身，中国还需要复制ASML庞大的供应链，涉及超过5000家专业供应商。
因此，ASML在高端光刻领域的统治地位似乎不可动摇。但曾经的行业领导者佳能正押注于一种替代方案。纳米压印光刻（NIL）直接将电路图案压印到晶圆上，就像印刷机一样。理论上，NIL可以实现纳米精度的特征，提供一个低成本、紧凑的ASML EUV机器的竞争对手。
NIL过程始于创建主掩模，掩模上通过电子束蚀刻出电路模板。接下来，在晶圆上涂上液态树脂滴，然后掩模将电路图案压印到晶圆上。随后使用紫外光固化树脂并形成电路图案，然后移除掩模。每层芯片都重复这一步骤。佳能估计，其方法比ASML的同类机器成本低约40%。
要使NIL成为主流芯片制造技术，它必须克服几个挑战。缺陷是一个大问题——模具上的微小颗粒或瑕疵可能在整个晶圆上造成重复的缺陷。对准是另一个难题。由于芯片是分层构建的，每层的电路图案必须精确对齐。晶圆平整度的任何变化或模具与晶圆之间的轻微错位都可能导致纳米级错误，破坏电气连接。佳能声称其系统能实现纳米精度，但在生产中持续保持这一点很困难。还有吞吐量问题，即机器每小时能处理多少晶圆。ASML的高NA EUV工具每小时可处理超过180片晶圆，一些较旧型号几乎能达到两倍。而佳能最新的NIL系统每小时仅能处理110片晶圆，使其目前不太适合大批量芯片生产。
到目前为止，NIL在半导体制造之外取得了更多成功，特别是在制造智能手机显示屏和其他高精度组件方面。该技术现已开始进入存储芯片生产领域，在那里较高的缺陷率比逻辑芯片更可接受。佳能光学部门负责人Iwamoto Kazunori认为，NIL可以与EUV光刻共存，在能胜任的制造步骤中以低成本运行，并避开更精细的细节。
这种创新可能帮助公司设计更快、更节能的芯片，推动新一代AI模型的发展。如果ASML不小心，世界上最重要的机器可能不会永远保持其称号。
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