在荷兰一个巨型实验室里，严密的大门后，一台机器正在彻底改变微芯片的制造方式——这就是ASML耗时近十年研发出高数值孔径（High NA）光刻机。这台机器造价超过4亿美元，是世界上最先进、最昂贵的芯片制造机器。
CNBC于4月份前往荷兰参观了该实验室。在此之前，High NA从未被拍摄过，即使是ASML的内部团队也没有。
在实验室内，High NA认证团队负责人Assia Haddou近距离展示了High NA机器，她称这些机器“比双层巴士还要大”。
该机器由四个模块组成，分别在美国康涅狄格州、加利福尼亚州、德国和荷兰制造，然后在荷兰费尔德霍芬的实验室组装，并进行测试和批准，之后再次拆卸运出。Haddou表示，这需要七架部分装载的波音飞机747飞机，或者至少25辆卡车，才能将一套系统送到客户手中。
全球首个High NA机器的商业化应用于2024年在英特尔位于俄勒冈的芯片制造工厂完成。迄今为止，这种巨型机器只有五台被交付使用。
目前，只有少数几家能够负担得起这些机器的厂商，包括台积电、三星和英特尔，他们正在加快生产步伐，以生产数百万颗芯片。
High NA机器是ASML极紫外光刻机（EUV）的最新一代产品。ASML是EUV的独家制造商，EUV是全球唯一能够投射构成最先进微芯片的最小蓝图的光刻设备。英伟达、苹果和AMD等巨头的芯片设计离不开EUV。
ASML表示，其所有EUV客户最终都将采用High NA技术，其中包括美光、SK海力士和 Rapidus等其他先进芯片制造商。
全球科技研究与咨询公司Futurum集团的首席执行官 Daniel Newman表示：“ASML已经完全垄断了该市场。”
CNBC记者询问ASML总裁兼首席执行官傅恪礼（Christophe Fouquet），是什么阻止了ASML进一步提高其设备的价格”。他解释称，随着设备不断升级，芯片生产成本也随之降低。傅恪礼表示：“摩尔定律告诉我们，我们需要不断降低持有成本。人们普遍认为，若能降低成本，就能创造更多机会，因此我们必须参与这场竞赛。”
ASML的两家主要客户已经证实，High NA相比ASML之前的EUV机器，性能有了显著提升。在2月份的一次会议上，英特尔表示，迄今为止已使用High NA生产了约3万片晶圆，其可靠性大约是前代产品的两倍。在同一次会议上，三星表示，High NA可以将其生产周期缩短 60%，这意味着其芯片每秒可以完成更多操作。
“一项非常冒险的投资”
由于速度和性能的提升，High NA可以降低芯片价格，同时还能提高良率，这意味着每片晶圆上可用的芯片数量更多。
这是因为它能够以更高的分辨率投射芯片设计图形。High NA延续了与EUV机器相同的工艺流程，但采用了更高数值孔径的光学系统，使其能够以更少的工序，实现更小尺寸的芯片图形投影。
“High NA意味着两点。首先，也是最重要的，就是图形微缩能力的提升。这意味着每片晶圆上能容纳更多芯片单元，”ASML技术执行副总裁Jos Benschop说道，“其次，通过避免多次曝光，可以加快生产速度，并提高良率。”
Benschop于1997年加入ASML，当时该公司刚刚上市两年。Benschop推动了ASML全力投入EUV的决策，这项技术耗时20多年才得以开发。
“但是我们几乎未能成功推动这项技术，人们往往忽视了这一点，”Benschop说。“这是一项非常冒险的前瞻性投资，因为在项目启动之初，我们并无法确认这项技术最终是否可行。”
2018年，ASML证明了EUV的可行性，各大芯片制造商开始大批量订购。这个想法在二十年前似乎遥不可及，即制造大量微小的极紫外光，并将其穿过芯片设计越来越小的掩模版，投射到经过光刻胶处理过的硅晶圆上。
为了产生极紫外光，ASML会以每秒5万滴的速度从喷嘴中喷出熔融的锡液，每一滴锡液都用强大的激光喷射，产生比太阳更热的等离子体。这些微小的爆炸正是EUV光子发射的来源，其波长仅为13.5纳米。
极紫外光的宽度约为五条DNA链，非常小，以至于所有已知物质都可以吸收它，因此整个过程必须在真空中进行。极紫外光经过反射镜反射，再通过镜头对准目标，就像相机的工作原理一样。为了解决极紫外光被镜面吸收的问题，德国光学公司蔡司专为ASML制造了专用反射镜，这些镜面拥有世界上最平坦的表面。
ASML的早一代DUV光刻机使用的是波长为193纳米、精度相对较低的深紫外光。ASML仍在生产这些光刻机，与日本的尼康和佳能竞争DUV技术，但它是全球唯一一家在EUV光刻领域取得成功的公司。
ASML于2016年左右开始研发价值4亿美元的High NA机器，该机器的工作原理与深紫外（DUV）相同，使用相同的极紫外（EUV）光源。但有一个关键的区别。
High NA光刻机配备了更大的镜头开口，使其能够以更大的入射角捕捉更多光线。这意味着镜面可以接受来自更陡角度的光束，从而实现更高精度的图形转移。借助这一优势，HigNA设备能够在一次曝光中将极小尺寸的芯片设计图形精确转印至晶圆表面。相比之下，传统的低数值孔径光刻机则需要多次曝光和多个掩模版，才能完成同样的图形转移过程。
“随着次数的增加，工艺变得非常复杂，良率也会下降。”傅恪礼说道。
分辨率随着数值孔径（NA）的增加而提高，从而减少了对多个掩模版和曝光的需求，节省了时间和成本。然而，高数值孔径机器的成本也会上升。
“你需要使用的镜面越大，系统也就越大。”傅恪礼说道。
这些机器还会消耗大量电力。
“如果我们不逐步提高AI芯片的能效，那么模型的训练可能在2035年左右会消耗掉全球的能源。”傅恪礼说道。他表示，正因如此，ASML自2018年以来已将每片晶圆的曝光所需电力降低了60%以上。
中国市场、美国关税成不确定因素
ASML以其突破性的EUV光刻机而闻名，但其较早型号的DUV光刻机在2024年仍占其业务的60%。ASML去年售出了44台起价2.2亿美元的EUV光刻机。DUV光刻机价格低得多，价格从500万美元到9000万美元不等，但ASML在2024年售出了374台DUV光刻机。
中国是这些DUV光刻机的主要买家，占ASML 2024年第二季度业务的49%。傅恪礼表示，“中国市场销售额达到峰值的原因是ASML直到去年才能够交付大量积压订单。到2025年，中国市场的业务应该会恢复到20%至25%之间的历史正常水平”。
美国出口管制禁止ASML向中国出售EUV光刻机。这项禁令始于特朗普第一任政府时期。Futurum集团的Newman表示，中国自主研发EUV光刻机的可能性非常小，相反，他们会使用DUV光刻机来制造智能手机等设备。
在人工智能的竞争中，美国对先进技术流入中国的担忧加剧。这种繁荣也推动了芯片股的飙升，其中包括ASML的股价在7月份创下历史新高。
Benschop表示，“ASML尚且无法明确关税会对公司产生什么影响。ASML在全球拥有约800家供应商，关税对公司的影响非常复杂。”
制造一台High NA光刻机需要经过许多进出口环节，该设备的四个模块分别在美国、荷兰和德国制造，然后运往荷兰进行组装和测试，在那里再次拆卸，最后运往美国或亚洲等地的芯片厂。
多年来，亚洲一直占据ASML业务的80%以上。到2024年，美国市场份额约为17%，但增长迅速。ASML在全球拥有4.4万名员工，其中8500名员工在美国18个办事处工作。
2024年，ASML的大部分北美市场出货量都流向了英特尔，该公司正在美国俄亥俄州和亚利桑那州建设新的晶圆厂。英特尔近年来举步维艰，但傅恪礼表示，英特尔仍然是ASML的强大合作伙伴，并且对美国半导体的独立发展至关重要。
台积电在芯片节点发展方面遥遥领先于英特尔。台积电位于菲尼克斯北部的新晶圆厂目前已投入量产。作为美国本土最先进的芯片厂，那里对High NA机器的需求可能很快就会到来。
与此同时，ASML正在美国亚利桑那州建设其在美国的首个培训中心。傅恪礼透露，该中心将在未来几个月内投入使用，目标是每年培训1200名EUV和DUV人员。该产能不仅能满足美国的需求，还能用于在全球范围内培训更多人才。”
另外，ASML计划进一步提高其下一代机器Hyper NA的数值孔径。
傅恪礼表示，ASML已经为下一代机器设计了一些光学草图，并且它不一定是一个难以制造的产品。他预计，对Hyper NA的需求将在2032年至2035年之间出现。不过他不愿对价格进行预估。
目前，ASML专注于满足对High NA光刻机的需求，该公司计划今年至少再出货五台High NA光刻机，并在几年内将产能提升至20台。
参考链接：https://www.cnbc.com/2025/05/22/exclusive-look-at-high-na-asmls-new-400-million-chipmaking-colossus.html
本文作者：CNBC专栏作家KatieTarasov
（校对/张杰）
