近日，ASML方面?zhèn)鞒鱿?，新一代極紫外光刻機（EUV）已研發(fā)完成，現階段正在進行最后一部分的安裝工作。據知情人士透露，這款新型EUV設備的造價將高達1．5億美元（約合人民幣9．7億元）。

巴士大小，造價昂貴，配置逆天

這臺最新的光刻機正位于美國康涅狄格州郊區(qū)的一間大型潔凈室里，工程師們正進行著最后的工作，將一塊巨大鋁材雕刻成框架，最終讓光罩以納米級的精度在其間移動，反射極紫外光束。這些光束利用幾面鏡子來回反射，以驚人精度反復修飾打磨，在硅片上蝕刻出只有幾十個原子大小的特征圖案。

這樣一臺極紫外光刻機，有望讓芯片制造行業(yè)沿著摩爾定律至少再走上10年時間。

值得注意的是，這臺新一代極紫外光刻機大約有一輛公共巴士那么大，造價高達1．5億美元。整個機器中包含10萬個部件和2公里長的電纜。更夸張的是，這樣一臺極紫外光刻機想要發(fā)貨，至少需要40個集裝箱、3架貨機或者20輛卡車。

麻省理工學院研究新型晶體管架構的教授Jesús del Alamo認為，這是一臺不可思議的機器：“這絕對是一款革命性的產品，是一項突破，將給芯片行業(yè)帶來新的生命。”

據悉，造好的組件將于2021年底運往荷蘭，然后在2022年初安裝到新一代極紫外光刻機的第一臺原型機中。新一代極紫外光刻機采用更大的數值孔徑來進一步縮小芯片上的元件尺寸。這種方式允許光線以不同角度穿過光罩，從而增加圖案成像的分辨率。這就需要更大的鏡子和新的軟硬件來精確控制組件蝕刻。

ASML當前一代極紫外光刻機可以制造出分辨率為13nm的芯片。而新一代極紫外光刻機將使用更高數值孔徑來制作8nm大小的特征圖案。不出意外的話，新一代極紫外光刻機將比以往任何機器所蝕刻的圖案尺寸更小，讓每個芯片都有數百億個元件，這臺機器在未來幾年所生產的芯片應該是史上處理速度最快、效率最高的?？傊?，阿斯麥新一代極紫外光刻機有望延續(xù)芯片制造以及整個科技行業(yè)不斷進步的理念，繼續(xù)讓摩爾定律保持活力。

值得注意的是，ASML早在2017年就推出世界上第一臺可量產的極紫外光刻機，在芯片制造領域發(fā)揮著至關重要的作用，已經被用于制造iPhone手機芯片以及人工智能處理器等最先進的芯片。到最新一代極紫外光刻機設備已經經歷了數代更替，并且全世界只有諸如臺積電、三星和英特爾等少數公司能買得起這樣的設備。

光刻機在芯片制作中的重要性

別看芯片小小的體積，內部其實蘊含了無窮的“能量”。芯片的制造過程極其復雜，需要在晶圓片上不斷累加圖案，這些圖案縱向連接，可達100多層。

芯片的制造包含數百個步驟，從設計到量產可能需要四個月的時間。在晶圓廠的無塵室里，珍貴的晶圓片通過機械設備不斷傳送，整個過程中，空氣質量和溫度都受到嚴格控制。從芯片制造的關鍵工藝上來看，分為以下10大步驟。

1）沉積：造芯片的第一步，通常是將材料薄膜沉積到晶圓上。材料可以是導體、絕緣體或半導體；

2）光刻膠涂覆：進行光刻前，首先要在晶圓上涂覆光敏材料“光刻膠”或“光阻”，然后將晶圓放入光刻機；

3）曝光：在掩模版上制作需要印刷的圖案藍圖。晶圓放入光刻機后，光束會通過掩模版投射到晶圓上。光刻機內的光學元件將圖案縮小并聚焦到光刻膠涂層上。在光束的照射下，光刻膠發(fā)生化學反應，光罩上的圖案由此印刻到光刻膠涂層；

4）計算光刻：光刻期間產生的物理、化學效應可能造成圖案形變，因此需要事先對掩模版上的圖案進行調整，確保最終光刻圖案的準確。ASML將現有光刻數據及圓晶測試數據整合，制作算法模型，精確調整圖案；

5）烘烤與顯影：晶圓離開光刻機后，要進行烘烤及顯影，使光刻的圖案永久固定。洗去多余光刻膠，部分涂層留出空白部分；

6）刻蝕：顯影完成后，使用氣體等材料去除多余的空白部分，形成3D電路圖案；

7）計量和檢驗：芯片生產過程中，始終對晶圓進行計量和檢驗，確保沒有誤差。檢測結果反饋至光刻系統(tǒng)，進一步優(yōu)化、調整設備；

8）離子注入：在去除剩余的光刻膠之前，可以用正離子或負離子轟擊晶圓，對部分圖案的半導體特性進行調整；

9）需要重復制程步驟：從薄膜沉積到去除光刻膠，整個流程為晶圓片覆蓋上一層圖案。而要在晶圓片上形成集成電路，完成芯片制作，這一流程需要不斷重復，可多達100次；

10）封裝芯片：最后一步，切割晶圓，獲得單個芯片，封裝在保護殼中。這樣，成品芯片就可以用來生產電視、平板電腦或者其他數字設備了。

正如上文提到的“視需要重復制程步驟”，現代芯片的結構可多達100層，需要以納米級的精度相互疊加，這精度又稱為“套刻精度”。芯片上光刻的各層圖案大小不一，這意味著，光刻各層圖案需要用到不同設備。ASML的DUV深紫外線光刻機有數種不同的機種，適合最小圖案的關鍵性光刻需求以及普通圖案的正常光刻。

如今，芯片的結構可多達100層，需要以納米級的精度相互疊加，這精度又稱為“套刻精度”。芯片上光刻的各層圖案大小不一，這意味著，光刻各層圖案需要用到不同設備。ASML的光刻機有數種不同的機種，適合各種各樣圖案的關鍵性光刻需求以及普通圖案的正常光刻。

Intel嘗鮮？2023年下線首批芯片

眾所周知，光刻機設備極為復雜，全球只有ASML能生產高端光刻機，而且產能還極其有限。在新一代極紫外光刻機設備出現之前，臺積電幾乎包攬了ASML 70％的產能，哪怕是三星也沒有足夠的設備擴大5nm高精尖芯片的產能，這是臺積電能一直領銜三星的主要原因。

而新一代極紫外光刻機設備據悉會讓Intel率先采用。Intel表示，預計將在2023年下線第一批芯片。憑借比以往任何機器所蝕刻的圖案尺寸更小，讓每個芯片都有數百億個元件，這臺機器在未來幾年所生產的芯片應該是史上處理速度最快、效率最高的。

總而言之，從整個半導體產業(yè)技術的發(fā)展角度來看，新一代極紫外光刻機設備的出現具有劃時代的意義，但對于仍處在爬坡階段的國內芯片產業(yè)來說，由于高端先進技術受到限制等原因，在尖端技術方面與頭部企業(yè)的差距或將進一步被拉大。