在高端芯片生产领域，EUV光刻设备扮演着不可或缺的关键角色。谈到EUV光刻设备，人们自然而然会联想到ASML。不可否认，作为业界领先的光刻设备制造商，ASML在光刻设备领域具有举足轻重的地位。尤其在当前备受瞩目的EUV光刻设备领域，ASML更是全球唯一的供货商。

然而，尽管美国是全球半导体产业的摇篮，其在EUV光刻技术领域的影响力同样不容小觑。尽管美国并未拥有EUV光刻设备，但该设备中至关重要的光源部分，却是由荷兰ASML公司收购的美国企业Cymer所研发。

近年来，美国在追求在芯片制造领域取得更大突破的背景下，对EUV光刻技术进行了加大投入。以美国芯片行业的领军企业Intel为例，其在EUV光刻领域已投入颇多。不仅如此，美国，即山姆大叔，在EUV研究以及其它光刻技术领域，同样展开了更为广泛的布局。

斥巨资，搞EUV光刻

近期，美国官方宣布，他们推出的CHIPS for America 极紫外（EUV）加速器已隆重启动。

2023年12月，纽约州宣布与IBM、美光、应用材料、东京电子等半导体领域的领军企业携手，构建一项价值100亿美元的全新合作伙伴联盟。该联盟旨在NY CREATES的奥尔巴尼纳米技术园区内，打造一个专注于下一代半导体研发的中心。

据相关报道，这一公私合作项目将致力于打造一座前沿的High NA极紫外光刻设施——它是北美地区首个且唯一一家公有的High NA EUV中心——该设施将助力全球范围内最为复杂和强大的半导体技术的研发工作。此次合作不仅涉及对纽约州首府地区的重大转型性投资，而且将使纽约州在全美范围内成为领先的公有半导体研发基础设施的集中地，从而有力地推动该州科技经济的持续发展。

纽约州为助力该项目的推进，投入了10亿美元资金，用以扩建奥尔巴尼纳米技术中心。同时，该州还购置了ASML的EXE:5200高数值孔径EUV扫描仪，以此为基础搭建了高数值孔径EUV中心。此外，还建设了纳米晶圆反射工厂（NanoFab Reflection）。这座工厂是一座全新的、技术先进的建筑，配备了超过五万平方英尺的洁净室，不仅将助力未来合作伙伴的成长，还将对国家半导体技术中心、国家先进封装制造项目以及国防部的微电子公共项目等新兴领域提供有力支撑。

美国方面透露，EUV加速器项目将致力于研发顶尖的高数值孔径EUV技术及其相关技术。他们强调，EUV光刻技术对于实现7纳米及以上晶体管的批量生产至关重要。即便在1.6纳米和1.4纳米的工艺中，2纳米以下的制程依旧依赖高数值孔径EUV技术。ASML公司指出，该中心将致力于为更多企业研发和应用EUV技术以及高数值孔径EUV技术所需的工艺流程提供全方位的支持。

总体而言，这个EUV加速器的主要功能包括：

采用先进的EUVEUV光刻技术和未来一代的研发实力，涵盖高数值孔径（NA）的EUVEUV系统，目前我们已提供标准NA EUVEUV，并计划在2026年推出High NA EUVEUV。

为行业、学术界以及政府合作伙伴搭建合作平台，并共享相关资源，旨在促进技术创新的发展。

Natcast 的专用现场办公区及其工作人员，为 Natcast 及 NSTC 的研究人员提供全方位的支持，包括但不限于人才队伍的提供、培养与持续发展。

在 EUV 加速器以及所有 NSTC 设施中，我们致力于打造一个开放且协作的研发氛围，以此激发 NSTC 成员群体的广泛参与。

美国政府强调，掌握 EUV 光刻技术的研发至关重要，这不仅有助于巩固美国在技术领域的领先地位，还能显著缩短原型制作的周期并降低相关成本，同时对于构建并维护半导体行业的劳动力生态系统也具有举足轻重的作用。

Natcast公司首席执行官Deirdre Hanford指出，EUV加速器的隆重启用标志着Natcast、NSTC以及美国整个半导体产业的一个重大转折点。这一尖端设备的投入使用，充分体现了我们公司在美本土研发和推动下一代半导体技术的坚定决心。EUV光刻技术已经成为实现更小尺寸、更快速、更高效率的芯片大规模生产的根本性技术。借助EUV加速器，我们旨在向Natcast和NSTC的研究人员提供至关重要的工具，这将推动更广泛的研究进展，并探索商业化的可能路径，进而增强美国在技术前沿领域的领导地位。

探索EUV的替代者

除了在EUV技术领域持续投入精力，观察过去数年的相关报道可以发现，美国企业同样在EUV光刻技术的替代方案上积极进行研发。

今年四月，美国一家新兴企业xLight对外公布，计划借助粒子加速器技术来为光刻设备提供光源，并自信地表示，他们有望在2028年之前实现这一目标，并且确保新光源与现有设备能够良好匹配。xLight在其官方网站上声明，其宗旨在于推动基于粒子加速器的自由电子激光器（FEL）的商业化进程，旨在满足美国在关键经济和国家安全领域的需求。同时，xLight强调，他们正在致力于打造全球最先进的激光器，旨在革新半导体光刻、计量技术等领域，并服务于更多关键的经济和国家安全应用。

据相关资料显示，激光等离子体技术是目前在高端半导体生产中应用的主要 EUV 光源技术。不过，这种方法在能耗方面相当高（比如，仅消耗约 1.5 兆瓦的电力，只能产出 500 瓦的光能），而且并不能充分满足 ASML 公司现有及未来型号扫描仪的需求，因为这类扫描仪对光源功率的要求高达 2 千瓦。

我们研发了一种全新的极紫外自由电子激光光源，旨在应用于半导体市场，以替代那些即将达到物理极限的激光等离子体光源。这一FEL系统将极大地丰富ASML的技术蓝图，不仅有助于降低资本和运营成本，还能显著提高半导体晶圆厂的生产效率。此外，它还将对美国在先进半导体领域的领先地位起到重要的推动作用。” xLight强调。

五月，又有一家名叫Inversion Semiconductor的美国半导体企业崭露头角。据悉，Inversion Semiconductor的愿景在于借助“台式”粒子加速器生成所需的高强度光束，此类加速器能将电子加速至厘米量级的超高水平能量，与欧洲核子研究中心（CERN）和斯坦福直线加速器（SLAC）的大型加速器相比，后者需依赖数公里长的设施。他们期望借助由高能激光器激发的等离子体波（即 Wakefield）来达成这一目的。具体来说，这涉及一种名为激光等离子体波加速（Laser Wakefield Acceleration，简称 LWFA）的技术。

LWFA的运作原理基于强激光脉冲与等离子体的相互作用，能够在极短的距离内将电子加速至极高的能量水平。这一过程与冲浪者在船后尾流中冲浪的情形相似，电子在等离子波中如同冲浪般前进，并在移动过程中不断积累能量。

借助该现象可产生紧凑、高功率的光源。预计，LWFA技术有望将用于制造高能光的传统粒子加速器缩小至桌面级别，其体积将减少至原来的千分之一，即从数公里缩减至约一米；在保持相同数值孔径（NA）的前提下，晶体管密度可提升100%；依托这一技术，临界尺寸的均匀性可提升25%，从而显著优化新型晶体管架构及计算范式（如量子与可逆计算）中高深宽比特征的制造过程。

该公司透露，他们追求的成果是制造出1千瓦的软X射线，波长介于20纳米到6纳米之间。若此目标得以实现，它将为用户设施的建设打下坚实的基础；届时，预订光束的时间将变得极为便捷，就如同预订SpaceX的发射任务那般轻松——只需动用信用卡即可完成。

公司还将致力于研发一种新型的镜面系统，该系统旨在对产生的X射线进行反射与汇聚。这一进展将允许我们通过STARLIGHT驱动的LITH-0系统初版，展示硅图案化的应用。

依照Inversion的规划，公司拟采用其领先的光源投射技术，其运作原理与传统的EUVL相似，然而，该光源能够调整至13.5纳米或更短的波长，而下一代的目标波长则是6.7纳米。除此之外，该公司宣称，在保持相同数值孔径的前提下，它们能够将晶体管密度提升一倍，并且将现有设备的吞吐量提升至三倍。该光源的亮度足以照亮多个晶圆台，因此，若与四台或八台光刻机配合使用，将显著提升生产效率。

日欧也在探索新机会

其实除了美国以外，日本和欧洲也在探索EUV光刻的新机会。

挪威的初创企业Lace Lithography AS透露，他们正在研发一项新型光刻技术，这项技术通过向材料表面发射原子来刻画细节，其分辨率已经超越了极紫外光刻技术的边界。据悉，Lace Litho所提出的BEUV技术有望实现更为细微的特征刻画，从而助力晶体管的持续微型化发展，并推动摩尔定律的进一步延伸。

众所周知，传统EUV系统依赖13.5nm波长的光线，借助反射镜和掩模在晶圆上构建图案。而原子光刻技术则能实现无掩模的直接图案化，其分辨率甚至超越了受限于波长的EUV系统所能达到的水平。

该公司在其网站上宣称，他们采用原子技术替代光技术，为芯片制造商带来了超越现有技术15年的先进功能，同时这一技术的成本和能耗也相对较低。

据调查，此项目源自欧盟资助的FabouLACE项目。具体来说，它利用亚稳态原子和基于色散力的掩模技术，能够实现2纳米的工艺水平。欧盟委员会透露，Lace光刻技术已获得许可，预计在2031年之前将其投入市场。同时，IMEC研究机构将对这项技术的性能进行跟踪和核实。NanoLACE项目是欧洲早期的研究计划之一，该计划在2024年12月31日正式落下帷幕。自2019年启动以来，该项目成功吸引了336万欧元的资金支持，其总预算达到了365万欧元。

日本筑波的高能加速器研究机构KEK的研究团队亦持有相同观点，他们认为，借助粒子加速器所释放的能量，极紫外光刻技术有望实现成本更低、速度更快、效率更高的目标。

美国弗吉尼亚州托马斯·杰斐逊国家加速器设施的前高级研究员斯蒂芬·本森曾作出评估，整个 EUV-LPP 系统的电光转换效率或许不足 0.1%。他指出，类似 KEK 正在研制的自由电子激光器，其效率或许能达到前者的 10 至 100 倍。

据悉，KEK正在研发的系统通过将电子加速至相对论速度，并采取特定方法使其偏离原有运动轨迹，从而产生光。正如他们所述，这一过程始于电子枪将电子束导入一根数米长的低温冷却管道。在该管道内，超导体释放射频（RF）信号，促使电子加速移动。电子随后旋转至180度，进入一个名为波荡器的装置，该装置由一系列方向相反的磁铁组成。（目前，KEK系统中装备了两个波荡器。）波荡器促使高速电子沿着正弦曲线轨迹移动，这种运动使得电子发出光芒。

关于对这项技术的详细阐述，您可以查阅半导体行业观察之前发表的《替代EUV光刻技术，全新方案揭晓！》一文。

写在最后

实际上，随着现代光刻技术的不断进步，我们目前所取得的成就，都是经过众多技术途径的探索与试验才得以实现的。换句话说，现在许多看似创新的解决方案，在历史上或许已有过尝试，但由于当时认知的局限性，它们可能并未成功。

通过ASML的分享，我们得知，实际上，持续发展EUV光刻技术并非遥不可及。比如，在数值孔径领域，该公司正逐步从High NA向Hyper NA过渡。至于未来会出现哪些创新方法，我们目前无法准确预测。

芯片性能的持续增强已基本确定，这一点毋庸置疑。然而，关键在于这一提升将依赖于EUV光刻技术，抑或是其他诸如封装等领域的突破。