美国是如何失去EUV光刻机的

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来源：内容由半导体行业观察（ID：icbank）编译自彭博社，谢谢。

这是一个史诗般的战略失误。美国在开发半导体技术方面发挥了至关重要的早期作用，该技术支撑着当今的人工智能革命。然而，现在垄断这一过程的是一家荷兰公司，而亚洲制造商则主导着生产。

极紫外光刻机可以说是目前世界上最重要的电子设备。它们的到来使芯片的组装成为可能，从而在处理能力方面发生了重大变化，为新一代人工智能工具铺平了道路。OpenAI 的 ChatGPT 和谷歌的 Gemini 等 AI 平台执行的庞大和多层次计算加速了通常由人类执行的大量任务。这使得获得EUV技术成为美国和中国的国家经济安全问题。

华盛顿和北京面临的问题是，EUV机器只由一家公司制造：ASML Holding NV。每台设备都有公共汽车那么大，每台设备的成本超过2亿美元。到目前为止，已经出货了200多架，使ASML成为欧洲最有价值的科技股，市值超过3500亿美元。

美国是如何设法放弃对这项关键技术的控制权的？部分原因是相对较少的行业高管认为EUV可以工作。另一个原因：长期以来全球最大的芯片制造商英特尔公司的错判

近原子尺度

硅芯片由晶体管组成——本质上是一系列门和开关，它们是现代计算中零和一的物理表现。为了使计算机变得更强大，半导体工程师不断寻求使晶体管变得更小。第一个发明于上世纪中叶，长度约为一厘米。现在，它们的直径只有几纳米，或者十亿分之几米。

在芯片制造的最初几十年里，可见光被用来将图案烧入硅中以制造晶体管——这一过程被称为光刻——之后该行业转向紫外光。20 世纪 80 年代，科学家们开始思考芯片制造如何达到维持创新步伐所需的近原子规模。新泽西州贝尔实验室的研究人员开始研究极紫外线技术，能源部的三个国家实验室劳伦斯·利弗莫尔、劳伦斯·伯克利和桑迪亚也紧随其后，美国能源部最终为这项研究投入了数千万美元。

随着这些机构在某些技术要素上取得进展，他们意识到行业的支持对于将其推向市场至关重要。1997 年，一家名为 EUV LLC 的公私合作伙伴关系成立，美国公司英特尔、Advanced Micro Devices Inc. 和 Motorola Inc. 均加入其中。最终，它的规模扩大到包括光刻公司硅谷集团公司 (Silicon Valley Group Inc.) 和 ASML，后者还涉及了欧洲有一个类似的 EUV 研究联盟。

当时，日本的尼康公司和佳能公司是光刻机领域最大的厂商，而日本似乎是对美国芯片制造主导地位的最大威胁。因此，华盛顿不愿在下一代技术的竞争中为这个亚洲国家提供支持，而是转而支持硅谷集团和 ASML 的努力。这家荷兰公司全力投入 EUV，并在接下来的几年里试图发挥其潜力。2001年，ASML斥资11亿美元收购了硅谷集团，使得这场竞争仅剩一匹马。当时，预计 EUV 将于 2006 年实现商业化。

技术挑战

事实证明这过于乐观了。这项技术极其复杂。它涉及用高功率激光每秒 50,000 次喷射锡滴，产生发射 EUV 光的等离子体。因为这种光在地球上不会自然产生——事实上，它被空气吸收——这个过程必须在真空中进行。然后光线被一系列镜子聚焦，从十字线上反射回来。这是玻璃或镜子上的一种图案，可以阻挡和吸收一些光线（该名称源自枪支瞄准器上的十字线），并在此过程中创建要蚀刻到芯片中的电路图案。

由于这些东西运行的规模很大，德国蔡司制造的镜子必须光滑得几乎不可能：最大的瑕疵只有一个原子高。ASML 表示，如果镜子按比例缩小到一个国家的大小，那么最高的凸起将只有 1 毫米高。用激光喷射熔化的锡很麻烦。它需要定期清理，这意味着需要大量的停机时间。这使得人们很难看出这些机器如何经济：半导体制造设施需要每周 7 天、每天 24 小时运行，才能证明花费数十亿美元建造它们是合理的。

直到 2012 年，业界才开始认为这项技术确实可行。而且仍然需要大量资本的涌入。因此，ASML 转向了其最大的客户：台积电投资了 14 亿美元，三星电子公司投资了 9.74 亿美元，英特尔承诺投资 41 亿美元。当时，这三个芯片制造商总共拥有 ASML 约四分之一的股票。

这一策略奏效了，到 2018 年，ASML 开始大量出货 EUV 机器。尽管早期的大部分运行都是在美国完成的，而且英特尔是 ASML 最大的工业支持者，但第一代机器没有一台是由英特尔生产的。

这不是 ASML 的选择。这是英特尔的。时任首席执行官布莱恩·科再奇 (Brian Krzanich) 并不相信该技术能够以经济的规模发挥作用。他押注于能够使现有技术发挥作用，直到他认为 EUV 的问题得到解决。他有充分的理由充满信心：英特尔在尖端芯片制造工艺方面一直领先于同行。

事实证明这是一个错误。使用 EUV 工艺的台积电在 2018 年左右首次在技术上超越了英特尔。这家台湾公司经营着所谓的代工业务，包括苹果、英伟达和 AMD 在内的客户设计自己的芯片，然后与台积电签订合同来制造。

与此同时，英特尔努力使其替代的“多重图案化”芯片光刻方法可靠地工作。当台积电和三星将工艺微调到可以大规模应用时，台积电和三星已经开始生产更先进的半导体。

中国的挑战

这对美国有更深层次的影响，因为台积电还向华为技术有限公司等中国公司供货，唐纳德·特朗普和乔·拜登政府都对这家公司持怀疑态度。采用 EUV 技术制造的芯片从 2019 年开始在华为智能手机中出货。因此，一项部分由美国资本资助、部分基础研究在美国实验室进行的技术似乎可能有利于其主要地缘政治竞争对手。

如果中国能够制造或购买最先进的芯片，这将有助于其不仅在工业中部署人工智能，而且还可能在军事应用中部署人工智能。尽管中国拥有相当大的技术能力，但其所需的大部分半导体仍然需要进口。确保自己的 EUV 产能成为当务之急。

自本世纪之交以来，美国一直依靠荷兰政府阻止 ASML 向中国出售任何设备。于是，到目前为止，中国仍然没有 EUV 机器。

英特尔的下一步行动

与此同时，英特尔仍在遭受误判的困扰。

2021 年接任英特尔首席执行官的帕特·基辛格 (Pat Gelsinger) 今年 4 月表示：“我们采取了重大措施来避免对 EUV 的需求，正如你所看到的，它在功耗、性能、面积和成本方面产生了缺陷。”（原文：“We went through great steps to avoid the need for EUV and, as you see, it produced deficiencies in power, performance, area and cost,” ）

股市说明了这个错误的严重程度。早在2012年，当英特尔投资ASML时，其市值是英伟达的15倍，几乎是台积电的两倍。现在它的规模只是这两家公司的一小部分：英特尔的估值为 1640 亿美元，台积电为 6500 亿美元，英伟达为 2.2 万亿美元。这很大程度上是由于英特尔无法获得 EUV。

基辛格渴望确保他不会重蹈前任的覆辙。英特尔正在全力支持下一代 EUV：高数值孔径。该方法使用新的光学系统将光线聚焦到更小的点，该公司已经在俄勒冈州的一个地点安装了第一个预生产模型。

原文链接

https://www.bloomberg.com/news/articles/2024-04-11/euv-chipmaking-how-us-lost-control-of-cutting-edge-semiconductor-tech?srnd=technology-vp

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