ASML 的新一代光刻機(jī) EXE:5200B 重 150 多噸，體積超過 200 立方米，分辨率 8 納米，大約 40 個硅原子的寬度。2026 年 5 月，ASML CEO Christophe Fouquet 宣布，用這臺機(jī)器制造的首批芯片將在未來幾個月內(nèi)問世。單臺售價 4 億美元。

但在幾乎同一時期，它最大的客戶 TSMC 做出了一個讓行業(yè)側(cè)目的決定：至少到 2029 年，不采用這種被稱為高數(shù)值孔徑極紫外光刻（high-NA EUV）的新技術(shù)。TSMC 高級副總裁 Kevin Zhang 在 2026 年 4 月的北美技術(shù)論壇上表態(tài)，從 2nm 到 A14 工藝節(jié)點，TSMC 都不需要 high-NA EUV，同時可以繼續(xù)保持類似的工藝復(fù)雜度。

圖丨ASML 高數(shù)值孔徑極紫外（High-NA EUV）光刻機(jī)（來源：ASML）

這是 ASML 歷史上第一次推出新一代機(jī)器時，最重要的客戶明確說“不急”。芯片行業(yè)研究機(jī)構(gòu) SemiAnalysis 的分析師 Jeff Koch 評價：這可能是 ASML 歷史上第一臺無法立刻在商業(yè)邏輯上自證其價值的工具。

級聯(lián)的工程難題

這 4 億美元的定價到底從何而來？最近，《麻省理工科技評論》（MIT Technology Review）對 ASML 荷蘭總部做了深度探訪，記者近距離觀察了這臺機(jī)器的制造過程，并采訪了多位核心工程高管。從這些信息中可以發(fā)現(xiàn)，high-NA 的技術(shù)難度和成本結(jié)構(gòu)已經(jīng)與上一代 EUV 有了本質(zhì)上的區(qū)別。

我們先從光刻本身的基本原理說起，簡單而言，光刻是用光照射掩模版（reticle）上的電路圖案，通過光學(xué)系統(tǒng)把圖案縮小后投射到硅晶圓上。能做出多小的線條，取決于兩個變量：光的波長越短，分辨率越高；數(shù)值孔徑（NA）越大，聚焦越精細(xì)。芯片工業(yè)的進(jìn)化史，就是在這兩個變量之間反復(fù)切換的歷史。上世紀(jì) 90 年代從可見光切換到深紫外光（DUV），2017 年從 DUV 切換到極紫外光（EUV），每一次波長跳躍都是十年以上的研發(fā)周期。

而這一次升級，ASML 并沒有換光源。EUV 的 13.5 納米波長不變，改動的是第二個變量：把數(shù)值孔徑從 0.33 提升到 0.55，提升幅度超過 60%。理論上，這足以將晶體管尺寸縮小近一半，密度提高近兩倍。但從 0.33 到 0.55，觸發(fā)了一連串級聯(lián)的工程問題。

（來源：蔡司）

更高的數(shù)值孔徑意味著光線以更陡的角度抵達(dá)掩模版。掩模版上的電路圖案是三維結(jié)構(gòu)，陡峭的光線會在圖案邊緣產(chǎn)生陰影，就像午后的陽光在峽谷里投下的暗影，這會直接影響圖案的清晰度。

ASML 的工程師給出的解決方案是重新設(shè)計掩模版和光學(xué)系統(tǒng)。新的掩模版圖案變成了寬高比 1:2 的非對稱形狀，在一個維度上被拉長了一倍。但這個改動帶來了新的問題：光學(xué)系統(tǒng)的調(diào)整導(dǎo)致單次掃描曝光的晶圓面積減半，機(jī)器的產(chǎn)出速度直接打了折扣。

對 ASML 來說，速度下降是幾乎無法接受的。客戶為一臺 4 億美元的機(jī)器付費(fèi)，期望的是每小時 200 片晶圓以上的產(chǎn)能。既然曝光面積小了，就必須讓掩模版移動得更快。工程師們重新設(shè)計了整個掩模版機(jī)構(gòu)，把它做得更輕，最終實現(xiàn)了 22 倍重力加速度（22g）的運(yùn)動速度，遠(yuǎn)超上一代。ASML 的 CTO Marco Pieters 開玩笑說，不要試圖坐上去，因為你會直接昏過去。

與此同時，在德國耶拿，蔡司（Zeiss）的工程師在制造與更高數(shù)值孔徑匹配的新型反射鏡。新鏡片的面積大約是上一代的兩倍，整個投射光學(xué)系統(tǒng)的重量從 1.7 噸膨脹到 12 噸，翻了七倍。蔡司為此建造了全新的機(jī)器人輔助產(chǎn)線。他們說這是公司歷史上制造過的最光滑的表面。

另外，光源也在同步升級。上一代 EUV 機(jī)器通過激光轟擊錫液滴來產(chǎn)生極紫外光，每個錫滴被擊中兩次，新機(jī)器改成了三次。這意味著錫液滴的發(fā)射系統(tǒng)需要加速 50%，激光功率也需要大幅提升。ASML 圣迭戈實驗室的工程總監(jiān) Alex Schafgans 稱，激光系統(tǒng)一直在變大。現(xiàn)在，一臺機(jī)器配套的激光設(shè)備已經(jīng)可以填滿一整個房間。

EXE:5200B 在 2025 年四季度首次交付客戶，配合 2025 年發(fā)布的 1,000W 光源，產(chǎn)能從早期型號 EXE:5000 的 110 片/小時提升到了 175 片/小時。但距離 ASML 承諾的 200 片/小時仍有差距。

這一整條工程鏈的每一個環(huán)節(jié)都是重投入、重驗證的過程。從 0.33 到 0.55，不是一次革命性的跳躍，而是在已有路徑上的高強(qiáng)度推進(jìn)。Koch 在 ASML 工作過多年，他的判斷是：這臺機(jī)器的能力提升大約在 30% 到 50% 之間，是一次進(jìn)化而非革命。

買還是不買

正因為這次升級是進(jìn)化而非革命，臺積電算了一筆賬：如果用現(xiàn)有的 low-NA EUV 機(jī)器加上多重曝光（multi-patterning）技術(shù)，再配合先進(jìn)封裝和背面供電等工藝創(chuàng)新，依然可以推進(jìn)到 1.2nm 級別的工藝節(jié)點，那為什么要花 4 億美元換一臺新機(jī)器？

SemiAnalysis 的分析認(rèn)為，臺積電可能要到 2029 年至 2030 年的 1nm 級工藝節(jié)點 A10 才會真正需要 high-NA，因為在那之前，low-NA EUV 的雙重曝光在成本上可能仍然低于 high-NA 的單次曝光。而且 high-NA 機(jī)器的體積遠(yuǎn)大于上一代，安裝它意味著對晶圓廠的建筑結(jié)構(gòu)做大幅改造。

相比之下，英特爾的選擇截然不同。2024 年春天，300 名 ASML 工程師抵達(dá)俄勒岡州英特爾的晶圓廠，開始組裝和測試全球第一臺量產(chǎn)型 high-NA 機(jī)器。英特爾的光刻方案總監(jiān) Mark Phillips 不愿透露具體性能數(shù)據(jù)，但表示對設(shè)備健康狀況的快速改善感到滿意。

英特爾押注 high-NA 的邏輯也很簡單：它在代工領(lǐng)域已經(jīng)落后于 TSMC 和三星，需要一張差異化的牌來爭奪客戶。如果 high-NA 能讓英特爾比競爭對手更快地實現(xiàn)單次曝光，就值得為此冒險。

（來源：英特爾）

三星則處于 TSMC 和 Intel 之間的位置。有報道稱三星正在考慮購買新的 high-NA EUV 機(jī)器，試圖在 2nm 工藝的競爭中縮小與英特爾的差距。

ASML 自己似乎并不慌張。即便臺積電推遲了 high-NA 的采用，ASML 的 low-NA EUV 機(jī)器依然供不應(yīng)求。ASML 的 CFO Roger Dassen 表示，公司 2026 年的目標(biāo)是出貨至少 60 臺 low-NA EUV 系統(tǒng)，2027 年計劃擴(kuò)大到約 80 臺。

以 ASML 每年通常只能生產(chǎn) 40 到 50 臺 EUV 系統(tǒng)的產(chǎn)能來看，這已經(jīng)是滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。2026 年一季度，ASML 的 EUV 系統(tǒng)凈銷售額超過 41 億歐元，其中包含兩臺 high-NA 設(shè)備的收入。公司將 2026 年全年營收指引上調(diào)至 360 億至 400 億歐元。

不過，ASML 還有一個花多少錢都買不到 high-NA 的客戶：中國。自 2019 年起，在美國施壓下，荷蘭政府禁止 ASML 向中國出售任何 EUV 光刻機(jī)。到 2024 年，限制進(jìn)一步擴(kuò)展到先進(jìn)型號的 DUV 浸沒式系統(tǒng)。即便如此，中國在 2025 年仍是 ASML 最大的單一市場，占銷售額的 33%，買的全是不受限的中低端 DUV 設(shè)備。ASML 預(yù)計這一比例在 2026 年將降至 20%。

買不到 EUV，中國的現(xiàn)實策略是把手里的 DUV 推到極限。通過多重曝光，現(xiàn)有 DUV 設(shè)備理論上可以制造 7nm 甚至更先進(jìn)的芯片，只是速度更慢、成本更高。與此同時，中國也在投入大量資源自研 EUV 技術(shù)，但 ASML 從 EUV 原型到第一臺量產(chǎn)機(jī)用了十幾年，其中蔡司供應(yīng)的超精密光學(xué)系統(tǒng)至今沒有第二個供應(yīng)商能替代。

ASML CEO Christophe Fouquet 在 2025 年 4 月曾表示，中國要開發(fā)出可行的 EUV 替代技術(shù)還需要“很多很多年”。Koch 判斷稱：中國會很樂意擁有一臺每小時只能處理一片晶圓、運(yùn)行成本極高的 EUV 機(jī)器，然后建一千臺這樣的機(jī)器，也心滿意足。

中國之外，試圖繞開 ASML 的還有另一批人。

Substrate 是一家總部位于舊金山的初創(chuàng)公司，成立四年。它不用 EUV 光，而是用粒子加速器產(chǎn)生的 X 射線來做光刻，波長可以低至 0.01 納米，遠(yuǎn)短于 EUV 的 13.5 納米。

2025 年 10 月，Substrate 完成了 1 億美元融資，估值達(dá)到 10 億美元，投資方包括 Peter Thiel 的 Founders Fund、General Catalyst，以及美國中情局下屬的風(fēng)險投資機(jī)構(gòu) In-Q-Tel。公司已經(jīng)用原型機(jī)在 300mm 晶圓上制造出了 12 納米關(guān)鍵尺寸的圖案，并聲稱這一精度目前只有 ASML 的 high-NA 機(jī)器才能實現(xiàn)。

Substrate 的創(chuàng)始人 James Proud 不打算把機(jī)器賣給臺積電或英特爾。他的計劃是自建晶圓廠，用自己的光刻設(shè)備來提供代工服務(wù)，目標(biāo)是把單片先進(jìn)制程晶圓的成本從行業(yè)預(yù)估的 10 萬美元降到 1 萬美元。他說，當(dāng)前 AI 對芯片的需求最終會比現(xiàn)在最大膽的預(yù)測還要高出好幾個數(shù)量級。

業(yè)內(nèi)人士們對 Substrate 這條路線的評價褒貶不一。Koch 認(rèn)為它的技術(shù)方向“很酷”，也“有意思”，但從實驗室演示到量產(chǎn)之間的路還很長。《Focus: The ASML Way》一書的作者 Marc Hijink 則更為謹(jǐn)慎，他認(rèn)為同時掌握一種全新光刻技術(shù)和高產(chǎn)能晶圓廠運(yùn)營幾乎是不可能的，而 Substrate 對自身技術(shù)細(xì)節(jié)的保密讓他不安。“這個行業(yè)靠的是開放式創(chuàng)新，”他說。

另一個挑戰(zhàn)者來自更遠(yuǎn)的地方。挪威初創(chuàng)公司 Lace Lithography 在 2026 年 3 月完成了 4,000 萬美元 A 輪融資，由 Atomico 領(lǐng)投，微軟旗下的 M12 基金參投。Lace 的方法完全繞開了光：它用激發(fā)態(tài)的氦原子束來替代光子做圖案轉(zhuǎn)移。氦原子束的寬度約 0.1 納米，比 EUV 的 13.5 納米波長精細(xì)了 135 倍，而且原子沒有光子的衍射極限，理論上可以實現(xiàn)原子級分辨率。

Lace 的 CEO Bodil Holst 是一位在卑爾根大學(xué)從事納米物理研究超過二十年的物理學(xué)家，她同時還是 Kavli 納米科學(xué)獎委員會的主席。聯(lián)合創(chuàng)始人 Adrià Salvador Palau 此前是她的博士生，專攻物理學(xué)和機(jī)器學(xué)習(xí)。

Holst 說，她從 2008 年就開始研究原子束光刻。當(dāng)時 MIT 教授 Henry“Hank”Smith 告訴她應(yīng)該去探索用原子做芯片，因為那時他并不確定 ASML 的 EUV 路線能成功。“就算 EUV 成了，我們最終也需要原子，”Smith 對她說。

ASML 對這些新出現(xiàn)的競爭對手也已經(jīng)有所關(guān)注，其技術(shù)執(zhí)行副總裁 Jos Benschop 評價稱，自己無法評估 Substrate 的技術(shù)是否可靠，因為這家公司從未解釋過自己的工藝流程。但他去看了 Lace 在 SPIE 先進(jìn)光刻大會上的報告，對他們的技術(shù)路線印象深刻，只是懷疑這種方法能否在晶圓上形成足夠深度的圖案。“到目前為止，我還沒有看到一個可行的替代方案，”他說。

光刻行業(yè)的范式轉(zhuǎn)換向來都是比較慢的。從深紫外到極紫外，ASML 用了 16 年和大約 100 億美元的研發(fā)投入。塔夫茨大學(xué)國際歷史學(xué)教授、《芯片戰(zhàn)爭》一書的作者 Chris Miller 說，光刻技術(shù)的代際更替歷史上動輒以十年計。

ASML 如今已經(jīng)在為下一步做準(zhǔn)備。Benschop 認(rèn)為 high-NA 技術(shù)將主導(dǎo) 2030 年代的芯片制造。在那之后呢？工程團(tuán)隊已經(jīng)在設(shè)計將數(shù)值孔徑從 0.55 進(jìn)一步提升到 0.75 的方案，內(nèi)部稱之為“hyper NA”，理論分辨率可以達(dá)到 6 納米。

如果順利，hyper NA 可能在七到八年后推向市場。他們同時還在考慮將不同級別的 EUV 光學(xué)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化到同一尺寸的機(jī)身中，讓客戶可以訂購一臺機(jī)器，然后根據(jù)需要配置普通 EUV、high NA 或 hyper NA 的光學(xué)模塊。

芯片行業(yè)只會在一種情況下切換范式：當(dāng)現(xiàn)有路徑連多延伸一點點都做不到的時候。4 億美元一臺、最大客戶明確推遲采購，也許還不是那個臨界點。但它至少說明，“做得更小”的代價正在變得越來越大，而圍繞這個代價的分歧，正在從工程問題變成戰(zhàn)略問題。

參考資料：

1.https://www.technologyreview.com/2026/06/23/1138837/asml-400-million-dollar-machine-powering-future-of-chipmaking/

運(yùn)營/排版：何晨龍