芯片产出速度提升50%！ASML取得关键突破，EUV光刻实现千瓦级跃迁

2 月 24 日，据路透社报道，全球半导体设备龙头阿斯麦（ASML）在其圣地亚哥研发中心取得了一项关键技术突破：他们已成功研发出能稳定输出 1,000 瓦（1kW）功率的极紫外（EUV）光源系统。据预测，到 2030 年，这项技术将使单台光刻机的芯片产出量提升 50%。

（来源：ASML）

ASML 负责 EUV 光源技术的首席专家迈克尔·珀维斯（Michael Purvis）明确表示，这并非实验室里的短暂演示，而是一套能在客户量产环境下稳定运行的成熟系统。

要理解这个系统带来的突破，首先要厘清极紫外（EUV）光刻技术的核心运作机制。在半导体制造的微观世界里，光刻机扮演着“超级投影仪”的角色：它利用光线将极其复杂的电路图案缩小并“印刷”到涂有光刻胶的硅晶圆表面。

然而，随着芯片制程不断逼近物理极限，传统的深紫外光（DUV）已无法满足精度要求，业界必须使用波长仅为 13.5 纳米的极紫外光（EUV）。可这种波长的光在自然界中极难获取，且极易被空气和普通透镜吸收，于是 ASML 构建了一套系统来人为制造极紫外光光源。

在光刻机核心的真空腔体内，高精度的液滴发生器会以极高的频率喷射出直径仅为几十微米的熔融锡滴。这些微小的锡滴随后成为高能二氧化碳激光器的靶标。

当高功率激光束精准击中高速飞行的锡滴时，锡滴瞬间被加热至数万摄氏度，直接气化并电离，形成一团高温、高密度的等离子体云。就在这团等离子体冷却衰变的极短瞬间，锡离子会释放出波长为 13.5 纳米的极紫外光子。

随后，一套由多层钼/硅薄膜组成的精密反射镜系统（因为普通透镜会吸收 EUV 光，只能使用反射镜）将这些光子收集并聚焦，最终投射到晶圆上完成曝光。

在这一链条中，光源功率直接决定了光刻机的“吞吐量”（Throughput），即每小时能处理多少片晶圆。现有的量产型 EUV 光刻机，其光源功率长期徘徊在 600 瓦左右。这已经是工程的极限：要维持稳定的 600 瓦输出，机器每秒需喷射约 5 万个锡滴，并用激光进行数亿次的精准轰击。

功率成为瓶颈，是因为 EUV 的产生效率极低。输入激光的能量中，仅有约 2% 至 4% 能最终转化为有用的 13.5 纳米 EUV 光，其余能量大多转化为废热或碎片。

若要提升功率，意味着必须在单位时间内处理更多的锡滴，这不仅对激光器的重复频率提出了苛刻要求，更使得真空腔体内的热管理、锡碎片的清理以及光学元件的保护变得异常困难。一旦功率提升导致碎片增多或镜片污染加速，机器的停机维护时间就会增加，反而抵消了产能增益。

此次 ASML 实现 1,000 瓦功率的跨越，并非简单的加大火力，而是通过两项关键的底层创新，从根本上优化了能量转换效率：

首先是锡滴频率的倍增。研发团队成功将液滴发生器的喷射频率提升了一倍，从每秒约 5 万个锡滴增加到约 10 万个。这意味着在相同时间内，系统拥有了两倍的“原材料”来产生光子。但这要求液滴发生器在极高频率下仍能保持锡滴大小、位置和速度的极度均一，任何微小的偏差都会导致激光脱靶。

其次是激光脉冲策略的重构。传统模式下，激光器通常使用单个经过整形的高能脉冲轰击锡滴，试图一次性将其激发至最佳等离子态。然而，这种方式往往难以兼顾锡滴的预热、扁平化以及最终的等离子体激发，导致能量浪费。

新系统则采用了“双脉冲串”策略：第一个较小的脉冲串先对锡滴进行预处理，将其精确地整形和预热至最佳状态；紧接着，第二个脉冲串再进行主轰击。这种分步走的精细控制，显著提升了激光能量向 EUV 光子的转化率，使得在同等激光输入下能产出更多的有效光子。

科罗拉多州立大学教授、激光物理学权威豪尔赫·J·罗卡（Jorge J. Rocca）对这一进展给予了极高评价：“这不仅仅是一个单一技术的突破，而是一项极具挑战性的系统工程。你需要同时掌握流体力学（控制锡滴）、高能激光物理（脉冲整形）、等离子体动力学以及极端环境下的精密控制，并将它们完美整合。能在工业级量产设备上稳定实现 1,000 瓦的功率输出，确实令人惊叹。”

图 | 豪尔赫·J·罗卡（来源：科罗拉多州立大学）

这一突破意味着，光刻机不再受限于光源强度导致的曝光时间过长，从而能够以更快的速度扫描晶圆。对于芯片制造厂而言，这直接转化为单台设备产出的大幅增加，以及在同等产能需求下设备数量和厂房空间的大幅缩减，有望显著改善先进制程的单位成本结构。

对晶圆厂而言，光源功率的提升直接转化为产能的增加。ASML 负责 NXE 产品线的执行副总裁特恩·范·高（Teun van Gogh）表示，随着光源功率增强，到本年代末，单台机器的晶圆处理能力（WPH）有望从目前的每小时 220 片提升至 330 片左右。

在光刻过程中，光强越强，光刻胶所需的曝光时间就越短。在当前人工智能和企业级计算需求激增的背景下，芯片制造商正面临严峻的产能约束。如果能在不增加额外设备和洁净室空间的前提下，通过光源升级将产能提升 50%，这将极大改善晶圆厂的经济效益。

ASML 透露，除了针对未来新机型，公司目前提供的“生产力增强包”（PEPs）也旨在帮助客户升级现有设备。不过，业内分析认为，受限于热管理极限，较老型号的 NXE:3400C/D 机型可能难以直接升级到千瓦级光源。这项新技术更可能应用于现有的 NXE:3800E 配置，以及即将推出的高数值孔径（High-NA）EXE:5000/5200 系列机型。

图 | NXE:3800E（来源：ASML）

ASML 此时披露这一进展，也与全球竞争环境有关。尽管 ASML 是目前市场上唯一的商业化 EUV 供应商，但地缘政治和供应链安全考量正在催生新的挑战者。

在美国，Substrate 和 xLight 两家初创公司已筹集数亿美元，致力于开发本土替代方案。其中，xLight 更获得了特朗普政府的资金支持，试图利用粒子加速器产生更短波长的 X 射线进行光刻。与此同时，中国在出口管制压力下，也在加速推进本土光刻机研发。

行业观察家指出，ASML 将光源功率推高至千瓦级，实际上是在大幅提高 EUV 技术的准入门槛。当竞争对手还在为几百瓦的稳定输出努力时，ASML 已通过提升功率密度和产出效率，进一步降低了客户的单片制造成本，从而进一步提高技术壁垒。

当然，从技术验证到大规模量产仍需克服诸多工程挑战。1,000 瓦的 EUV 光源意味着真空腔体内的热负荷将急剧增加，这对机器的冷却系统、氢气流控制以及精密光学组件的稳定性都提出了更高要求。此外，更高的功率也引发了关于电力供应和能耗的讨论。

尽管如此，ASML 对未来技术路径保持乐观。迈克尔·珀维斯透露，该公司认为实现 1,000 瓦的技术路径将为未来的持续演进打开大门：“我们已经看到了一条通往 1,500 瓦的清晰路径，且从基础物理层面来看，没有理由不能达到 2,000 瓦。”

1.https://www.reuters.com/world/china/asml-unveils-euv-light-source-advance-that-could-yield-50-more-chips-by-2030-2026-02-23/

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