9月2日，荷兰ASML的新一代EUV光刻机只有一辆公交车那么大，造价1.5亿美元。其前所未有的精度可以使芯片上的元件尺寸在未来几年内继续缩小。

EUV掩模对准器

在位于美国康涅狄格州郊区的一个大型洁净室中，工程师们已经开始制造一台机器的关键部件，预计这台机器将使芯片制造业至少在未来10年内继续遵循摩尔定律。

这台极紫外光刻机是荷兰ASML公司制造的。ASML在2017年推出了世界上第一台量产的极紫外光刻机，它在芯片制造中发挥着至关重要的作用。它已被用于制造最先进的芯片，如iPhone芯片和人工智能处理器。下一代极紫外光刻机的部分组件正在ASML康涅狄格州威尔顿制造，该设备采用新技术将紫外波长最小化，从而将制造的芯片组件尺寸最小化，最终提高整个芯片的性能。

新一代极紫外光刻机大约有一辆公共汽车那么大，造价1.5亿美元。整机包含10万个零件和2公里长的电缆。每台机器需要40个集装箱、3架货机或20辆卡车来运送。只有TSMC、三星和英特尔等少数公司买得起这种机器。

“这真的是一台不可思议的机器，”麻省理工学院研究新晶体管架构的教授杰西·德尔·阿拉莫说。“这绝对是一个革命性的产品和突破，将为芯片行业带来新的生命。”

在康涅狄格州的工厂里，工程师们将一块巨大的铝雕刻成一个框架，最后让掩模以纳米的精度在它们之间移动，反射极紫外光。这些光束被几面镜子来回反射，以惊人的精度反复抛光，在硅片上蚀刻出只有几十个原子大小的特征图案。

制造的组件将于2021年底运往荷兰Vihoeven，然后于2022年初安装在新一代极紫外光刻机的首台样机中。英特尔可能会用这台新机器制造第一批芯片。英特尔表示，预计将在2023年推出第一批芯片。以之前任何一台机器蚀刻出来的图案尺寸都更小，每个芯片里有几百亿个元件，未来几年这台机器生产出来的芯片应该是有史以来处理速度最快，效率最高的。

总之，ASML新一代极紫外光刻机有望延续芯片制造的理念和整个科技产业的不断进步，让摩尔定律永葆生机。

1965年，电子工程师、英特尔创始人之一戈登·摩尔在行业杂志《电子》35周年特刊上发表了一篇文章。摩尔在他的文章中指出，单个硅芯片上的组件数量大约每年翻一番，他预计这一趋势将继续下去。

十年后，摩尔将他的预测从一年改为两年。近年来，虽然制造技术的不断突破和芯片设计的不断创新保持了这种势头，但摩尔定律的发展仍然受到质疑。

极紫外光刻使用特殊的工程技术来减少用于制造芯片的光的波长，这应该有助于延续摩尔定律的趋势。这种光刻技术对于制造更先进的智能手机和云计算机器，以及人工智能、生物技术和机器人等新兴技术的发展至关重要。“摩尔定律的终结被夸大了，”赫苏斯·德尔·阿拉莫说。“我认为这将持续相当长一段时间。”

乔治城大学研究芯片制造的研究分析师威尔·亨特(Will Hunt)说:“没有ASML的机器，就不可能制造出先进的芯片。”“很多东西都要年复一年的调整和测试，这些都很难。”

他说，极紫外光刻机的每一个部件都“极其复杂，复杂得惊人”。

制造芯片通常需要一些世界上最先进的工程技术。起初，芯片是一个圆柱形的硅晶体，先将其切成薄片，然后在薄片上涂上一层感光材料，用设定图案的光束反复曝光。硅中没有被光接触的部分被化学反应蚀刻掉，从而绘制出芯片组件的复杂细节。然后每个晶片被切割成许多单独的芯片。

目前，缩小芯片组件的尺寸仍然是从一个硅芯片中挤出更多计算能力的最可靠方法，因为芯片上封装的电子组件越多，计算能力就越高。

芯片架构和元器件设计的诸多创新也让摩尔定律得以延续。例如，今年5月，IBM展示了一种新型晶体管，它像丝带一样夹在硅片内部，可以在不降低光刻分辨率的情况下，将更多的元件封装到芯片中。

然而，自20世纪60年代以来，有效缩短用于制造芯片的光束的波长有助于促进芯片元件的小型化，这对提高芯片的性能至关重要。首先，使用可见光的机器被使用近紫外光的机器取代，近紫外光让位于使用深紫外光的机器，以便在硅片上蚀刻更小的图案特征。

20世纪90年代，英特尔、摩托罗拉、AMD等公司开始合作研究作为新一代光刻技术的极紫外(EUV)。ASML于1999年加入，努力研发第一台极紫外光刻机。与之前的深紫外光刻(193 nm)相比，极紫外光刻技术的光束波长更短，只有13.5 nm。

但人类花了几十年时间来解决工程挑战。如何产生极紫外光本身就是一个大问题。ASML的方法是用高功率激光以每秒5万次的速度轰击锡滴，产生足够高强度的极紫外光。普通透镜也能吸收极紫外光，所以极紫外光刻机用镀有特殊材料的精密反射镜代替。在ASML极紫外光刻机内部，极紫外光在穿过掩模之前将被几个镜子反射，掩模将以纳米精度移动，以便对准硅片上的不同层。

“老实说，没有人真的想使用极紫外光，”行业研究公司Real World Technologies的芯片分析师大卫·坎特(David Kanter)说。“这比原计划晚了20年，超出预算10倍。但如果你想做出非常密集的结构，这是你唯一的工具。”

ASML新一代极紫外光刻机采用更大的数值孔径，进一步缩小芯片上元件的尺寸。这种方式允许光以不同的角度穿过掩模，从而增加图案成像的分辨率。这需要更大的镜子和新的硬件和软件来精确控制元件的蚀刻。ASML目前这一代的极紫外光刻机可以制造出13奈米解析度的晶片。新一代极紫外光刻机将采用更高的数值孔径制作8纳米尺寸的特征图形。

目前，TSMC在芯片制造过程中使用极紫外光刻技术。其客户包括苹果、英伟达和英特尔。英特尔在采用极紫外光刻技术方面进展缓慢。因此，它落后于竞争对手，所以它最近决定将部分生产外包给TSMC。

ASML似乎并不认为它的平版印刷机会落后了。

“我不喜欢谈论摩尔定律的终结，我喜欢谈论摩尔定律的幻觉，”ASML首席技术官马丁·范登·布林克说。

范·布林克指出，摩尔在1965年发表的文章实际上更关注创新过程，而不仅仅是芯片组件的尺寸缩小。尽管Van den Brink预计，高数值孔径极紫外光刻技术至少在未来10年内将继续推动芯片产业的进步，但他认为，使用光刻技术来缩小芯片组件的尺寸将变得不那么重要。

Van Brink表示，ASML已经开始研究极紫外光刻的后续技术，包括电子束和纳米压印光刻，但迄今为止还没有发现任何技术足够可靠，值得投入大量资金。他预测，在考虑热稳定性和物理干扰的同时，加速生产光刻机将有助于提高芯片产量。即使芯片速度没有变得更快，这种方法也会使最先进的芯片更便宜，更受欢迎。

Van Brink补充说，包括芯片上组件的纵向制造在内的制造技术应该继续提高芯片的性能。英特尔和其他公司已经开始这样做了。TSMC执行董事长刘德音曾表示，未来20年，芯片的综合性能和效率将每年提高3倍。

主要的挑战是全球对更快芯片的需求不太可能下降。普渡大学教授马克·伦德斯特伦早在20世纪70年代就开始从事芯片行业。2003年，他为《科学》杂志写了一篇文章，预测摩尔定律将在10年内达到物理极限。他说，“在我的职业生涯中，我们已经想了很多次，‘好吧，这就是结局。’”“但未来10年没有任何放缓的危险。我们只是在寻找另一种方式。"

Destrom仍然记得他第一次参加微芯片会议是在1975年。“有一个叫戈登·摩尔的人在演讲，”他回忆道。“他在技术界很有名，但其他人都不认识他。”

“我仍然记得他的演讲，”伦德斯特伦补充道。“摩尔说，‘我们很快就能在一块芯片上安装1万个晶体管’。他还说，‘当一个芯片上有10000个晶体管时，还有什么是人做不到的？’"