在“追光實驗室”上海站啟動儀式上，阿斯麥（ASML）中國區總裁沈波笑言，隨著近年來半導體的社會關注度上升，ASML已經成功出圈，從一家只有業內人士瞭解的隱形冠軍，成為全民都能談論幾句的網紅公司，幾乎每天都能看到與ASML相關的報道和話題。ASML中國區技術總監高偉民甚至總結了媒體報道中對ASML的描述，他表示，專業媒體的形象化描述令人印象深刻，這種方式讓大眾很好理解，專業度也較為到位。
ASML中國區總裁沈波
但畢竟光刻機極其複雜精妙，有人類最複雜精密儀器的美名，難以全部用形象化描述來解讀，為了讓專業觀眾更深入瞭解光刻機原理，高偉民給與會媒體上了一堂技術課。
光刻機工作流程
半導體制造流程很長，前道製造大體可以分為七個環節，即塗膠、光刻、烘烤、刻蝕、離子注入、去膠、沉積，光刻是七大環節之一，也是最重要的一個環節，直接決定了半導體產線能夠加工的電晶體尺寸大小（即工藝節點）和產出率。據西南證券收集的資料，光刻環節耗時佔晶圓製造全流程的40%至50%，光刻工藝成本佔晶片生成成本的30%左右。
圖源：ASML年報
據高偉民介紹，光刻環節有三種裝置聯合工作，分別是光刻機、塗膠顯影機和檢測機。自動化產線將待加工的晶圓送到塗膠顯影機上去塗光刻膠，塗完光刻膠的晶圓被送入光刻機進行曝光，曝光完成後的晶圓需要送回塗膠顯影機進行顯影，顯影完成的晶圓透過檢測機檢測合格以後進入下一個環節，如果檢測不合格，晶圓將被送回返工。
ASML中國區技術總監高偉民
從功能劃分上，光刻機大致可以分為光源、光通路、掩膜版、投影物鏡和晶圓加工區等幾部分。在工作時，光刻機把掩膜版做好的圖形透過投影鏡，縮小四倍後照射在晶圓上，塗了光刻膠的晶圓發生化學變化，再送回塗膠顯影機進行顯影。為提高產能，晶圓運動速度極高，光刻機要在高速動態下完成光刻動作，控制精度在1到2個奈米之內，為保證高精度完成光刻動作，光刻機內建了成千上萬個感測器，透過大量引數反饋來對光刻動作進行控制。“這是一個非常非常難的機器，難以想象的精密儀器。”高偉民說道。
圖源：網路
在《ASML光刻機PK 原子彈，難度？》這篇文章中，就曾形象地描述：現在最先進的EUV光刻機可以做到的“雕刻精度”是7nm，這相當於一根頭髮的萬分之一。在雕刻的過程中晶圓需要被快速移動，每次移動10釐米，可是誤差必須被控制在奈米級別。這種誤差級別相當於眨眼之間端著一盤菜從北京天安門衝到上海外灘，恰好踩到預定的腳印上，菜還保持端平不能灑。
一個公式打天下
光刻機決定了半導體工藝尺寸，那麼什麼決定光刻機的加工精度呢？高偉民介紹，ASML在光刻領域的創新，主要從阿貝公式入手。阿貝公式是光學裝置解析度公式，在ASML每個辦公室的顯著位置，都可以發現這個公式：CD =K1*λ/NA。該公式顯示，光學系統最小分辨尺寸和三個引數有關，第一個是波長（λ），第二個是數值孔徑（NA），第三個是工藝因子或製程因子（K1）。即波長越小，能夠分辨的尺寸就越小，解析度越高；數字孔徑越大，能夠分辨的尺寸也越小，解析度也越高；工藝因子越小，可分辨尺寸越小，解析度越高。
圖源：ASML年報
減小光源波長是光刻機提升加工精度的主要技術方向。市場主流光刻機的光源波長，也從1980年代的436奈米（所謂g-Line），縮小到如今13。5奈米的極紫外波長。在光刻機領域，ASML並不是一開始就像現在這樣一枝獨秀，在g-Line（436奈米波長光源）和i-Line（365奈米波長光源）時代，日本廠商優勢明顯，進入248奈米光源之後，ASML逐漸追上。
據高偉民介紹，2003年左右，ASML等光刻機廠商還開發過157奈米波長的光源，但由於配套材料不過關，157奈米光源並未投入商用，這反而因禍得福，ASML在193奈米波長的光源上開發出浸潤式光刻技術，進一步擴大對日本廠商的領先優勢。
圖源：網路
加大數值孔徑是增加解析度的另一個方向。但鏡頭尺寸有物理極限，主流光刻機的鏡頭尺寸已經非常大，再把鏡頭做大從成本和工程實現上來說都不太現實。但如果改變晶圓光路介質，提高折射率，就相當於擴大數值孔徑，這就是浸潤式原理。
浸潤式光刻機將晶圓的光路介質由空氣替換成水，增加了折射率，從而提升了解析度。
除了波長和數值孔徑，ASML還在光源最佳化方面做了很多研究，以提升光刻機解析度。計算光刻就是光源最佳化的重要技術，ASML將之歸類為阿貝公式中的K1，即製程因子。針對給定光學圖形，ASML光刻機透過計算光刻機技術得出最佳光照形貌，設定微鏡陣列將最佳光照形貌投射到晶圓上進行光刻，從而提高加工精度。
跨過理論到工程實現的鴻溝
阿貝公式如此簡潔，日本廠商又在光學領域積累深厚，那麼ASML是如何在激烈的競爭中殺出重圍的呢？在沈波和高偉民的講解中，大概可以得出答案，即重視研發、勇於嘗試、負有使命。
以浸潤式光刻工藝為例，原理非常簡單，但在工程實現上挑戰極大。只是將光路介質從空氣換成水，就要考慮幾點：如何保證水流過光刻膠不產生雜質和氣泡，水流和晶圓高速摩擦產生的熱如何散發，怎樣均勻化水流的熱場……
單是如何將水放置到對應的光刻位置，就是一個極大的技術難題。ASML用氣體將水穩定在既定光刻位置，巧妙地解決了這個問題，但在如何讓水在氣體內流動、氣流和水流之間如何平衡、水流如何透過氣流散熱等技術點上，ASML花了大量的時間才得以解決。
此外，浸潤式光刻還需要加大鏡頭尺寸，以滿足水作為光路介質時的應用需求。高偉民表示，和乾式光刻的光學系統區別巨大，浸潤式光刻的技術改變遠比原理實現上看起來要複雜。
雙工件臺是另一個例子。半導體工藝整合度不斷提高，能加工的線寬越來越小，為了保證良率仍能滿足大批次工程生產的要求，光刻機在光刻過程中需要進行的引數測量和狀態監控越來越多，測試引數增多導致測量時間加長，從而造成產能下降。採用雙工件臺並行加工是ASML給出的解決方案，在雙工件臺上，一次進入兩個晶圓，一個晶圓做光刻，另一個晶圓做測試，這樣就既能滿足先進工藝對加工過程中測試測量的要求，也提高了產出率。據高偉民介紹，相比單工件臺，雙工件臺產出率提升了約三分之一。
雙工件臺在工程實現上也有很多挑戰，增加一個加工區域之後，整個平臺直徑約有兩三米，這麼大的部件高速運動時還要做到奈米級精度，對於運動控制和散熱的要求極高，ASML將之前的氣動平臺改為磁懸浮平臺，從而讓“大塊頭”也能靈活運動。
以推動行業發展為使命
現如今，半導體制造不斷逼近物理極限，作為半導體制造工藝中最關鍵的環節，光刻技術發展成為整個行業關注的焦點，在EUV光刻技術上ASML一騎絕塵，長期在無人區探索。如同高偉民所言，“ASML創新到什麼程度，決定了產業能發展到什麼階段。”
產業進步靠科技，科技發展靠人才，作為行業領導者，ASML極其重視人才發展，研發投入佔到銷售額的15%到20%，2020年財報顯示，ASML研發投入達到22億歐元，全球有超過一萬名工程師。在中國區的1000多名員工中，工程師比例很高，ASML在中國設有兩個研發中心，沈波分享道：“過去的20年來，ASML中國在人才培養上取得的成就，歸功於我們獨特的人才培養體系和ASML 營造平等、尊重、包容和多元的環境。在幫助員工工作和成長的過程中，無論是專案戰略發展，還是職業規劃，員工都可以充分表達個人想法，在這裡充分挖掘潛能，推動創新產品服務的迭代升級。”
為了讓中國頂尖人才參與到光刻技術發展過程中，也為了更好支援中國本土客戶，ASML將向全國招聘上百個職位，覆蓋全方位光刻解決方案的各塊業務，提供如光刻裝置方面的客戶服務工程師、現場應用工程師、裝機工程師等，計算光刻演算法工程師、現場應用工程師、產品工程師等，以及量測檢驗方面的電子工程師等崗位。
沈波表示，ASML存在的使命，就是去解放產業發展潛力，將技術極限不斷向前推進。他說：“透過探索前所未有的技術，去解決人類面臨的挑戰，如果我們進步，半導體行業就無法進步。”