你手中的智能手机、驱动人工智能的服务器、自动驾驶汽车里的大脑，背后都离不开一项被称为“芯片制造皇冠上的明珠”的技术：极紫外光刻。

如今，美国劳伦斯伯克利国家实验室正联合产业界，研发新一代极紫外光刻材料，目标是让芯片做得更小、更快、更密集。

这项工作被视为延续摩尔定律的关键一环。

一、一台精密无比的“复印机”

如果用一个形象的比喻，极紫外光刻就像一台极其精密的“复印机”。

它利用波长仅为13.5纳米的极紫外光，把设计好的电路图案“印”到硅片上。

这些图案的线条，比人类头发丝细约5万倍。

借助这项技术，芯片制造商能够在指甲盖大小的芯片上集成数十亿乃至上千亿个晶体管。

目前最先进的芯片，晶体管数量已经超过1000亿个。

一台极紫外光刻机重达上百吨，需要多架货运飞机分批运输。由于极紫外光无法穿透空气和普通玻璃，整个光路必须在真空中运行，并使用特制的多层膜反射镜代替透镜。

光刻的原理并不复杂：光线穿过带有电路图案的掩模，照射到涂有光刻胶的硅片上，光刻胶在曝光后发生化学变化，经过显影就留下了电路图案。

问题在于，电路越精细，需要的光波长就越短。传统光刻使用的深紫外光已经接近物理极限，极紫外光的出现，才让芯片工艺得以继续向更小的尺度推进。

有业内观点认为，如果没有极紫外光刻，摩尔定律很可能在2019年就已走到尽头。这一年，极紫外光刻正式实现商业化应用。

二、伯克利实验室的三十年耕耘

极紫外光刻的诞生，凝聚了数十年的科研积累，伯克利实验室在其中扮演了先驱角色。

早在20世纪90年代末，该实验室下属的X射线光学中心就开始探索用极紫外辐射取代可见光进行光刻的技术路径。

2001年，伯克利实验室与成立于1987年的美国半导体产业联盟建立合作，进一步推进极紫外研究。

伯克利实验室在多层膜反射镜和极紫外掩模检测等方面做出了开创性贡献。

该实验室的先进光源装置，是美国能源部科学办公室的用户设施，能够提供极紫外和软X射线光，为相关研究提供了关键的实验条件。

参与这一领域的专家阵容颇为亮眼。X射线光学中心前主任帕特里克·诺洛如今担任EUV Tech公司首席执行官；曾在英特尔创立该中心EUREKA项目的埃里克·潘宁，现任Lavorro公司产品工程副总裁；布鲁诺·拉方丹则是该中心现任主任。

这种国家实验室与企业之间的人才流动，正是美国半导体创新体系的一大特点。

三、材料：下一个突破口

随着芯片工艺逼近原子尺度，光刻面临的挑战越来越多地集中在材料上。

其中最关键的是光刻胶。它就像照相机的胶片，需要对极紫外光足够敏感，同时又能精确保留极细微的图案。

但光刻胶的性能存在一个令人头疼的“三难困境”：分辨率、灵敏度和线条边缘的平整度，三者很难同时兼顾。提高其中一项，往往会牺牲另外一项。

此外，极紫外光的光子能量很高、数量相对较少，这会带来随机误差，导致图案出现缺陷。线条越细，这种随机效应就越明显。

因此，研发新型光刻材料成为当前的研究重点。目前，产业界、国家实验室和学术界正在开展广泛合作，开发能够支撑更小、更快、更高密度芯片的下一代极紫外材料。

金属氧化物光刻胶等新型材料

随着高数值孔径极紫外光刻机投入使用，对光刻材料的要求也水涨船高。

对于芯片制造商来说，材料上哪怕微小的改进，都可能转化为良率的提升和成本的下降。被寄予厚望，它们对极紫外光的吸收能力更强，有望在提高分辨率的同时改善灵敏度。

四、芯片竞争的深层较量

这项研究的背景，是全球半导体竞争日趋白热化。

目前，全球唯一能够量产极紫外光刻机的企业是荷兰阿斯麦公司。一台最先进的极紫外光刻机售价高达数亿美元，被誉为人类制造的最复杂机器之一。

但光刻机只是整个链条的一部分。光刻胶、掩模、光源等材料和零部件同样至关重要，其中不少关键材料长期由日本企业主导。

美国近年来通过《芯片与科学法案》等政策大力扶持本土半导体制造，希望在先进制程领域重建竞争力。在关键材料领域取得突破，正是其中的重要目标之一。

对中国而言，极紫外光刻是半导体产业亟待突破的“卡脖子”环节。国内科研机构和企业正在光源、光学系统和光刻胶等多个方向加紧攻关。

从光刻机到光刻胶，芯片竞争早已不是单一环节的较量，而是整个产业生态的综合比拼。谁能在材料这样的基础环节率先突破，谁就可能在下一轮竞争中占据先机。