不久前，一臺價值1.06億元的設備經空運從荷蘭飛抵廈門，由于該設備價值高，而且對保存和運輸有著很高的要求——必須保持在23℃恒溫狀態下。為了避免影響設備的精度，在運輸中也對穩定性有極高的要求。因此，機場海關以機坪查驗的方式對該貨物實行全程機邊監管，待貨物裝入特制溫控氣墊車，移至海關的機坪視頻監控探頭之下，完成緊急查驗后當晚就得到放行。

那么到底是什么設備能獲得機場海關如此嚴陣以待，而且能有單臺破億的價格呢？

什么是光刻機？

光刻機是芯片制造的核心設備之一，按照用途可以分為好幾種：有用于生產芯片的光刻機；有用于封裝的光刻機；還有用于led制造領域的投影光刻機。用于生產芯片的光刻機是中國在半導體設備制造上最大的短板，國內晶圓廠所需的高端光刻機完全依賴進口，本次廈門企業從荷蘭進口的光刻機就是用于芯片生產的設備。

在高端光刻機上，除了龍頭老大asml，尼康和佳能也曾做過光刻機，而且尼康還曾經得到過intel的訂單。但是近些年，尼康在asml面前被打的毫無還手之力，高端光刻機市場基本被asml占據——即便是尼康最新的ar-f immersion 630賣價還不到asml ar-f immersion 1980d平均售價的一半，也無法挽回敗局。

原因何在？一方面是intel新ceo上臺后，不再延續與尼康的620d合同，這使得尼康失去了一個大客戶。另一方面，也和尼康自身技術實力不足有關，尼康的光刻機相對于asml有不少瑕疵，在操作系統上設計的架構有缺陷，而且尼康的光刻機的實際性能和尼康官方宣傳的有不小差距，這使得臺積電、intel、三星、格羅方德等晶圓大廠不可能為了省一點錢去賣有瑕疵的產品。

目前，尼康的高端光刻機基本被asml吊打，主流半導體產線中只有少數低階老機齡的光刻機還是尼康或者佳能，其他基本都是asml的天下。某種程度上，尼康的光刻機也只能用賣的超級便宜來搶市場了。那么，賣的到底有多便宜呢？

用數據來說話，asml的euv nxe 3350b單價超過1億美元，arf immersion售價大約在7000萬美元左右。相比之下，尼康光刻機的單價只相當于asml價格的三分之一。

光刻機工作原理

上圖是一張asml光刻機介紹圖。下面，簡單介紹一下圖中各設備的作用。

測量臺、曝光臺：是承載硅片的工作臺。

激光器：也就是光源，光刻機核心設備之一。

光束矯正器：矯正光束入射方向，讓激光束盡量平行。

能量控制器：控制最終照射到硅片上的能量，曝光不足或過足都會嚴重影響成像質量。

光束形狀設置：設置光束為圓型、環型等不同形狀，不同的光束狀態有不同的光學特性。

遮光器：在不需要曝光的時候，阻止光束照射到硅片。

能量探測器：檢測光束最終入射能量是否符合曝光要求，并反饋給能量控制器進行調整。

掩模版：一塊在內部刻著線路設計圖的玻璃板，貴的要數十萬美元。

掩膜臺：承載掩模版運動的設備，運動控制精度是nm級的。

物鏡：物鏡用來補償光學誤差，并將線路圖等比例縮小。

硅片：用硅晶制成的圓片。硅片有多種尺寸，尺寸越大，產率越高。題外話，由于硅片是圓的，所以需要在硅片上剪一個缺口來確認硅片的坐標系，根據缺口的形狀不同分為兩種，分別叫flat、 notch。

內部封閉框架、減振器：將工作臺與外部環境隔離，保持水平，減少外界振動干擾，并維持穩定的溫度、壓力。

在加工芯片的過程中，光刻機通過一系列的光源能量、形狀控制手段，將光束透射過畫著線路圖的掩模，經物鏡補償各種光學誤差，將線路圖成比例縮小后映射到硅片上，然后使用化學方法顯影，得到刻在硅片上的電路圖。一般的光刻工藝要經歷硅片表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻膠、軟烘、對準曝光、后烘、顯影、硬烘、激光刻蝕等工序。經過一次光刻的芯片可以繼續涂膠、曝光。越復雜的芯片，線路圖的層數越多，也需要更精密的曝光控制過程。

euv：半導體業的終極武器

臺積電、英特爾都寄望，這臺史上最昂貴的「工具機」，會在2017年開始試產的七奈米制程大發神威，成為主力機種。

全球每年生產上百億片的手機晶片、記憶體，數十年來都仰賴程序繁瑣，但原理與沖洗照片類似的曝光顯影制程生產。

其中以投射出電路圖案的微影機臺最關鍵、也最昂貴。過去十多年，全球最先進的微影機，都采用波長一九三奈米的深紫外光，然而英特爾、臺積電量產的最先進電晶體，大小已細小到僅有數十個奈米。這形同用同一支筆，要寫的字卻愈來愈小，最后筆尖比要寫的字還粗的窘境。

要接替的「超細字筆」，技術源自美國雷根時代「星戰計劃」，波長僅有十三奈米的euv；依照該技術的主要推動者英特爾規劃，2005年就該上陣，量產時程卻一延再延。

因為這個技術實在太難了。euv光線的能量、破壞性極高，制程的所有零件、材料，樣樣挑戰人類工藝的極限。例如，因為空氣分子會干擾euv光線，生產過程得在真空環境。而且，機械的動作得精確到誤差僅以皮秒（兆分之一秒）計。

最關鍵零件之一，由德國蔡司生產的反射鏡得做到史無前例的完美無瑕，瑕疵大小僅能以皮米（奈米的千分之一）計。

這是什么概念？asml總裁暨執行長溫彼得（peter wennink）接受《天下》獨家專訪時解釋，如果反射鏡面積有整個德國大，最高的突起處不能高于一公分高。

「滿足這類（瘋狂）的要求，就是我們的日常工作，」兩年前由財務長接任執行長的溫彼得說。

因為euv的技術難度、需要的投資金額太高，另外兩大微影設備廠──日本的nikon和佳能，都已放棄開發。asml儼然成為半導體業能否繼續沖刺下一代先進制程，開發出更省電、運算速度更快的電晶體的最后希望。

「如果我們交不出euv的話，摩爾定律就會從此停止，」溫彼得緩緩地說。因此，三年前，才會出現讓asml聲名大噪的驚天交易。

英特爾、臺積電、三星等彼此競爭的三大巨頭，竟聯袂投資asml41億、8.38億、5.03億歐元。（臺積電已于今年五月出售asml的5％持股，獲利214億臺幣）

溫彼得解釋，當時各大廠都要求euv的研發進度加快，他告訴這些顧客，「希望加快euv的研發進度，我們就得加倍研發支出。」

于是，asml研發經費倍增到現在的每年十三億歐元的規模。多出的一倍，asml自己出一半，三大半導體巨頭合出另一半。

高端光刻機完全依賴進口

目前，光刻機領域的龍頭老大是荷蘭asml，并已經占據了高達80%的市場份額，壟斷了高端光刻機市場。日本尼康在高端光刻機上完全被asml擊敗，即便尼康的arf光刻機售價僅僅不到asml的一半也無補于事。intel、臺積電、三星用來加工14/16nm芯片的光刻機都是買自asml，格羅方德、聯電以及中芯國際等晶圓廠的光刻機主要也是來自asml。

更關鍵的是，最先進的euv光刻機全球僅僅asml能夠生產，asml在今年第三季度和第四季度出售的兩臺euv光刻機售價都超過1億美元，落后euv一代的arf光刻機平均售價也在4000萬至0萬歐元左右，從高企的報價和euv光刻機全球僅此一家出售可以看出，光刻機的技術門檻極高，是人類智慧集大成的產物。

相比之下，國內光刻機廠商則顯得非常寒酸，處于技術領先的上海微電子裝備有限公司已量產的光刻機中，性能最好的是能用來加工90nm芯片的光刻機，技術差距說是鴻溝都不為過。正是因此，國內晶圓廠所需的高端光刻機完全依賴進口，本次從荷蘭空運至廈門機場的asml光刻機，就是用于芯片生產制造的高端光刻機，由于是廈門的一家公司申報進口的，筆者猜測，這臺設備很有可能是廈門當地政府與臺灣聯華電子合資的晶圓廠從荷蘭asml采購的。不過，由于西方瓦森納協議的限制，中國只能買到asml的中低產品，這一點從廈門當地企業進口的光刻機報價僅1億人民幣就可以看出來了。

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