不久前，一臺(tái)價(jià)值1.06億元的設(shè)備經(jīng)空運(yùn)從荷蘭飛抵廈門，由于該設(shè)備價(jià)值高，而且對(duì)保存和運(yùn)輸有著很高的要求——必須保持在23℃恒溫狀態(tài)下。為了避免影響設(shè)備的精度，在運(yùn)輸中也對(duì)穩(wěn)定性有極高的要求。因此，機(jī)場(chǎng)海關(guān)以機(jī)坪查驗(yàn)的方式對(duì)該貨物實(shí)行全程機(jī)邊監(jiān)管，待貨物裝入特制溫控氣墊車，移至海關(guān)的機(jī)坪視頻監(jiān)控探頭之下，完成緊急查驗(yàn)后當(dāng)晚就得到放行。

　　那么到底是什么設(shè)備能獲得機(jī)場(chǎng)海關(guān)如此嚴(yán)陣以待，而且能有單臺(tái)破億的價(jià)格呢？

　　什么是光刻機(jī)？

　　光刻機(jī)是芯片制造的核心設(shè)備之一，按照用途可以分為好幾種：有用于生產(chǎn)芯片的光刻機(jī)；有用于封裝的光刻機(jī)；還有用于LED制造領(lǐng)域的投影光刻機(jī)。用于生產(chǎn)芯片的光刻機(jī)是中國(guó)在半導(dǎo)體設(shè)備制造上最大的短板，國(guó)內(nèi)晶圓廠所需的高端光刻機(jī)完全依賴進(jìn)口，本次廈門企業(yè)從荷蘭進(jìn)口的光刻機(jī)就是用于芯片生產(chǎn)的設(shè)備。

　　在高端光刻機(jī)上，除了龍頭老大ASML，尼康和佳能也曾做過(guò)光刻機(jī)，而且尼康還曾經(jīng)得到過(guò)Intel的訂單。但是近些年，尼康在ASML面前被打的毫無(wú)還手之力，高端光刻機(jī)市場(chǎng)基本被ASML占據(jù)——即便是尼康最新的Ar-F immersion 630賣價(jià)還不到ASML Ar-F immersion 1980D平均售價(jià)的一半，也無(wú)法挽回?cái)【帧?br />
　　原因何在？一方面是Intel新CEO上臺(tái)后，不再延續(xù)與尼康的620D合同，這使得尼康失去了一個(gè)大客戶。另一方面，也和尼康自身技術(shù)實(shí)力不足有關(guān)，尼康的光刻機(jī)相對(duì)于ASML有不少瑕疵，在操作系統(tǒng)上設(shè)計(jì)的架構(gòu)有缺陷，而且尼康的光刻機(jī)的實(shí)際性能和尼康官方宣傳的有不小差距，這使得臺(tái)積電、Intel、三星、格羅方德等晶圓大廠不可能為了省一點(diǎn)錢去賣有瑕疵的產(chǎn)品。

　　目前，尼康的高端光刻機(jī)基本被ASML吊打，主流半導(dǎo)體產(chǎn)線中只有少數(shù)低階老機(jī)齡的光刻機(jī)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(jī)也只能用賣的超級(jí)便宜來(lái)?yè)屖袌?chǎng)了。那么，賣的到底有多便宜呢？

　　用數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)話，ASML的EUV NXE 3350B單價(jià)超過(guò)1億美元，ArF Immersion售價(jià)大約在7000萬(wàn)美元左右。相比之下，尼康光刻機(jī)的單價(jià)只相當(dāng)于ASML價(jià)格的三分之一。

　　光刻機(jī)工作原理

　　上圖是一張ASML光刻機(jī)介紹圖。下面，簡(jiǎn)單介紹一下圖中各設(shè)備的作用。

　　測(cè)量臺(tái)、曝光臺(tái)：是承載硅片的工作臺(tái)。

　　激光器：也就是光源，光刻機(jī)核心設(shè)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(guò)足都會(huì)嚴(yán)重影響成像質(zhì)量。

　　光束形狀設(shè)置：設(shè)置光束為圓型、環(huán)型等不同形狀，不同的光束狀態(tài)有不同的光學(xué)特性。

　　遮光器：在不需要曝光的時(shí)候，阻止光束照射到硅片。

　　能量探測(cè)器：檢測(cè)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(jìn)行調(diào)整。

　　掩模版：一塊在內(nèi)部刻著線路設(shè)計(jì)圖的玻璃板，貴的要數(shù)十萬(wàn)美元。

　　掩膜臺(tái)：承載掩模版運(yùn)動(dòng)的設(shè)備，運(yùn)動(dòng)控制精度是nm級(jí)的。

　　物鏡：物鏡用來(lái)補(bǔ)償光學(xué)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(chǎn)率越高。題外話，由于硅片是圓的，所以需要在硅片上剪一個(gè)缺口來(lái)確認(rèn)硅片的坐標(biāo)系，根據(jù)缺口的形狀不同分為兩種，分別叫flat、      notch。

　　內(nèi)部封閉框架、減振器：將工作臺(tái)與外部環(huán)境隔離，保持水平，減少外界振動(dòng)干擾，并維持穩(wěn)定的溫度、壓力。

　　在加工芯片的過(guò)程中，光刻機(jī)通過(guò)一系列的光源能量、形狀控制手段，將光束透射過(guò)畫著線路圖的掩模，經(jīng)物鏡補(bǔ)償各種光學(xué)誤差，將線路圖成比例縮小后映射到硅片上，然后使用化學(xué)方法顯影，得到刻在硅片上的電路圖。一般的光刻工藝要經(jīng)歷硅片表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻膠、軟烘、對(duì)準(zhǔn)曝光、后烘、顯影、硬烘、激光刻蝕等工序。經(jīng)過(guò)一次光刻的芯片可以繼續(xù)涂膠、曝光。越復(fù)雜的芯片，線路圖的層數(shù)越多，也需要更精密的曝光控制過(guò)程。

　　EUV：半導(dǎo)體業(yè)的終極武器

　　臺(tái)積電、英特爾都寄望，這臺(tái)史上最昂貴的「工具機(jī)」，會(huì)在2017年開(kāi)始試產(chǎn)的七奈米制程大發(fā)神威，成為主力機(jī)種。

　　全球每年生產(chǎn)上百億片的手機(jī)晶片、記憶體，數(shù)十年來(lái)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(chǎn)。

　　其中以投射出電路圖案的微影機(jī)臺(tái)最關(guān)鍵、也最昂貴。過(guò)去十多年，全球最先進(jìn)的微影機(jī)，都采用波長(zhǎng)一九三奈米的深紫外光，然而英特爾、臺(tái)積電量產(chǎn)的最先進(jìn)電晶體，大小已細(xì)小到僅有數(shù)十個(gè)奈米。這形同用同一支筆，要寫的字卻愈來(lái)愈小，最后筆尖比要寫的字還粗的窘境。

　　要接替的「超細(xì)字筆」，技術(shù)源自美國(guó)雷根時(shí)代「星戰(zhàn)計(jì)劃」，波長(zhǎng)僅有十三奈米的EUV；依照該技術(shù)的主要推動(dòng)者英特爾規(guī)劃，2005年就該上陣，量產(chǎn)時(shí)程卻一延再延。

　　因?yàn)檫@個(gè)技術(shù)實(shí)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(zhàn)人類工藝的極限。例如，因?yàn)榭諝夥肿訒?huì)干擾EUV光線，生產(chǎn)過(guò)程得在真空環(huán)境。而且，機(jī)械的動(dòng)作得精確到誤差僅以皮秒（兆分之一秒）計(jì)。

　　最關(guān)鍵零件之一，由德國(guó)蔡司生產(chǎn)的反射鏡得做到史無(wú)前例的完美無(wú)瑕，瑕疵大小僅能以皮米（奈米的千分之一）計(jì)。

　　這是什么概念？ASML總裁暨執(zhí)行長(zhǎng)溫彼得（Peter Wennink）接受《天下》獨(dú)家專訪時(shí)解釋，如果反射鏡面積有整個(gè)德國(guó)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(cái)務(wù)長(zhǎng)接任執(zhí)行長(zhǎng)的溫彼得說(shuō)。

　　因?yàn)镋UV的技術(shù)難度、需要的投資金額太高，另外兩大微影設(shè)備廠──日本的Nikon和佳能，都已放棄開(kāi)發(fā)。ASML儼然成為半導(dǎo)體業(yè)能否繼續(xù)沖刺下一代先進(jìn)制程，開(kāi)發(fā)出更省電、運(yùn)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(huì)從此停止，」溫彼得緩緩地說(shuō)。因此，三年前，才會(huì)出現(xiàn)讓ASML聲名大噪的驚天交易。

　　英特爾、臺(tái)積電、三星等彼此競(jìng)爭(zhēng)的三大巨頭，竟聯(lián)袂投資ASML41億、8.38億、5.03億歐元。（臺(tái)積電已于今年五月出售ASML的5％持股，獲利214億臺(tái)幣）

　　溫彼得解釋，當(dāng)時(shí)各大廠都要求EUV的研發(fā)進(jìn)度加快，他告訴這些顧客，「希望加快EUV的研發(fā)進(jìn)度，我們就得加倍研發(fā)支出?！?br />
　　于是，ASML研發(fā)經(jīng)費(fèi)倍增到現(xiàn)在的每年十三億歐元的規(guī)模。多出的一倍，ASML自己出一半，三大半導(dǎo)體巨頭合出另一半。

　　高端光刻機(jī)完全依賴進(jìn)口

　　目前，光刻機(jī)領(lǐng)域的龍頭老大是荷蘭ASML，并已經(jīng)占據(jù)了高達(dá)80%的市場(chǎng)份額，壟斷了高端光刻機(jī)市場(chǎng)。日本尼康在高端光刻機(jī)上完全被ASML擊敗，即便尼康的ArF光刻機(jī)售價(jià)僅僅不到ASML的一半也無(wú)補(bǔ)于事。Intel、臺(tái)積電、三星用來(lái)加工14/16nm芯片的光刻機(jī)都是買自ASML，格羅方德、聯(lián)電以及中芯國(guó)際等晶圓廠的光刻機(jī)主要也是來(lái)自ASML。

　　更關(guān)鍵的是，最先進(jìn)的EUV光刻機(jī)全球僅僅ASML能夠生產(chǎn)，ASML在今年第三季度和第四季度出售的兩臺(tái)EUV光刻機(jī)售價(jià)都超過(guò)1億美元，落后EUV一代的ArF光刻機(jī)平均售價(jià)也在4000萬(wàn)至5000萬(wàn)歐元左右，從高企的報(bào)價(jià)和EUV光刻機(jī)全球僅此一家出售可以看出，光刻機(jī)的技術(shù)門檻極高，是人類智慧集大成的產(chǎn)物。

　　相比之下，國(guó)內(nèi)光刻機(jī)廠商則顯得非常寒酸，處于技術(shù)領(lǐng)先的上海微電子裝備有限公司已量產(chǎn)的光刻機(jī)中，性能最好的是能用來(lái)加工90nm芯片的光刻機(jī)，技術(shù)差距說(shuō)是鴻溝都不為過(guò)。正是因此，國(guó)內(nèi)晶圓廠所需的高端光刻機(jī)完全依賴進(jìn)口，本次從荷蘭空運(yùn)至廈門機(jī)場(chǎng)的ASML光刻機(jī)，就是用于芯片生產(chǎn)制造的高端光刻機(jī)，由于是廈門的一家公司申報(bào)進(jìn)口的，筆者猜測(cè)，這臺(tái)設(shè)備很有可能是廈門當(dāng)?shù)卣c臺(tái)灣聯(lián)華電子合資的晶圓廠從荷蘭ASML采購(gòu)的。不過(guò)，由于西方瓦森納協(xié)議的限制，中國(guó)只能買到ASML的中低產(chǎn)品，這一點(diǎn)從廈門當(dāng)?shù)仄髽I(yè)進(jìn)口的光刻機(jī)報(bào)價(jià)僅1億人民幣就可以看出來(lái)了。