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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?/p>

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。

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。

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