據多家媒體證實，長江存儲從荷蘭阿斯麥(ASML)公司訂購的一臺光刻機已抵達武漢。這臺光刻機價值價值7200萬美元，約合人民幣4.6億元。另據媒體報道，中芯國際在中興事件之后也向該公司下單了一臺光刻機，這臺名為EUV(極紫外線)光刻機更是身價不菲，價值1.2億美元，交貨日期尚不確定。

　　價值幾個億的光刻機是什么?

　　半導體芯片生產主要分為 IC 設計、 IC 制造、 IC 封測三大環節。 IC 設計主要根據芯片的設計目的進行邏輯設計和規則制定，并根據設計圖制作掩模以供后續光刻步驟使用。 IC 制造實現芯片電路圖從掩模上轉移至硅片上，并實現預定的芯片功能，包括光刻、刻蝕、離子注入、薄膜沉積、化學機械研磨等步驟。 IC 封測完成對芯片的封裝和性能、功能測試，是產品交付前的最后工序。

　　芯片制造核心工藝主要設備全景圖

　　光刻是半導體芯片生產流程中最復雜、最關鍵的工藝步驟，耗時長、成本高。半導體芯片生產的難點和關鍵點在于將電路圖從掩模上轉移至硅片上，這一過程通過光刻來實現， 光刻的工藝水平直接決定芯片的制程水平和性能水平。芯片在生產中需要進行 20-30 次的光刻，耗時占到 IC 生產環節的 50%左右，占芯片生產成本的 1/3，因此光刻機成為芯片制造的核心設備之一。

　　光刻機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，長江存儲和中芯國際訂購的光刻機就是用來生產芯片的。

　　光刻機工作原理

　　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，不同光刻機的成像比例不同，有5:1，也有4:1。然后使用化學方法顯影，得到刻在硅片上的電路圖(即芯片)。

　　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。現在先進的芯片有30多層。

　　上圖是一張光刻機的簡易工作原理圖。下面，簡單介紹一下圖中各設備的作用。

　　測量臺、曝光臺：承載硅片的工作臺，也就是本次所說的雙工作臺。

　　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：物鏡由20多塊鏡片組成，主要作用是把掩膜版上的電路圖按比例縮小，再被激光映射的硅片上，并且物鏡還要補償各種光學誤差。技術難度就在于物鏡的設計難度大，精度的要求高。

　　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。

　　ASML的光刻機動輒幾個億，能不能不從他家買呢?

　　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。

　　尼康現在之所以還算一家半導體設備供應商，那是因為尼康的屏幕面板光刻機業務還在正常運營。以前尼康也賣過一些光刻機給intel，可是現在先進制程設備采購上，intel看不上尼康的光刻機，想扶一把也沒用。現在尼康精機部門就是靠著面板光刻機撐著，毛利潤時而有，時而無，虧損是常事，某個季度一旦扭虧，尼康精機就會顯示為業績增長百分之好幾百。

　　尼康最新的Ar-F immersion 630賣價還不到ASML Ar-F immersion 1980Di平均售價的一半，更別說和ASML劃時代的EUV光刻機比了。而ASML 第12臺EUV光刻機發貨中。(EUV才是人類文明半導體技術延續的基石)

　　2016年Q2 Q3 ASML ship出去的兩臺 EUV NXE 3350B單價已經超過1億美元，Ar-F immersion價格平均價位是4000萬歐元~5500萬歐元左右，以上是算進了refurbished的machine，如果不算，應該更高。

　　下面仔細分析下2016年的ASML季度各個銷售機型數量和銷售額(不包括 solution 的收入)。

　　如下報表，ASML的 Ar-F immersion 在Q1銷售15臺，銷售額856million euro乘以79%(不包括solution部分)：

　　每臺價格約4200萬歐元。

　　其中ASML在2016年Q2季度銷往美國芯片廠的占21%，銷往韓國新品廠占20%，銷往臺灣芯片廠的占28%。

　　幾本就是ASML三大優先客戶： intel、三星、臺積電三巨頭爭霸的格局

　　值得注意的是2016年Q1的ASML銷售額中，有35%銷往中國，除了三星在西安的超大型3D 10納米級NAND芯片廠擴產外和intel在大連的芯片廠升級外，中國本土廠商也買到了ASML的光刻機(不過由于北約的瓦森納協議限制，中國只能買到中低端ASML光刻機)。

　　下面我們來看看尼康的財務報表是多么得慘淡。

　　可以看出尼康的芯片光刻機慘不忍睹，Ar-F immersion 銷售為0，Ar-F 銷售也為0，只能賣點I-line和 KrF 光刻機。

　　別說intel、臺積電、三星這樣的半導體巨頭了，連東芝都不會買尼康光刻機了。雖然尼康做的是低端市場，但是Ar- Fimmersion 和 Ar-F一臺也賣不出去。

　　截至2013年，ASML就已經控制80%的光刻機市場，壟斷全部的高端光刻機市場了。高端光刻機市場，ASML一家獨大，價格自然居高不下。

　　如果考慮中國自主的光刻機呢?

　　我國光刻機現在達到什么水平?

　　據悉，長春光學精密機械與物理研究所、應用光學國家重點實驗室負責物鏡系統;照明系統由中國科學院上海光學精密機械研究所，兩個團隊所共同負責的國產光刻機已于2017年7月首次曝光成功，2017年10月曝光光學系統在整機環境下已通過驗收測試。

　　長春國科精密光學技術有限公司、科技部原副部長、02專項光刻機工程指揮部組長曹健林在分享專項進展時表示，目前90納米檢測已經達到要求，希望未來五年內應可順利驗收完成。

　　2007年正式啟動90納米節點曝光光學系統立項，2009年項目獲批，國產光刻機物鏡系統由長春光學精密機械與物理研究所、應用光學國家重點實驗室負責;照明系統由中國科學院上海光學精密機械研究所，兩個團隊所共同負責，專項一期項目投入近6億元。專項目標是建立物鏡超精密光學研發團隊與平臺，并實現產業化滿足IC生產線的批量生產要求。

　　曹健林稱，光刻機的研發過程嚴格按照里程碑節點進行控制與設計，并建立綜合設計、加工、鍍膜、裝配、測試、裝調全工藝過程的像質預測模型。2015年7月已經完成裝配，其后展開物鏡測試臺的精度提升工作;2016年9月物鏡系統已經交付，整個大硅片都已經進行分布式測量;2017年7月首次曝光成功;2017年10月曝光光學系統在整機環境下通過驗收測試。

　　攻克“皇冠上明珠”朝28納米邁進

　　曹健林進一步說，應該說國內半導體行業的關鍵材料與裝備才剛剛起步，希望未來光刻機自主研發能攻克難關拿下這顆 “工業皇冠上的明珠”。他稱，接下來項目還將繼續推進攻克28納米研發，規劃兩年后拿出工程樣品，目前EUV的原理系統也已經“走通了”，預計2018年主攻EUV 53波長機臺。

　　隨著02專項的支持，國內重大裝備于2016年國產裝備銷售已達32億元人民幣。 他也提個醒，盡管不可否認中國半導體行業的快速發展取得矚目，但在肯定自身進步的同時，也要看見自己仍存在的差距。他舉例，以當前集成電路每年約進口兩千億元來細看，其中主要以微處理器、存儲器就約占了1500億，這兩個部分也恰恰是中國目前自身還做不到的。

　　隨著02專項的支持，有些重大裝備已經取得突破。但他指出當前面對中國集成電路發展，應該“正確理解中國集成電路產業存在差距”。

　　小結

　　我國集成電路與國外產業差距較大，光刻機不是唯一瓶頸。集成電路的制造從設計、制造到封裝測試，一顆芯片從無到有，每一步都經過無數工序。好在長江存儲與中芯國際光刻機的購買，讓我們又能看到半導體行業的曙光。拭目以待，看我們的速度能否超越外國，打贏半導體行業這場斗爭。