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ASML一台EUV光刻机凭什么能卖12亿元？


在几年前 ， 可能很少有人知道什么是光刻机 ， 但现在 ， 随着芯片成为热门话题 ， 光刻机的话题也爆热起来 。 其中 ， 最引人注目的是光刻机天文数字般的价格 。
10月14日 ， ASML总裁兼首席执行官Peter Wennink在介绍公司三季度业绩时 ， 说：“我们第三季度的新增订单达到了29亿欧元 ， 其中5.95亿欧元来自4台EUV设备 。 ”由此估算 ， 一台EUV光刻机的售价高达1.48亿欧元 ， 折合人民币11.74亿元 。
这个价格有多贵呢？按波音公司2014年产品目录公布的价格 ， 一架波音B787飞机的零售价为2.571亿美元 ， 按现在的汇率计算 ， 大约合人民币17.3亿元人民币 。
ASML一台EUV光刻机凭什么能卖12亿元？
本文插图

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也就是说 ， 一台EUV光刻机的售价可以买大约0.68架波音B787飞机 。
问题来了 ， EUV光刻机凭什么值这个价？这需要从光刻机在芯片制造中的地位 ， EUV光刻设备的技术含量 ， 以及全球光刻市场的形势说起 。
1、光刻机相当于照片洗印机
苹果刚刚发布的iPhone 12搭载的A14芯片 ， 集成了118亿个晶体管 ， 每个晶体管的大小都是原子级别的 。 换句话说 ， 你随手从头上拔下一根头发 ， 其横截面上就可以容纳20多万个A14芯片的晶体管 。
如此微小的晶体管 ， 一般显微镜已经很难看清楚 ， 而要制造它们 ， 只能靠光刻（Lithography）设备 ， 俗称光刻机 。 在半导体制造过程中 ， 光刻机会投射光束 ， 穿过印着图案的光掩膜版和光学镜片 ， 将芯片的线路图曝光在涂有光刻胶的硅晶圆上 ， 然后通过蚀刻曝光或没有曝光的部分来形成沟槽 ， 再进行沉积、蚀刻、掺杂 ， 从而制造出不同材质的线路 ， 最终形成集成电路 ， 封装测试后就是我们平常见到的芯片 。
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简单说 ， 光刻机的作用就是将光掩膜版上设计好的集成电路图形 ， 通过光线曝光 ， 转移到硅片上 。 在这一过程中 ， 光刻机相当于一台照片曝光洗印机 ， 负责把底片（光掩膜版）上的图案 ， 曝光并转印到相纸（硅晶圆）上 ， 得到最终的照片（芯片） 。
实际上 ， 在仙童半导体时期 ， “硅平面制造工艺”刚发明时 ， 采用的“光刻机”就购买自照相器材商店的洗印设备 ， 然后加以改造而成 。 集成电路工艺发明人、英特尔创始人罗伯特.诺伊斯还磨制过“光刻机”的镜头 。
经过数十年的发展 ， 集成电路越来越复杂 ， 元器件越来越微小 ， 晶体管栅极氧化层厚度最薄只有几纳米 ， 比最小的圆环病毒（直径17纳米）还小 。 相应地 ， 光刻机也变得越来越精密复杂 ， 曝光环境从通常的环境 ， 演变为EUV光刻机需要的苛刻的真空 。 汇聚或改变光线的镜头 ， 也从各种光学玻璃 ， 发展到目前只能采用由Mo/Si及Mo/Be等多层膜构成的复杂反射镜 ， 以配合EUV光刻机的特殊要求 。 （详见下图）
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结果就是 ， 光刻机从可以手工改造的普通设备 ， 逐渐变成集成电路产业皇冠上的明珠 ， 研发的技术门槛和资金门槛高到令人望而生畏 。
2、EUV光刻技术研发拼举国之力
光刻机之所以被称为集成电路产业皇冠上的明珠 ， 是因为集中了目前人类在电子、光学、精密机械和控制领域的最尖端知识 ， 它的主要系统包括曝光光源、光学系统、电系统、机械系统和控制系统 ， 每个系统既要超高精密 ， 又要完美配合 ， 因此对制造和装配技能有极高的要求 。
这其中 ， 光学系统是光刻机的核心 ， 因此 ， 可以按光源划分光刻技术的不同发展阶段 。 自20世纪50年代以来 ， 光刻技术经历了紫外全谱（可见光）、g线（波长436nm）、深紫外（DUV ， 波长193nm）、极紫外Extreme Ultraviolet ， 简称EUV ， 波长13.5nm）等五个阶段 。


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