芯片，信息时代的制造业皇冠上的明珠。可以说，谁占据了芯片技术的主动权，谁就在竞争中占得了先机。而光刻机，是生产芯片最重要的机器。那么，一台顶尖的光刻机要卖多少钱呢？
光刻机
通俗点说光刻机就是一个包工头，按照工程师给的设计图，在硅片这个地基上把芯片这座城市盖起来。但是现在芯片的功能越来越复杂，电子产品的体积却越来越小，100mm²左右的面积上要集成上百亿个晶体管。
芯片设计图
pcb板设计图
要达到这样的水准，就必须采用7nm EUV极紫外光刻技术，能做到这个水平的，全世界只有一家——ASML。
ASML
荷兰ASML（Advanced Semiconductor Material Lithography）公司 ，向全球复杂集成电路生产企业提供领先的综合性关键设备，主要是光刻机。
荷兰ASML公司
它是欧洲人均科研经费排名第二的高科技公司。日前ASML公司发布了2018年全年财报，营收109亿欧元，净利润26亿欧元，利润率高达24%。而7nm EUV光刻机，一年出货只有18台。
ASML 光刻机
而且，由于各种限制，ASML无法向我国出售较为先进的光刻机。目前大陆最先进的，应该是中芯国际购买的ASML老款产品，制程为12nm。
光刻机内部
ASML的工程师曾说，即使给我们完整的光刻机图纸，我们也造不出来。令人痛心的是，这话到现在为止依然非常正确。
EUV工作原理
极紫外光刻机的原理很简单：激光对准氙气喷嘴，当激光击中氙气时，会使氙气变热并产生等离子体。一旦产生等离子体，电子便开始逃逸，从而发出波长为7nm的光，接着这种光进入聚光器，然后后者将光汇聚并照到掩膜上。掩膜上的图案被反射到四到六个曲面反射镜上，从而将图像微缩，并将图像聚投到硅片上。每个反射镜使光线稍微弯曲以形成晶圆上的图像，这就像照相机中的透镜将光弯曲以在胶片上形成图像一样。如下图。
光刻机工作原理
整个工艺必须在真空中进行，因为这些光波长太短，甚至空气都会将它们吸收。此外，EUV使用涂有多层钼和硅的凹面和凸面镜——这种涂层可以反射将近70%的波长为7nm的极紫外线光，其它30%被反射镜吸收。如果没有涂层，光在到达晶圆之前几乎就会被完全吸收。镜面必须近乎完美，即使涂层中的小缺陷也会破坏光学形状并扭曲电路图案，从而导致芯片功能出现问题。
整个工艺必须在真空中进行
这简单原理的实现却极其艰难，其中的每一个部件，都凝聚着科技与技术的力量。
光刻机里有两个同步运动的工件台，一个载底片，一个载胶片。两者需始终同步，误差在2纳米以下。相当于两架大飞机从起飞到降落，始终齐头并进。一架飞机上伸出一把刀，在另一架飞机的米粒上刻字。而且，温湿度和空气压力变化会影响对焦。机器内部温度的变化要控制在1/200度，需要合适的冷却方法、精准的测温传感器。
测量台和曝光台
能够发射出极紫外光的光源技术难度也很大。1986年，美国Cymer公司（已被ASML收购）首次掌握了深紫外光激发技术：将氪及氟气体注入2英尺长的铝管中，并在铝管两端施以12000V高压，这个电压将以每秒750亿次的方式对气体进行放电，引起氪和氟原子的暂时性结合，形成的氪氟分子，当电压拿掉时，这个不稳定分子就会解裂，同时间释放出一道0.25μm波长的深紫外线镭射光。
极紫外光光源
Cymer极紫外光光源发射机
氟化氪
光刻机中的另一种核心部件是镜片，镜片对于光路的传导和光线的汇聚起着至关重要的作用。ASML采用的是蔡司镜片。
卡尔蔡司
卡尔蔡司（Carl Zeiss）是一家制造光学系统、工业测量仪器和医疗设备的德国企业，且是制造相机镜头的世界级企业。位于光刻机中心的镜头，由20多块铁饼那么大的蔡司镜片串联组成。我们对蔡司的了解可能都起源于NOKIA Lumia1020上的那款4100万像素的卡尔蔡司镜头。
NOKIA Lumia1020 蔡司镜头
镜片打磨不同于其他行业，极其需要经验的积累。卡尔蔡司工厂抛光镜片的工人，祖孙三代在同一个职位任职，这让蔡司镜片的精密度之高与误差之小达到了令人难以置信的地步。拿镜片研磨的光滑度来举个例子：如果我们将直径70mm的镜片放大成直径26Km的湖面，湖面上的水波波纹，波峰到波谷的差距不超过10cm。
蔡司镜头
蔡司镜片批量机器制造时，表面被精密的区分为5万个点，这些点代表着800个数学方程式的组合，每个点的允许误差被严格控制在0.1微米以内，如此严格的品质管理保证了镜片的品质，每一片镜片都是精雕细琢的艺术品。而光刻机上使用的更尖端镜片，需要由有数十年经验的老工人纯手工打磨。
纯手工打磨镜片
蔡司镜片
以上种种，带来的后果就是，ASML一家独大。真的是ASML吼一吼，全球半导体业抖三抖。
今年刚刚发布的TWINSCAN NXE:3400C是ASML最新一代的EUV光刻系统，结合了生产力、最高分辨率、最先进的覆盖和聚焦性能，能在更高的生产率下支持7nm和5nm节点的高端芯片批量生产，每小时晶圆雕刻能力从155片提升至170片。
雕刻后的晶圆
它的样子看来很普通，就是这样↓
TWINSCAN NXE:3400C
说了这么久，这台世界上最尖端的机床，到底要卖多少钱呢？答案是5亿美元，约合人民币35亿元。而且年产量不超过20台，需要抢购。而我们，没有购买权。
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揭秘世界上最尖端的机器——光刻机
芯片，信息时代的制造业皇冠上的明珠。可以说，谁占据了芯片技术的主动权，谁就在竞争中占得了先机。而光刻机，是生产芯片最重要的机器。那么，一台顶尖的光刻机要卖多少钱呢？
光刻机
通俗点说光刻机就是一个包工头，按照工程师给的设计图，在硅片这个地基上把芯片这座城市盖起来。但是现在芯片的功能越来越复杂，电子产品的体积却越来越小，100mm²左右的面积上要集成上百亿个晶体管。
芯片设计图
pcb板设计图
要达到这样的水准，就必须采用7nm EUV极紫外光刻技术，能做到这个水平的，全世界只有一家——ASML。
ASML
荷兰ASML（Advanced Semiconductor Material Lithography）公司 ，向全球复杂集成电路生产企业提供领先的综合性关键设备，主要是光刻机。
荷兰ASML公司
它是欧洲人均科研经费排名第二的高科技公司。日前ASML公司发布了2018年全年财报，营收109亿欧元，净利润26亿欧元，利润率高达24%。而7nm EUV光刻机，一年出货只有18台。
ASML 光刻机
而且，由于各种限制，ASML无法向我国出售较为先进的光刻机。目前大陆最先进的，应该是中芯国际购买的ASML老款产品，制程为12nm。
光刻机内部
ASML的工程师曾说，即使给我们完整的光刻机图纸，我们也造不出来。令人痛心的是，这话到现在为止依然非常正确。
EUV工作原理
极紫外光刻机的原理很简单：激光对准氙气喷嘴，当激光击中氙气时，会使氙气变热并产生等离子体。一旦产生等离子体，电子便开始逃逸，从而发出波长为7nm的光，接着这种光进入聚光器，然后后者将光汇聚并照到掩膜上。掩膜上的图案被反射到四到六个曲面反射镜上，从而将图像微缩，并将图像聚投到硅片上。每个反射镜使光线稍微弯曲以形成晶圆上的图像，这就像照相机中的透镜将光弯曲以在胶片上形成图像一样。如下图。
光刻机工作原理
整个工艺必须在真空中进行，因为这些光波长太短，甚至空气都会将它们吸收。此外，EUV使用涂有多层钼和硅的凹面和凸面镜——这种涂层可以反射将近70%的波长为7nm的极紫外线光，其它30%被反射镜吸收。如果没有涂层，光在到达晶圆之前几乎就会被完全吸收。镜面必须近乎完美，即使涂层中的小缺陷也会破坏光学形状并扭曲电路图案，从而导致芯片功能出现问题。
整个工艺必须在真空中进行
这简单原理的实现却极其艰难，其中的每一个部件，都凝聚着科技与技术的力量。
光刻机里有两个同步运动的工件台，一个载底片，一个载胶片。两者需始终同步，误差在2纳米以下。相当于两架大飞机从起飞到降落，始终齐头并进。一架飞机上伸出一把刀，在另一架飞机的米粒上刻字。而且，温湿度和空气压力变化会影响对焦。机器内部温度的变化要控制在1/200度，需要合适的冷却方法、精准的测温传感器。
测量台和曝光台
能够发射出极紫外光的光源技术难度也很大。1986年，美国Cymer公司（已被ASML收购）首次掌握了深紫外光激发技术：将氪及氟气体注入2英尺长的铝管中，并在铝管两端施以12000V高压，这个电压将以每秒750亿次的方式对气体进行放电，引起氪和氟原子的暂时性结合，形成的氪氟分子，当电压拿掉时，这个不稳定分子就会解裂，同时间释放出一道0.25μm波长的深紫外线镭射光。
极紫外光光源
Cymer极紫外光光源发射机
氟化氪
光刻机中的另一种核心部件是镜片，镜片对于光路的传导和光线的汇聚起着至关重要的作用。ASML采用的是蔡司镜片。
卡尔蔡司
卡尔蔡司（Carl Zeiss）是一家制造光学系统、工业测量仪器和医疗设备的德国企业，且是制造相机镜头的世界级企业。位于光刻机中心的镜头，由20多块铁饼那么大的蔡司镜片串联组成。我们对蔡司的了解可能都起源于NOKIA Lumia1020上的那款4100万像素的卡尔蔡司镜头。
NOKIA Lumia1020 蔡司镜头
镜片打磨不同于其他行业，极其需要经验的积累。卡尔蔡司工厂抛光镜片的工人，祖孙三代在同一个职位任职，这让蔡司镜片的精密度之高与误差之小达到了令人难以置信的地步。拿镜片研磨的光滑度来举个例子：如果我们将直径70mm的镜片放大成直径26Km的湖面，湖面上的水波波纹，波峰到波谷的差距不超过10cm。
蔡司镜头
蔡司镜片批量机器制造时，表面被精密的区分为5万个点，这些点代表着800个数学方程式的组合，每个点的允许误差被严格控制在0.1微米以内，如此严格的品质管理保证了镜片的品质，每一片镜片都是精雕细琢的艺术品。而光刻机上使用的更尖端镜片，需要由有数十年经验的老工人纯手工打磨。
纯手工打磨镜片
蔡司镜片
以上种种，带来的后果就是，ASML一家独大。真的是ASML吼一吼，全球半导体业抖三抖。
今年刚刚发布的TWINSCAN NXE:3400C是ASML最新一代的EUV光刻系统，结合了生产力、最高分辨率、最先进的覆盖和聚焦性能，能在更高的生产率下支持7nm和5nm节点的高端芯片批量生产，每小时晶圆雕刻能力从155片提升至170片。
雕刻后的晶圆
它的样子看来很普通，就是这样↓
TWINSCAN NXE:3400C
说了这么久，这台世界上最尖端的机床，到底要卖多少钱呢？答案是5亿美元，约合人民币35亿元。而且年产量不超过20台，需要抢购。而我们，没有购买权。
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