世界上最貴的機床——光刻機

極紫外光刻機的原理很簡單：激光對準氙氣噴嘴，當激光擊中氙氣時，會使氙氣變熱併產生等離子體。一旦產生等離子體，電子便開始逃逸，從而發出波長為13.5nm的光，接著這種光進入聚光器，然後後者將光匯聚並照到掩膜上。掩膜上的圖案被反射到四到六個曲面反射鏡上，從而將圖像微縮，並將圖像聚投到硅片上。每個反射鏡使光線稍微彎曲以形成晶圓上的圖像，這就像照相機中的透鏡將光彎曲以在膠片上形成圖像一樣。如下圖。

光刻機工作原理

整個工藝必須在真空中進行，因為這些光波長太短，甚至空氣都會將它們吸收。此外，EUV使用塗有多層鉬和硅的凹面和凸面鏡——這種塗層可以反射將近70%的波長為13.5nm的極紫外線光，其它30%被反射鏡吸收。如果沒有塗層，光在到達晶圓之前幾乎就會被完全吸收。鏡面必須近乎完美，即使塗層中的小缺陷也會破壞光學形狀並扭曲電路圖案，從而導致芯片功能出現問題。

整個工藝必須在真空中進行

這簡單原理的實現卻極其艱難，其中的每一個部件，都凝聚著科技與技術的力量。

光刻機裡有兩個同步運動的工件臺，一個載底片，一個載膠片。兩者需始終同步，誤差在2納米以下。相當於兩架大飛機從起飛到降落，始終齊頭並進。一架飛機上伸出一把刀，在另一架飛機的米粒上刻字。而且，溫溼度和空氣壓力變化會影響對焦。機器內部溫度的變化要控制在1/200度，需要合適的冷卻方法、精準的測溫傳感器。

測量臺和曝光臺

能夠發射出極紫外光的光源技術難度也很大。1986年，美國Cymer公司（已被ASML收購）首次掌握了深紫外光激發技術：將氪及氟氣體注入2英尺長的鋁管中，並在鋁管兩端施以12000V高壓，這個電壓將以每秒750億次的方式對氣體進行放電，引起氪和氟原子的暫時性結合，形成的氪氟分子，當電壓拿掉時，這個不穩定分子就會解裂，同時間釋放出一道0.25μm波長的深紫外線鐳射光。

極紫外光光源

Cymer極紫外光光源發射機

氟化氪

光刻機中的另一種核心部件是鏡片，鏡片對於光路的傳導和光線的匯聚起著至關重要的作用。ASML採用的是蔡司鏡片。

卡爾蔡司

卡爾蔡司（Carl Zeiss）是一家制造光學系統、工業測量儀器和醫療設備的德國企業，且是製造相機鏡頭的世界級企業。位於光刻機中心的鏡頭，由20多塊鐵餅那麼大的蔡司鏡片串聯組成。我們對蔡司的瞭解可能都起源於NOKIA Lumia1020上的那款4100萬像素的卡爾蔡司鏡頭。

NOKIA Lumia1020 蔡司鏡頭

鏡片打磨不同於其他行業，極其需要經驗的積累。卡爾蔡司工廠拋光鏡片的工人，祖孫三代在同一個職位任職，這讓蔡司鏡片的精密度之高與誤差之小達到了令人難以置信的地步。拿鏡片研磨的光滑度來舉個例子：如果我們將直徑70mm的鏡片放大成直徑26Km的湖面，湖面上的水波波紋，波峰到波谷的差距不超過10cm。

蔡司鏡頭

蔡司鏡片批量機器製造時，表面被精密的區分為5萬個點，這些點代表著800個數學方程式的組合，每個點的允許誤差被嚴格控制在0.1微米以內，如此嚴格的品質管理保證了鏡片的品質，每一片鏡片都是精雕細琢的藝術品。而光刻機上使用的更尖端鏡片，需要由有數十年經驗的老工人純手工打磨。

純手工打磨鏡片

蔡司鏡片

以上種種，帶來的後果就是，ASML一家獨大。真的是ASML吼一吼，全球半導體業抖三抖。

今年剛剛發佈的TWINSCAN NXE:3400C是ASML最新一代的EUV光刻系統，結合了生產力、最高分辨率、最先進的覆蓋和聚焦性能，能在更高的生產率下支持7nm和5nm節點的高端芯片批量生產，每小時晶圓雕刻能力從155片提升至170片。

雕刻後的晶圓

它的樣子看來很普通，就是這樣↓

TWINSCAN NXE:3400C

說了這麼久，這臺世界上最尖端的機床，到底要賣多少錢呢？答案是5億美元，約合人民幣35億元。而且年產量不超過20臺，需要搶購。而我們，沒有購買權。

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