为何全球顶尖的光刻机几乎都来自荷兰还有那些国家能制造？

说到芯片，估计大家都知道是什么玩意，但说到光刻机很多人可能就不知道是什么东西了，光刻机便是制造芯片的机器设备，没有光刻机芯片是没法生产出来的，以是光刻机对付芯片制造业到底有多主要大家都知道。

上海微电子装备公司总经理贺荣明去德国稽核时，有工程师见告他：“给你们全套图纸，也做不出来。
”贺荣明几年后理解了这句话。

光刻机，被称为当代光学工业之花，制造难度非常大，全天下只有少数几家公司能够制造。
其售价高达7000万美金。
用于生产芯片的光刻机是中国在半导体设备制造上最大的短板，海内晶圆厂所需的高端光刻机完备依赖入口。

在能够制造机器的这几家公司中，尤其以荷兰（ASML）技能最为前辈。
价格也最为高昂。
光刻机的技能门槛极高，堪称人类聪慧集大成的产物。

“十二五”科技造诣展览上，上海微电子装备公司（SMEE）生产的中国最好的光刻机，与中国的大飞机、登月车并列。
它的加工精度是90纳米，相称于2004年上市的奔驰四CPU的水准。
国外已经做到了十几纳米。

光刻机技能哪家强？

光刻机是生产大规模集成电路的核心设备，是制造和掩护光学和电子工业的根本。
光刻机技能目前是天下上最尖真个技能之一，只有少量国家节制，以是光刻机的价格是非常昂贵的，一台高真个光刻机乃至可以卖到6亿元旁边（目前环球最贵的EUV光刻机单台售价已经超过6.3亿元），即便卖这么贵还供不应求，很多订单都须要排队生产，乃至有部分国家给再多的钱也买不到。

对付这么尖真个技能，按理来说那些芯片强国该当是光刻机的制造强国才对，但让大家感到意外的是，目前天下上最好的光刻机不是来自美国，韩国，英国、日本等这些芯片强国，而是来自荷兰。

目前在环球45纳米以下高端光刻机市场当中，荷兰ASML市场霸占率达到80%以上，而且目前ASML是环球唯一能够达到7纳米精度光刻机的供应商，以是ASML才是环球芯片业真正的超级霸主一点都不过分。
正由于得益于技能领先，目前ASML的市场份额也是很大的，目前环球有名芯片厂商包括英特尔、三星、台积电、SK海力士、联电、格芯、中芯国际、华虹宏力、华力微等等环球一线公司都是ASML的客户。

比如2018年环球光刻机出货量大概是600台旁边，个中荷兰的ASML出货量就达到了224台，出货量占环球的比例达到30%以上。

ASML光刻机的事情事理

ASML光刻机的大略单纯事情事理图

大略先容一下图中各设备的浸染：

丈量台、曝光台：承载硅片的事情台，也便是双事情台。
一样平常的光刻机须要先丈量，再曝光，只需一个事情台，而ASML有个专利，有两个事情台，实现丈量与曝光同时进行。
而本次“光刻机双工件台系统样机研发”项目则是在技能上打破ASML对双工件台系统的技能垄断。

激光器：也便是光源，光刻机核心设备之一。

光束纠正器：纠正光束入射方向，让激光束只管即便平行。

能量掌握器：掌握终极照射到硅片上的能量，曝光不敷或过足都会严重影响成像质量。

光束形状设置：设置光束为圆型、环型平分歧形状，不同的光束状态有不同的光学特性。

遮光器：在不须要曝光的时候，阻挡光束照射到硅片。

能量探测器：检测光束终极入射能量是否符合曝光哀求，并反馈给能量掌握器进行调度。

掩模版：一块在内部刻着线路设计图的玻璃板，贵的要数十万美元。

掩膜台：承载掩模版运动的设备，运动掌握精度是nm级的。

物镜：物镜由20多块镜片组成，紧张浸染是把掩膜板上的电路图按比例缩小，再被激光映射的硅片上，并且物镜还要补偿各种光学偏差。
技能难度就在于物镜的设计难度大，精度的哀求高。

硅片：用硅晶制成的圆片。
硅片有多种尺寸，尺寸越大，产率越高。
题外话，由于硅片是圆的，以是须要在硅片上剪一个缺口来确认硅片的坐标系，根据缺口的形状不同分为两种，分别叫flat、notch。

内部封闭框架、减振器：将事情台与外部环境隔离，保持水平，减少外界振动滋扰，并坚持稳定的温度、压力。

为何荷兰能出身环球最顶尖的光刻机厂商？

荷兰的光刻机技能强大紧张靠ASML，ASML成立于1984年，由飞利浦与前辈半导体材料国际（ASML）合伙成立，总部位于荷兰的费尔德霍芬。
1995年，ASML收购了菲利普持有的股份，称为完备独立的公司。

目前环球只有一家企业在光刻机市场上霸占了80%的份额，便是处于荷兰的ASML，旗下所研发的EUV光刻机曾售价高达1亿美元一台，而且还不一定有货。
皆因每台光刻机的装置大约须要50000个零件旁边。
国际上著名的芯片制造商如Intel、台积电、三星都是它名下的股东。

阿斯麦公司ASML Holding NV创立于1984年，是从飞利浦独立出来的一个半导体设备制造商。
前称ASM Lithography Holding N.V.，于2001年改为现用名，总部位于荷兰费尔德霍芬，全职雇员12,168人，是一家半导体设备设计、制造及发卖公司。

接下来我们，走进ASML光刻机工厂

看看天下上最贵精密仪器出厂地

光刻机制造难度有多大？

而ASML之以是能够做到环球光刻机的霸主地位，我以为紧张有几下几个缘故原由。

强大的研发投入

光刻机是一个高精尖的技能，其技能难度是环球公认的，如果没有持续强大的研发投入根本不可能到技能领先。
ASML从成立至今，对付研发的投入都非常大，比如2019年ASML的发卖额大概是21亿欧元，而研发用度支出就达到了4.8亿欧元，研发用度占营收的比例达到22.8%，这个比例是非常高的，正由于有大量资金的投入，以是ASML在关键技能领域一贯处于领先地位。

从1991年PAS 5000光刻机面市取得巨大成功开始，再到2000-2001年具有双事情台、浸没式光刻技能的Twinscan XT、Twinscan NXT系列研制成功，到强大的研发投入让ASML的技能一贯处于环球领先。

美国以及欧盟的支持

虽然ASML是一家荷兰公司，但他背后却有着欧盟以及美国的力量，多关键技能都由美国以及欧盟国家供应。
比如德国前辈的机器工艺以及天下级的蔡司镜头，再加上美国供应的光源，这就使得ASML公司在光科技能方面飞速发展，险些到达了无人能敌的田地。

由于背后有美国的力量，以是ASML一贯以来都禁止向中国出口高端光刻机，直到2018年这一情形才有所转机，2018年ASML赞许向中国出口两台7纳米的高端光刻机，估量2019年交货。
而ASML之以是一反常态赞许向中国出口高端光刻机，一方面是由于中国在光刻机的一些关键技能上已经取得了打破，另一方面是中国访问团访问荷兰的时候，给荷兰带去了巨大的订单。

准确捉住了技能迁移转变点

目前天下最顶尖的光刻机有三个厂家，分别是ASML，尼康和佳能。
2007年之前这三大厂家实在并没有太大的差距，竞争的迁移转变点是涌如今2007年。
2007年ASML合营台积电的技能方向，推出了193纳米的光源浸没式系统，在光学镜头和硅晶圆片导入液体作为介质，在原有光源与镜头的条件下，能显著提升蚀刻精度，并成为高端科技的主流技能方案。
而当时日本的尼康与佳能却主推157纳米光源的干式光刻，这个路线后来被市场所放弃，也成为尼康跟佳能迈入衰退的一个迁移转变点，后来才有了ASML的垄断。

技能分工与互助

虽然ASML的研发职员占员工总数的比例达到4成旁边，但是ASML很多技能都是外包，这样可以让ASML专注于核心技能与客户需求，大大提高研发的效率。

对细分技能领域企业的掌握

生产光刻机对技能的综合哀求非常高，这里面涉及很多技能领域，为了得到环球最顶尖的技能，ASML先后投资了很多企业。
比如2007年收购了美国的Bion，强化了专业光刻检测与办理方案能力；2013年完成对紫外光源龙头 Cymene的收购，2016年得到光学镜片龙头德国蔡司24.9％的股份，这两项投资进一步加强了ASML在极紫外光领域的领先上风。

PS：

EUV（极紫外光源）光刻机，是生产7nm制程芯片必不可少的设备，我们熟知的华为麒麟芯片、高通骁龙芯片，三星Exynos芯片的制造都离不开该设备。
可以说没有EUV光刻机就生产不召盘级的处理器，如果台积电不给华为代工，华为就得退出中高端手机市场！

目前仅有由荷兰飞利浦公司发展而来的ASML（阿斯麦）一家可供应可供量产用的EUV光刻机，在环球市场处于绝对垄断地位。
因此ASML对付EUV光刻机的供货主要性不言而喻，同时一台光刻机的代价不菲，超过一亿美元！

EUV光刻机制造难度极高，基本代表着人类科学技能，工业制造各领域最高成果。
须要多个国家、多个领域顶级公司配合尽力，才能制造出来，基本代表着人类科学技能的顶峰！
EUV光刻机在研发初期耗费了大量的资源，三星、台积电、英特尔共同向ASML注资52.59亿欧元，用于支持EUV光刻机的研发。
随后ASML收购了环球领先的准分子激光器供应商Cymer，并以10亿欧元现金入股德国著名光学系统生产商卡尔蔡司，加速EUV光源和光学系统的研发进程，这两次并购也是EUV光刻性能研发成功的主要缘故原由。
EUV光学透镜、反射镜系统须要极高的精度。
举例来说，一台EUV机台得经由十几面反射镜，将光从光源一起导到晶圆，末了大概只剩下不到2%的光芒。
反射镜的制造难度非常大，精度以皮米计（万亿分之一米）。
ASML的总裁曾说过，如果反射镜面积有德国那么大，最高的突出不能超过1公分。

光刻机光刻过程必须在真空中实现，缘故原由是极紫外光很娇贵，在空气中随意马虎损耗。
同时，在光刻过程中，设备的动作韶光偏差以皮秒计。
（备注：皮秒=兆分之一秒）EUV除了售价高昂，技能繁芜之外，耗电能力也十分胆怯。
驱动一台能输出 250 瓦功率的 EUV的机台，须要输入0.125万千瓦的电力才能达到，换句话来说，便是一台输出功率250W的EUV机器事情一天，将会花费3万度电，这个数字确实吓人。
由于极紫外光的固有特性，产生极紫外光的办法十分低效，天下第二大内存制造商、韩国的 SK 海力士代表曾表示，“EUV 的能源转换效率（wall plug efficiency）只有 0.02% 旁边。
”

内容来源：是说芯语、知乎等