經過數十年的發展，集成電路越來越複雜，元器件越來越微小，電晶體柵極氧化層厚度最薄只有幾納米，比最小的圓環病毒（直徑17納米）還小。相應地，光刻機也變得越來越精密複雜。
在幾年前，可能很少有人知道什麼是光刻機，但現在，隨著晶片成為熱門話題，光刻機的話題也爆熱起來。其中，最引人注目的是光刻機天文數字般的價格。
10月14日，ASML總裁兼執行長Peter Wennink在介紹公司三季度業績時，說：「我們第三季度的新增訂單達到了29億歐元，其中5.95億歐元來自4臺EUV設備。」由此估算，一臺EUV光刻機的售價高達1.48億歐元，折合人民幣11.74億元。
這個價格有多貴呢？按波音公司2014年產品目錄公布的價格，一架波音B787飛機的零售價為2.571億美元，按現在的匯率計算，大約合人民幣17.3億元人民幣。
也就是說，一臺EUV光刻機的售價可以買大約0.68架波音B787飛機。
問題來了，EUV光刻機憑什麼值這個價？這需要從光刻機在晶片製造中的地位，EUV光刻設備的技術含量，以及全球光刻市場的形勢說起。
1、光刻機相當於照片洗印機
蘋果剛剛發布的iPhone 12搭載的A14晶片，集成了118億個電晶體，每個電晶體的大小都是原子級別的。換句話說，你隨手從頭上拔下一根頭髮，其橫截面上就可以容納20多萬個A14晶片的電晶體。
如此微小的電晶體，一般顯微鏡已經很難看清楚，而要製造它們，只能靠光刻（Lithography）設備，俗稱光刻機。在半導體製造過程中，光刻機會投射光束，穿過印著圖案的光掩膜版和光學鏡片，將晶片的線路圖曝光在塗有光刻膠的矽晶圓上，然後通過蝕刻曝光或沒有曝光的部分來形成溝槽，再進行沉積、蝕刻、摻雜，從而製造出不同材質的線路，最終形成集成電路，封裝測試後就是我們平常見到的晶片。
簡單說，光刻機的作用就是將光掩膜版上設計好的集成電路圖形，通過光線曝光，轉移到矽片上。在這一過程中，光刻機相當於一臺照片曝光洗印機，負責把底片（光掩膜版）上的圖案，曝光並轉印到相紙（矽晶圓）上，得到最終的照片（晶片）。
實際上，在仙童半導體時期，「矽平面製造工藝」剛發明時，採用的「光刻機」就購買自照相器材商店的洗印設備，然後加以改造而成。集成電路工藝發明人、英特爾創始人羅伯特.諾伊斯還磨製過「光刻機」的鏡頭。
經過數十年的發展，集成電路越來越複雜，元器件越來越微小，電晶體柵極氧化層厚度最薄只有幾納米，比最小的圓環病毒（直徑17納米）還小。相應地，光刻機也變得越來越精密複雜，曝光環境從通常的環境，演變為EUV光刻機需要的苛刻的真空。匯聚或改變光線的鏡頭，也從各種光學玻璃，發展到目前只能採用由Mo/Si及Mo/Be等多層膜構成的複雜反射鏡，以配合EUV光刻機的特殊要求。（詳見下圖）
結果就是，光刻機從可以手工改造的普通設備，逐漸變成集成電路產業皇冠上的明珠，研發的技術門檻和資金門檻高到令人望而生畏。
2、EUV光刻技術研發拼舉國之力
光刻機之所以被稱為集成電路產業皇冠上的明珠，是因為集中了目前人類在電子、光學、精密機械和控制領域的最尖端知識，它的主要系統包括曝光光源、光學系統、電系統、機械系統和控制系統，每個系統既要超高精密，又要完美配合，因此對製造和裝配技能有極高的要求。
這其中，光學系統是光刻機的核心，因此，可以按光源劃分光刻技術的不同發展階段。自20世紀50年代以來，光刻技術經歷了紫外全譜（可見光）、g線（波長436nm）、深紫外（DUV，波長193nm）、極紫外Extreme Ultraviolet，簡稱EUV，波長13.5nm）等五個階段。
光刻技術每提升一個階段，採用的光源波長就下降一個檔次，刻出的集成電路圖形也更精細，同樣矽片上容納的電晶體就更多，功耗更低，性能也更強大。
由於集成電路圖像解析度和光刻機光源的波長呈負相關關係，波長越短，圖像解析度越高，因此採用不同光源的光刻機都有自己的解析度極限。目前尼康和ASML的高端光刻機採用DUV光源，能實現的電晶體特徵線寬不能低於10nm，10nm以下需要ASML的採用EUV光源的旗艦光刻機，即市場俗稱的EUV光刻機（見下圖）。
前一段時間，市場曾有「7nm+」的說法，由於是採用DUV光刻機生產，因此並不是真正的7nm，而是10nm製程工藝的改良版。
說到光刻機的技術含量，其實就是在說它的研發難度。而光刻機的售價，又往往和它的研發難度掛鈎。前面說的ASML的EUV光刻機敢賣出0.68架波音B787飛機的高價，和EUV光刻技術研發難度有一定關係。
EUV光刻技術的研發最早始於1996年之前，1999年EUV光刻技術被國際半導體技術發展路線圖（ITRS）確定為下一代光刻首選技術，之後，美國、歐洲、日本和韓國紛紛介入，期望在未來先進半導體製造中佔據制高點。
其中，美國參與EUV光刻技術研究的超過50個單位，包括國家實驗室、大學、科技公司等，比較知名的有英特爾聯合AMD、摩託羅拉、美光、Infineon和IBM成立EUV光刻技術研發聯盟。歐洲下注最大，超過35個獨立國家、大約110個研究單位，參與到EUV光刻技術研究中。
日本起了個大早，EUV光刻技術研究始於1998年，卻趕了個晚集，到2002年6月才成立EUV光刻技術系統研究協會。
韓國在工商能源部(MOCIE)的支持下開展EUV光刻技術研究， 主要參加單位有 KERI (韓國電子研究社)、漢陽大學、韓國國民大學、三星浦項（Samsung Postech）、首爾大學等。
簡單說，在EUV光刻技術的研發中，選手們拼的是舉國之力。
經過20餘年的角逐，最終在競賽中勝出的是美國，掌握了絕大部分知識專利，歐洲荷蘭的ASML則通過參與系統集成，進入到EUV光刻產業鏈條。這也是ASML出口EUV光刻機，需要美國出口許可，而出口DUV光刻機則無需美國點頭的原因，畢竟EUV的智慧財產權基本被美國壟斷。EUV光刻技術研發的詳細內容，可以參考文末的《EUV光刻技術隱秘往事》。
3、市場壟斷得水潑不進
EUV光刻技術類似於飛機發動機，既看基礎研發實力，又要拼敢燒錢，還要屁股能坐得住，耐得住寂寞。正因為條件苛刻，所以僅美國、歐洲、日本和韓國等少數發達國家和地區願意參與，很多國家和地區根本就不敢玩。
參與EUV光刻技術研發的玩家少，修成正果的僅有美國一家，最後推出EUV光刻機的廠家又僅為ASML，超高端光刻機的市場已經變成事實上的壟斷市場，這也造成了一臺EUV光刻機敢賣12億元人民幣，有錢還不一定買到的原因。
事實上，整個高端光刻機的市場都是ASML的菜。芯思想研究院（ChipInsights）的統計表明，超高端的EUV光刻機，高端的ArFi和ArF光刻機，在2019年共出貨154臺，其中ASML出貨130臺，佔了整個市場的84%。感覺這個份額有點過分？其實ASML的市場份額已經下跌了，要知道在2018年它佔據的市場份額可是90%。
對數據具體分析的話，會發現光刻機市場已經是壟斷得水潑不進。EUV光刻機市場，ASML獨佔100%份額；ArFi光刻機市場，ASML市佔率高達88%；ArF光刻機市場，ASML佔據63%市場份額；KrF光刻機市場，ASML還是佔據63%的市場份額。在中端的i線光刻機市場，ASML把能吃的蛋糕也都吃下了。
ASML吃幹抹淨，搞得市場上的其它玩家只能搶點渣渣。2019年，Nikon、Canon的總營收大約為248.04億元人民幣。要知道，Nikon、Canon可是全球前三的光刻機巨頭，尤其Nikon，從上世紀80年代到2004年，一直是全球光刻機市場的大哥，只因在193nm的ArF光刻機研發上，點錯了科技樹，加上美國對日本半導體產業的強力防範，把Nikon踢出了EUV光刻技術研發聯盟，僅接納了ASML，結果Nikon被ASML超越，並被擋在了EUV光刻機的大門之外，成就了ASML的全球光刻機大哥的地位。相關內容可以閱讀文末的《歐洲晶片簡史：這家荷蘭公司，遏制住了全球半導體晶片的咽喉》。
4、光刻機的飯碗不好端
現在，Nikon在光刻機市場的日子不好過，為了表白技術含金量，甚至將ArF液浸式光刻機描述成可用於5nm量產工藝製程的機器（見下圖）。
但ArF光源的波長為193nm，採用液浸式曝光後，晶片電晶體的特徵尺寸最多達到10nm，說5nm只能算是一種市場宣傳策略，不能據此認為DUV光刻機能完成EUV光刻機的作業，否則ASML EUV光刻機12億元的售價會馬上雪崩。
但對ASML來說，坐在大哥的位置上，想端好光刻機這個飯碗也並不容易，因為光刻設備市場容量太小。在半導體產業還在旭日東升時，半導體廠家有數百家，對光刻機廠家來說，等於有數百個客戶，吃飯還相對容易。
後來隨著全球半導體廠家的破產、兼併重組，尤其臺積電的無晶圓商業模式崛起，使英偉達、高通、博通等晶片設計商放棄自建晶圓廠，光刻機客戶也持續減少。
此外，隨著日本DRAM產業衰落並逐漸團滅，又加劇了光刻設備市場容量的進一步縮水，光刻機廠家吃飯越發不易。在2000年到2003年4年間，全球光刻機的銷量從1083臺萎縮到350臺，銷售額從60億美元腰斬為30億美元。
即使到2019年，全球光刻機的總銷量也僅為550臺，遠遠沒有恢復到2000年的銷量水平。
市場蛋糕縮小了，大客戶還集中到英特爾、三星、臺積電、格羅方德等廠家，一隻手都能數過來，如果任意一個大客戶跳單，光刻機廠家都難以承受。在ASML和Nikon大戰時，因為英特爾和臺積電支持ASML的液浸式光刻機，導致全球光刻機市場洗牌，ASML超越Nikon上位。
因此，客戶少而集中對光刻機廠家來說，研發新的光刻機風險太大了，弄不好就是血本無歸。前面說過，Nikon僅僅點錯了液浸式光刻機的科技樹，就被ASML挑翻在地，而ASML因為加入了美國的EUV光刻技術研發聯盟，就100%壟斷了EUV光刻機市場。
換句話說，對後發國家來說，高端光刻機尤其是超高端的EUV光刻機，如果沒有國家力量的介入，僅靠企業自身，沒有誰敢鬥膽衝進去。
對我國半導體產業來說，如果高端光刻機研發不能突破，那麼一臺EUV光刻機賣12億元人民幣，而且有錢還不一定買到的現實就很難改變。
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