美國出口管制，ASML為什么敢說不？

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文｜陳俊一

編輯 | 常亮

題圖 | unsplash

今年1月，佳能珠海工廠在成立即將32周年之前，宣布了關閉的消息。這家珠海工廠是佳能在華15家公司中唯一具備數碼攝像機、傳感器和鏡頭生產能力的基地，此次珠海工廠的關閉意味著佳能徹底把相機生產線移出了中國大陸。而10月，佳能又宣布將在日本栃木縣新建一座光刻設備廠，這是21年來佳能首次新建光刻設備新工廠，目標將當前產能提高一倍，計劃2023年開工，2025年春季開始運營。

一邊是不在中國造相機，一邊是要在日本造光刻機。兩相對比，恐怕既可以解讀成常見的“產業鏈轉移出中國”式危言，也可以解讀成“中國半導體強敵環伺”的聳聽。但有沒有第三種可能？

在美國對中國技術出口管制愈加瘋狂之時，更多ASML的潛在競爭者們發力光刻機領域，到底是福是禍？在美國多輪出口管制下，市場還能否消化更多的光刻機？中國半導體產業鏈，還能否樂觀起來？

光刻技術的進步

相比于ASML的壟斷地位，佳能光刻機的影響還是太小。即使新增部分產能，但如果數量不多，制程也不夠先進的話，對于行業格局來說也掀不起風浪。

而且，佳能此次新建光刻機工廠公布的總投資也就是500億日元，約合人民幣24.38億元。相比于國內動輒百億元以上規模的半導體產業各類產線投資，如此少的投資規模，又能制造出水平如何的光刻機？

佳能一家光刻機工廠的投資，甚至還沒有ASML一臺EUV光刻機貴。據路透社報道，ASML最新一代0.55 NA EUV光刻機的訂價，已經較上一代提價兩倍多，達到近4億美元，這甚至超過了佳能新光刻機工廠的總投資。

一臺設備抵得上佳能一個產線的投資，而ASML每年銷售的EUV光刻機數量，總數也達到數百臺之多——盡管并非每臺都那么貴，但昂貴的EUV也占據了最高比例。ASML三季報就顯示，當季實現營收57.78億歐元，其中EUV光刻機營收占比高達51%。

EUV光刻機因為單臺售價高，銷售套數倒并不高。三季度ASML共售出86臺光刻機，按照工藝先進性排序，EUV、ArFi、ArF Dry、KrF、i-line五類光刻機分別售出12、20、6、38 和 10 套。因此，可計算出EUV單臺平均售價2.46億歐元。而三季度ASML新增訂單89億歐元中，也有38億歐元訂單來源于EUV光刻機。

光刻機按光源技術進步次序可分為紫外光（UV）、深紫外光（DUV）、極紫外光（EUV）三大類，其中DUV作為光刻機三大類之一，又分為浸入式和干式兩類。浸入技術是指讓鏡頭和硅片之間的空間浸泡于液體之中，如純水折射率1.44，可使激光的實際波長會大幅度縮小，如ArF（氟化氬） immersion浸入式光刻機，比干式光刻機更加先進，第一臺浸入式光刻機2004年才問世；而干式技術主要包括ArF dry干式光刻機、KrF（氟化氪）光刻機。

ArF dry干式光刻機的光源波長為193nm，在經過超純水折射后的ArFi浸入式光刻機可以做到等效134nm，而EUV光刻機的光源波長更是可以降低到13.5納米的水平。

采用UV光源的則是比較低端的光刻機，如i-line光刻機就屬于UV，在i-line之下還有更低端的h-line、g-line光刻機等。i-line、h-line、g-line光刻機我們已經實現國產，而ASML外售的光刻機最低也是i-line起步，三季報顯示其i-line光刻機營收僅占1%。

從1960年代的接觸式光刻機、接近式光刻機，到1970年代主流的投影式光刻機、1980年代主流的步進式光刻機（發明于1978年，用于0.35μm到0.25μm工藝）、1990年代的步進式掃描光刻機（用于≤0.18μm工藝），再到2004年浸入式光刻機出現、2015第一臺EUV光刻機交付——光刻機的發展幾乎每隔十年左右都會出現一代突破性技術，但突破性技術并不意味著后來者彎道超車或者換道超車的可能。

因為新類型光刻機的發展并不意味著上一代光刻機的廢棄，只是意味著其從先進制程變成成熟制程。同時，光刻機的壁壘也越來越高，各種關鍵零部件如光源等獨家壟斷者也與ASML結成聯盟，幾乎不給后來者機會。

1990年代末到21世紀初曾經上演過的ASML逆襲光刻機龍頭尼康的故事，也很難再次發生。

群雄依次逐鹿

尼康是ASML崛起之前的光刻機霸主，而在尼康之前，霸主則是美國GCA（GCA Corp，前身為Geophysical Corporation of America）公司。

從1978年推出第一臺步進式光刻機，一直到20世紀80年代后期，GCA一直保持著光刻機領域龍頭的位置。GCA 公司1978年收入為 6200 萬美元，而步進式光刻機給GCA營收帶來6年5倍的迅速增長，到1984年，營收已經高達3.09億美元。

這也讓GCA 管理層對未來非常樂觀，一方面，向新領域進行多元化拓展，例如投入巨資研發機器人技術；另一方面，積極擴產光刻機項目，準備在1985年以每臺超過100萬美元的價格出售500到600臺步進式光刻機。

但1985年，半導體產業進入周期下行，當年GCA公司僅出貨了100多臺光刻機；存貨過多導致GCA負債1.14 億美元，而當時公司賬上只有300萬美元現金，已經資不抵債。GCA就此衰退，1988年被通用信號公司（General Signal）以 7500萬至8000萬美元的價格收購。

但收購并沒有挽救GCA，原本市場份額最高的地位勉強維持到1990年后終于被尼康超過。1993年，GCA公司關閉了其馬薩諸塞州工廠。在被收購的五年中，GCA公司從美國政府支持的 Sematech 財團獲得了超過 6000萬美元的資金，用于在技術研發上抵抗尼康和佳能。

但公司擴展決策恰逢產業周期下行，加上技術實力不如尼康，GCA就此衰退、消亡，甚至連名字都沒有剩下。現在的同名公司GCA Corp，是Houlihan Lokey旗下一家從事并購咨詢的投行，與歷史上大名鼎鼎的GCA公司已經沒有任何關系。

在20世紀80年代后期，美國伊頓公司（Eaton Corporation）稱光刻機項目永遠無法盈利，已經在1986年放棄了自己與GCA競爭的步進式光刻機項目；瓦里安公司（Varian Associates）更是早在1985年就放棄了制造電子束光刻機的項目。Perkin-Elmer、Ultratech Stepper（General Signal的子公司）等其他小公司的步進式光刻機項目雖然還在苦苦堅持，但在面臨尼康、佳能的競爭時優勢也不大。

美國國家半導體公司（National Semiconductor Corporation）副總裁Jim Owens在1987年就指出，在GCA失敗之后，盡管國家半導體公司從尼康、佳能那里采購海外最先進的光刻機暫時還沒有遇到問題，但誰能夠保證，“他們一直能賣給我們最先進的設備？他們是否會為了維持自己的競爭優勢而將落后一代甚至更多的光刻機設備賣給我們？”

80年代美國產業人士的這一設問，恰好也是今天的我們所面臨的問題。我們只能買落后一代、兩代以上的光刻機——美國為了維持自己的競爭優勢，只允許ASML賣非先進制程光刻機給我們。

而這種危害，在1987年1月《紐約時報》的一份援引美國軍方觀點的報道中更是一針見血、對中國也值得借鑒：GCA落后于尼康、佳能所導致的美國芯片裝備衰落，其危害程度之高，相當于美國喪失了制造槍支的能力。

在1984年GCA正處于衰退前的最高峰、而尼康已經嶄露頭角即將反超之時，但誰能想到，螳螂捕蟬黃雀在后，日后的霸主ASML也恰于1984年在荷蘭誕生了。

1995年，ASML在光刻機領域的市場份額還僅占14%；但2000年，市場份額就已經上升到30%，僅次于尼康；2002年，市場份額上升到47%，第一次并一直持續至今地超越了尼康。

實際上，盡管尼康被ASML反超是2002年發生的事情，但尼康的悲劇命運，從1997年英特爾和美國能源部牽頭成立“極紫外聯盟”（EUV LLC）卻將尼康排除在外時，就提前書寫好了。本來在此之前，DUV光源技術的“浸潤式”和“干式”技術路線之爭，尼康的“干式”敗給ASML的“浸潤式”；在EUV光源時代更被美國“爸爸”直接排除在外，從此，江湖地位就“大哥變小弟”地無法逆轉了。

技術突破與企業反超往往發生在低谷

就像1980年代中后期尼康開始反超GCA并在1990年終于大幅度超越GCA的過程，發生于半導體行業下行周期；2002年ASML以47%市場份額超越尼康，同樣發生在一個下行周期之年。

據 Dataquest 數據，2002 年全球光刻行業的總銷售額達到 28.3 億美元，比 2001 年下降 26%。而尼康的市場份額從 2001 年的 39.4% 下降到 2002 年的 27.5%，營收從 2001 年的 14.9 億美元降至 7.73億美元。

佳能公司的市場份額萎縮更快，從 2001 年的 31.2% 下降到 2002 年的 17.8%。美國 Ultratech Stepper公司份額從 2001 年的 0.6% 下降到 2002年的0.4%，已經沒有了影響力。

那么，2022年及未來幾年，會是半導體的下行周期嗎？特別是在美國對話連續多輪史上最嚴格的出口管制帶來全行業的悲觀預期下。

盡管ASML CEO溫彼得（Peter Wennink）在三季報業績會上表示，出口管制造成的影響相當有限，“僅有5%的未交付訂單將會受到出口管制影響”。

ASML首席財務官 Roger Dassen也表示，ASML作為一家歐洲公司，工具中并沒有太多美國技術。但 Dassen承認，與幾個月前相比，目前行業的不確定性非常高，“一些客戶以低于我們之前所見過的最低產能利用率運行著我們的設備，我們也在很長一段時間以來第一次看到，有客戶推遲了他們希望獲得我們設備的首選時間。”

不過Dassen同時強調，大多數芯片制造商仍然希望盡快獲得ASML的設備，“有客戶請求說如果其他客戶提出延遲需求時，他們愿意更早獲得這些可能會延遲交付的設備。”

 Dassen沒有明確說提出延遲的是哪些客戶，請求將別人不著急交付的設備提早拿到手的是哪些客戶。但來自中國大陸的客戶肯定比臺積電等客戶更希望早獲得設備。

為了提振信心，ASML還宣布到 2025 年，將年制造能力提高到每年 600 個 DUV 和 90 個 0.33-NA EUV 系統。

而2021年，ASML售出共EUV、DUV（包括ArFi、ArF Dry、KrF）、UV（i-line）五個類別光刻機共209臺光刻機，其中高端EUV光刻機更是高達42臺。在最高端的EUV領域，ASML占據了100%的市場；此外，在ArFi和ArF光刻機領域，也分別占據96%和88%的市場。

2025年ASML僅DUV、EUV就達到690臺的擴產計劃，是2021年銷量的3.3倍。4年3.3倍的增長，像極了當年GCA公司6年5倍的增長。當年的GCA盛極而衰，但ASML當然不會簡單重復歷史。

不過，臺積電作為ASML最大的客戶，其總裁魏哲家近日卻在內部信中罕見地鼓勵員工休假。臺積電先前已證實，7nm（N7／N6）產能利用率進入四季度后就開始下滑，預計下滑趨勢將延續到2023年上半年；同時今年的資本支出從約440億美元兩次分別下調40億美元，目前降至約360億美元，已縮減兩成。

同時，更多技術路線也在涌現。據報道，美國一家旨在開發和商業化原子精密制造 (APM) 技術的公司Zyvex Labs 就在9月份宣布推出了全球分辨率最高的亞納米分辨率光刻系統“ZyvexLitho1”，繞過EUV光刻技術，使用電子束光刻（EBL）方式制造出具有0.768nm線寬（相當于2個硅原子的寬度）的芯片，精度遠超EUV光刻機。

俄羅斯科學院下諾夫哥羅德應用物理研究所（IPF RAS）也宣布正在研發俄羅斯首套半導體光刻設備，預計2028年問世，可以生產出7nm芯片。不過俄羅斯的預期估計太過樂觀，哪怕已經投入巨資提早多年研發的中國，也不能保證2028年將國產光刻機工藝水平提高到生產7納米制程芯片。

此外，多電子束直寫光刻機（MEB）、定向自組裝技術（DSA）、nm壓印技術（NIL）等不同新技術也已經在實驗室中測試。盡管這些新技術距離量產還很遠，但ASML最初，也同樣是從實驗室里走出來的。

如果從純粹國家意志的角度，在中國半導體產業已經有一定基礎的情況下，長期來看，7納米及以下先進制程光刻機肯定總有一天能夠研發出來，或許突破了EVU光源技術，或者采用其他更新的技術。但這種“長期必然會”的論斷，對于加深人們對行業的理解并沒有實際意義。

美國一輪又一輪出口管制下，長期意義的樂觀并不能緩解短期的悲觀。人們也亟需看到一個好消息，來為長期意義上的樂觀提供更多佐證。

其實最近就有一個可能微不足道的好消息。

此前在10月7日美國出口管制新規中，128層及以上的NAND閃存芯片制造設備增加新的許可證要求，其實是為長江存儲量身定制的。

因為在追趕世界最先進NAND閃存技術的路上，長江存儲此前剛實現128層NAND閃存，但三星已經實現192層NAND閃存，美光更是在5月發布全球首個 232 層堆棧的3D NAND芯片。只要將長江存儲壓制在128層的技術“五指山”下，那么其未來發展就很難跳出美國的手掌心。

但長江存儲卻在10 月 26 日沒有大張旗鼓地在某電商平臺，推出了致態固態硬盤新品TiPlus7100。值得注意的是，該款固態硬盤采用長江存儲自研 232 層NAND閃存顆粒，Xtacking3.0架構。

而美光盡管在5月全球最早發布了232 層NAND閃存，但采用該閃存顆粒的固態硬盤還要2023年才能發布。因為從顆粒到整合多個組件最終商業化量產固態硬盤，是需要經歷較長時間磨合的。

能夠全球最先實現商業化量產232層NAND 閃存的固態硬盤，這本身就意味著長江存儲已經站在了閃存顆粒的第一梯隊。而這是在美國多輪管制與制裁下，實現的率先突破。

說回光刻機——沖破美國封鎖的堤壩，可能并不需要千軍萬馬齊爭先，可能也未必需要中國光刻機技術超越ASML。哪怕僅僅是半導體產業鏈中如閃存顆粒這一小切口前進了一步，讓水能夠涌出，開口漸漸擴大，那么就有希望挾全行業之勢能最終沖垮那座看似強大的堤壩。

參考文獻：

1、Fomenkov I. EUV source for lithography in HVM:performance and prospects

2、Technology ownership is no birthright，Bits and Chips

3、Hiroyuki Chuma,Determinants of Microlithography Industry Leadership：The Possibility of Collaboration and Outsourcing

4、David E. Sanger, BIG WORRIES OVER SMALL GCA，New York Times：Jan. 19, 1987