美国出口管制，ASML为什么敢说不？

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文｜陈俊一

编辑 | 常亮

题图 | unsplash

今年1月，佳能珠海工厂在成立即将32周年之前，宣布了关闭的消息。这家珠海工厂是佳能在华15家公司中唯一具备数码摄像机、传感器和镜头生产能力的基地，此次珠海工厂的关闭意味着佳能彻底把相机生产线移出了中国大陆。而10月，佳能又宣布将在日本栃木县新建一座光刻设备厂，这是21年来佳能首次新建光刻设备新工厂，目标将当前产能提高一倍，计划2023年开工，2025年春季开始运营。

一边是不在中国造相机，一边是要在日本造光刻机。两相对比，恐怕既可以解读成常见的“产业链转移出中国”式危言，也可以解读成“中国半导体强敌环伺”的耸听。但有没有第三种可能？

在美国对中国技术出口管制愈加疯狂之时，更多ASML的潜在竞争者们发力光刻机领域，到底是福是祸？在美国多轮出口管制下，市场还能否消化更多的光刻机？中国半导体产业链，还能否乐观起来？

光刻技术的进步

相比于ASML的垄断地位，佳能光刻机的影响还是太小。即使新增部分产能，但如果数量不多，制程也不够先进的话，对于行业格局来说也掀不起风浪。

而且，佳能此次新建光刻机工厂公布的总投资也就是500亿日元，约合人民币24.38亿元。相比于国内动辄百亿元以上规模的半导体产业各类产线投资，如此少的投资规模，又能制造出水平如何的光刻机？

佳能一家光刻机工厂的投资，甚至还没有ASML一台EUV光刻机贵。据路透社报道，ASML最新一代0.55 NA EUV光刻机的订价，已经较上一代提价两倍多，达到近4亿美元，这甚至超过了佳能新光刻机工厂的总投资。

一台设备抵得上佳能一个产线的投资，而ASML每年销售的EUV光刻机数量，总数也达到数百台之多——尽管并非每台都那么贵，但昂贵的EUV也占据了最高比例。ASML三季报就显示，当季实现营收57.78亿欧元，其中EUV光刻机营收占比高达51%。

EUV光刻机因为单台售价高，销售套数倒并不高。三季度ASML共售出86台光刻机，按照工艺先进性排序，EUV、ArFi、ArF Dry、KrF、i-line五类光刻机分别售出12、20、6、38 和 10 套。因此，可计算出EUV单台平均售价2.46亿欧元。而三季度ASML新增订单89亿欧元中，也有38亿欧元订单来源于EUV光刻机。

光刻机按光源技术进步次序可分为紫外光（UV）、深紫外光（DUV）、极紫外光（EUV）三大类，其中DUV作为光刻机三大类之一，又分为浸入式和干式两类。浸入技术是指让镜头和硅片之间的空间浸泡于液体之中，如纯水折射率1.44，可使激光的实际波长会大幅度缩小，如ArF（氟化氩） immersion浸入式光刻机，比干式光刻机更加先进，第一台浸入式光刻机2004年才问世；而干式技术主要包括ArF dry干式光刻机、KrF（氟化氪）光刻机。

ArF dry干式光刻机的光源波长为193nm，在经过超纯水折射后的ArFi浸入式光刻机可以做到等效134nm，而EUV光刻机的光源波长更是可以降低到13.5纳米的水平。

采用UV光源的则是比较低端的光刻机，如i-line光刻机就属于UV，在i-line之下还有更低端的h-line、g-line光刻机等。i-line、h-line、g-line光刻机我们已经实现国产，而ASML外售的光刻机最低也是i-line起步，三季报显示其i-line光刻机营收仅占1%。

从1960年代的接触式光刻机、接近式光刻机，到1970年代主流的投影式光刻机、1980年代主流的步进式光刻机（发明于1978年，用于0.35μm到0.25μm工艺）、1990年代的步进式扫描光刻机（用于≤0.18μm工艺），再到2004年浸入式光刻机出现、2015第一台EUV光刻机交付——光刻机的发展几乎每隔十年左右都会出现一代突破性技术，但突破性技术并不意味着后来者弯道超车或者换道超车的可能。

因为新类型光刻机的发展并不意味着上一代光刻机的废弃，只是意味着其从先进制程变成成熟制程。同时，光刻机的壁垒也越来越高，各种关键零部件如光源等独家垄断者也与ASML结成联盟，几乎不给后来者机会。

1990年代末到21世纪初曾经上演过的ASML逆袭光刻机龙头尼康的故事，也很难再次发生。

群雄依次逐鹿

尼康是ASML崛起之前的光刻机霸主，而在尼康之前，霸主则是美国GCA（GCA Corp，前身为Geophysical Corporation of America）公司。

从1978年推出第一台步进式光刻机，一直到20世纪80年代后期，GCA一直保持着光刻机领域龙头的位置。GCA 公司1978年收入为 6200 万美元，而步进式光刻机给GCA营收带来6年5倍的迅速增长，到1984年，营收已经高达3.09亿美元。

这也让GCA 管理层对未来非常乐观，一方面，向新领域进行多元化拓展，例如投入巨资研发机器人技术；另一方面，积极扩产光刻机项目，准备在1985年以每台超过100万美元的价格出售500到600台步进式光刻机。

但1985年，半导体产业进入周期下行，当年GCA公司仅出货了100多台光刻机；存货过多导致GCA负债1.14 亿美元，而当时公司账上只有300万美元现金，已经资不抵债。GCA就此衰退，1988年被通用信号公司（General Signal）以 7500万至8000万美元的价格收购。

但收购并没有挽救GCA，原本市场份额最高的地位勉强维持到1990年后终于被尼康超过。1993年，GCA公司关闭了其马萨诸塞州工厂。在被收购的五年中，GCA公司从美国政府支持的 Sematech 财团获得了超过 6000万美元的资金，用于在技术研发上抵抗尼康和佳能。

但公司扩展决策恰逢产业周期下行，加上技术实力不如尼康，GCA就此衰退、消亡，甚至连名字都没有剩下。现在的同名公司GCA Corp，是Houlihan Lokey旗下一家从事并购咨询的投行，与历史上大名鼎鼎的GCA公司已经没有任何关系。

在20世纪80年代后期，美国伊顿公司（Eaton Corporation）称光刻机项目永远无法盈利，已经在1986年放弃了自己与GCA竞争的步进式光刻机项目；瓦里安公司（Varian Associates）更是早在1985年就放弃了制造电子束光刻机的项目。Perkin-Elmer、Ultratech Stepper（General Signal的子公司）等其他小公司的步进式光刻机项目虽然还在苦苦坚持，但在面临尼康、佳能的竞争时优势也不大。

美国国家半导体公司（National Semiconductor Corporation）副总裁Jim Owens在1987年就指出，在GCA失败之后，尽管国家半导体公司从尼康、佳能那里采购海外最先进的光刻机暂时还没有遇到问题，但谁能够保证，“他们一直能卖给我们最先进的设备？他们是否会为了维持自己的竞争优势而将落后一代甚至更多的光刻机设备卖给我们？”

80年代美国产业人士的这一设问，恰好也是今天的我们所面临的问题。我们只能买落后一代、两代以上的光刻机——美国为了维持自己的竞争优势，只允许ASML卖非先进制程光刻机给我们。

而这种危害，在1987年1月《纽约时报》的一份援引美国军方观点的报道中更是一针见血、对中国也值得借鉴：GCA落后于尼康、佳能所导致的美国芯片装备衰落，其危害程度之高，相当于美国丧失了制造枪支的能力。

在1984年GCA正处于衰退前的最高峰、而尼康已经崭露头角即将反超之时，但谁能想到，螳螂捕蝉黄雀在后，日后的霸主ASML也恰于1984年在荷兰诞生了。

1995年，ASML在光刻机领域的市场份额还仅占14%；但2000年，市场份额就已经上升到30%，仅次于尼康；2002年，市场份额上升到47%，第一次并一直持续至今地超越了尼康。

实际上，尽管尼康被ASML反超是2002年发生的事情，但尼康的悲剧命运，从1997年英特尔和美国能源部牵头成立“极紫外联盟”（EUV LLC）却将尼康排除在外时，就提前书写好了。本来在此之前，DUV光源技术的“浸润式”和“干式”技术路线之争，尼康的“干式”败给ASML的“浸润式”；在EUV光源时代更被美国“爸爸”直接排除在外，从此，江湖地位就“大哥变小弟”地无法逆转了。

技术突破与企业反超往往发生在低谷

就像1980年代中后期尼康开始反超GCA并在1990年终于大幅度超越GCA的过程，发生于半导体行业下行周期；2002年ASML以47%市场份额超越尼康，同样发生在一个下行周期之年。

据 Dataquest 数据，2002 年全球光刻行业的总销售额达到 28.3 亿美元，比 2001 年下降 26%。而尼康的市场份额从 2001 年的 39.4% 下降到 2002 年的 27.5%，营收从 2001 年的 14.9 亿美元降至 7.73亿美元。

佳能公司的市场份额萎缩更快，从 2001 年的 31.2% 下降到 2002 年的 17.8%。美国 Ultratech Stepper公司份额从 2001 年的 0.6% 下降到 2002年的0.4%，已经没有了影响力。

那么，2022年及未来几年，会是半导体的下行周期吗？特别是在美国对话连续多轮史上最严格的出口管制带来全行业的悲观预期下。

尽管ASML CEO温彼得（Peter Wennink）在三季报业绩会上表示，出口管制造成的影响相当有限，“仅有5%的未交付订单将会受到出口管制影响”。

ASML首席财务官 Roger Dassen也表示，ASML作为一家欧洲公司，工具中并没有太多美国技术。但 Dassen承认，与几个月前相比，目前行业的不确定性非常高，“一些客户以低于我们之前所见过的最低产能利用率运行着我们的设备，我们也在很长一段时间以来第一次看到，有客户推迟了他们希望获得我们设备的首选时间。”

不过Dassen同时强调，大多数芯片制造商仍然希望尽快获得ASML的设备，“有客户请求说如果其他客户提出延迟需求时，他们愿意更早获得这些可能会延迟交付的设备。”

 Dassen没有明确说提出延迟的是哪些客户，请求将别人不着急交付的设备提早拿到手的是哪些客户。但来自中国大陆的客户肯定比台积电等客户更希望早获得设备。

为了提振信心，ASML还宣布到 2025 年，将年制造能力提高到每年 600 个 DUV 和 90 个 0.33-NA EUV 系统。

而2021年，ASML售出共EUV、DUV（包括ArFi、ArF Dry、KrF）、UV（i-line）五个类别光刻机共209台光刻机，其中高端EUV光刻机更是高达42台。在最高端的EUV领域，ASML占据了100%的市场；此外，在ArFi和ArF光刻机领域，也分别占据96%和88%的市场。

2025年ASML仅DUV、EUV就达到690台的扩产计划，是2021年销量的3.3倍。4年3.3倍的增长，像极了当年GCA公司6年5倍的增长。当年的GCA盛极而衰，但ASML当然不会简单重复历史。

不过，台积电作为ASML最大的客户，其总裁魏哲家近日却在内部信中罕见地鼓励员工休假。台积电先前已证实，7nm（N7／N6）产能利用率进入四季度后就开始下滑，预计下滑趋势将延续到2023年上半年；同时今年的资本支出从约440亿美元两次分别下调40亿美元，目前降至约360亿美元，已缩减两成。

同时，更多技术路线也在涌现。据报道，美国一家旨在开发和商业化原子精密制造 (APM) 技术的公司Zyvex Labs 就在9月份宣布推出了全球分辨率最高的亚纳米分辨率光刻系统“ZyvexLitho1”，绕过EUV光刻技术，使用电子束光刻（EBL）方式制造出具有0.768nm线宽（相当于2个硅原子的宽度）的芯片，精度远超EUV光刻机。

俄罗斯科学院下诺夫哥罗德应用物理研究所（IPF RAS）也宣布正在研发俄罗斯首套半导体光刻设备，预计2028年问世，可以生产出7nm芯片。不过俄罗斯的预期估计太过乐观，哪怕已经投入巨资提早多年研发的中国，也不能保证2028年将国产光刻机工艺水平提高到生产7纳米制程芯片。

此外，多电子束直写光刻机（MEB）、定向自组装技术（DSA）、nm压印技术（NIL）等不同新技术也已经在实验室中测试。尽管这些新技术距离量产还很远，但ASML最初，也同样是从实验室里走出来的。

如果从纯粹国家意志的角度，在中国半导体产业已经有一定基础的情况下，长期来看，7纳米及以下先进制程光刻机肯定总有一天能够研发出来，或许突破了EVU光源技术，或者采用其他更新的技术。但这种“长期必然会”的论断，对于加深人们对行业的理解并没有实际意义。

美国一轮又一轮出口管制下，长期意义的乐观并不能缓解短期的悲观。人们也亟需看到一个好消息，来为长期意义上的乐观提供更多佐证。

其实最近就有一个可能微不足道的好消息。

此前在10月7日美国出口管制新规中，128层及以上的NAND闪存芯片制造设备增加新的许可证要求，其实是为长江存储量身定制的。

因为在追赶世界最先进NAND闪存技术的路上，长江存储此前刚实现128层NAND闪存，但三星已经实现192层NAND闪存，美光更是在5月发布全球首个 232 层堆栈的3D NAND芯片。只要将长江存储压制在128层的技术“五指山”下，那么其未来发展就很难跳出美国的手掌心。

但长江存储却在10 月 26 日没有大张旗鼓地在某电商平台，推出了致态固态硬盘新品TiPlus7100。值得注意的是，该款固态硬盘采用长江存储自研 232 层NAND闪存颗粒，Xtacking3.0架构。

而美光尽管在5月全球最早发布了232 层NAND闪存，但采用该闪存颗粒的固态硬盘还要2023年才能发布。因为从颗粒到整合多个组件最终商业化量产固态硬盘，是需要经历较长时间磨合的。

能够全球最先实现商业化量产232层NAND 闪存的固态硬盘，这本身就意味着长江存储已经站在了闪存颗粒的第一梯队。而这是在美国多轮管制与制裁下，实现的率先突破。

说回光刻机——冲破美国封锁的堤坝，可能并不需要千军万马齐争先，可能也未必需要中国光刻机技术超越ASML。哪怕仅仅是半导体产业链中如闪存颗粒这一小切口前进了一步，让水能够涌出，开口渐渐扩大，那么就有希望挟全行业之势能最终冲垮那座看似强大的堤坝。

参考文献：

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

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