今日彭博社報(bào)道，美國(guó)正在推動(dòng)荷蘭政府禁止ASML向中國(guó)大陸出售包括DUV光刻機(jī)在內(nèi)的設(shè)備，試圖通過(guò)卡住芯片制造的“喉嚨”來(lái)擴(kuò)大其遏制中國(guó)大陸崛起的行動(dòng)。

目前ASML已經(jīng)無(wú)法向中國(guó)大陸出售其最先進(jìn)的極紫外（EUV）光刻系統(tǒng)，單臺(tái)售價(jià)高達(dá)1．6億歐元（1．64億美元），因?yàn)樗鼰o(wú)法獲得荷蘭政府的出口許可證。

如果荷蘭同意，這將大大擴(kuò)大現(xiàn)在禁止進(jìn)入中國(guó)大陸的芯片制造設(shè)備的范圍和類別，這可能對(duì)從中芯國(guó)際到華虹半導(dǎo)體等中國(guó)大陸芯片制造商造成嚴(yán)重的沖擊。

ASML CEO Peter Wennink今年早些時(shí)候曾表示，不希望禁止向中國(guó)大陸客戶銷售DUV光刻設(shè)備。截止發(fā)稿，ASML的美國(guó)存托憑證跌幅擴(kuò)大到了8．3％，這是自2020年3月以來(lái)的最大盤中跌幅。

在半導(dǎo)體生產(chǎn)中，光刻機(jī)是核心設(shè)備，它不僅決定了芯片制造的工藝水平，而且是耗時(shí)最多、成本最高的一步，目前先進(jìn)的7nm、5nm及接下來(lái)的3nm、2nm都需要EUV光刻機(jī)，一臺(tái)這樣的光刻機(jī)售價(jià)將近10億人民幣，但目前還是供不應(yīng)求。

目前，荷蘭的ASML公司可以生產(chǎn)光刻機(jī)，他們的產(chǎn)能將決定全球先進(jìn)工藝擴(kuò)張的速度，所以代工龍頭臺(tái)積電、三星半年以來(lái)也在因?yàn)闋?zhēng)搶最先進(jìn)光刻機(jī)打的不可開交。

不難看出，光刻機(jī)是如今半導(dǎo)體行業(yè)的命脈，那這個(gè)命脈為什么被ASML所掌控？

付出任何代價(jià)也要得到的光刻機(jī)

作為制造芯片最先進(jìn)的設(shè)備，光刻機(jī)的先進(jìn)程度直接決定了芯片的制程工藝。ASML發(fā)言人稱，更高的光刻分辨率將允許芯片縮小170％，同時(shí)密度增加2．9倍。未來(lái)比3nm更先進(jìn)的工藝將極度依賴高NA EUV光刻機(jī)。

隨著芯片越來(lái)越精密，更高數(shù)值的孔徑意味著更小的光線入射角度，也意味著能夠用來(lái)制造尺寸更小、速度更快的芯片。三星、臺(tái)積電都希望通過(guò)獲得下一代EUV光刻機(jī)，從而在未來(lái)2nm技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)上占據(jù)優(yōu)勢(shì)。

爭(zhēng)先恐后的巨頭

近日，韓國(guó)三星電子副會(huì)長(zhǎng)李在镕又馬不停蹄奔赴歐洲，外媒報(bào)道，三星電子副董事長(zhǎng)李在镕已結(jié)束與 ASML 公司的會(huì)談，并就韓國(guó)三星引進(jìn)下一代高數(shù)值孔徑 High－NA EUV 光刻設(shè)備達(dá)成了協(xié)議。High－NA EUV 作為 ASML 公司的下一代光刻設(shè)備，與 EUV光刻設(shè)備相比，雕刻出的電路更為精細(xì)。而一臺(tái)High－NA EUV 光刻設(shè)備的價(jià)格估計(jì)為 5000 億韓元（約 25．85 億元人民幣），是現(xiàn)有 EUV 光刻設(shè)備價(jià)格的兩倍。盡管如此，三星也在試圖購(gòu)進(jìn)多至10臺(tái)機(jī)器，有韓國(guó)業(yè)內(nèi)人士表示：如果三星采購(gòu) 10 臺(tái) High－NA EUV 光刻設(shè)備，將花費(fèi)超過(guò) 5 萬(wàn)億韓元（約 258．5 億元人民幣），因此政府可能會(huì)下場(chǎng)支持。

三星這么做，也是為了盡快追趕臺(tái)積電。6月17日臺(tái)積電舉行的技術(shù)論壇上，作為晶圓代工龍頭的臺(tái)積電首次披露，到2024年，臺(tái)積電將擁有ASML最先進(jìn)的高數(shù)值孔徑極紫外high－NA EUV光刻機(jī)，用于生產(chǎn)納米片晶體管（GAAFET）架構(gòu)的2nm（N2）芯片，預(yù)計(jì)在2025年量產(chǎn)。

盡管臺(tái)積電業(yè)務(wù)開發(fā)資深副總經(jīng)理張曉強(qiáng)稱，臺(tái)積電2024年還不準(zhǔn)備運(yùn)用新的高數(shù)值孔徑EUV工具生產(chǎn)，引進(jìn)的光刻機(jī)將主要用于與合作伙伴的研究，但臺(tái)積電此次成功引進(jìn)最先進(jìn)的光刻機(jī)，無(wú)疑將進(jìn)一步鞏固自身在先進(jìn)制程研發(fā)方面的領(lǐng)先地位。

老牌巨頭英特爾哪能落后，甚至這次領(lǐng)先于臺(tái)積電和三星。英特爾CEO基辛格為了能追趕臺(tái)積電、三星，不止是投資入股ASML公司，還提早花高價(jià)訂購(gòu)EUV光刻機(jī)制造產(chǎn)能。英特爾說(shuō)它將在 2025 年之前將這些機(jī)器投入生產(chǎn)，并且英特爾將是第一個(gè)收到該機(jī)器的公司。

光刻機(jī)市場(chǎng)獨(dú)占鰲頭

目前，全球光刻機(jī)市場(chǎng)的集中度極高，前三大廠商的市場(chǎng)份額占比達(dá)90％以上。從TOP3企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)格局來(lái)看，2020年，荷蘭ASML公司占比62％，出貨量達(dá)到258臺(tái)，力壓尼康和佳能。

同時(shí)，從銷售額來(lái)看，由于當(dāng)前僅有荷蘭ASML公司銷售高端光刻機(jī)EUV（售價(jià)最高），因此，ASML仍占據(jù)市場(chǎng)龍頭地位，市場(chǎng)份額達(dá)91％。

以絕對(duì)優(yōu)勢(shì)成為光刻機(jī)霸主的ASML是怎么走到今天的呢？

逆風(fēng)翻盤的行業(yè)霸主——ASML

光刻機(jī)的研發(fā)還起源于飛利浦研發(fā)主管Leo Tummers要求他手下的年輕工程師Frits Klostermann 制作一個(gè)芯片，當(dāng)時(shí)的飛利浦沒(méi)有做新品所需要的微光刻技術(shù)，所以Klostermann決定自己做一臺(tái)新機(jī)器來(lái)完成這個(gè)任務(wù)。對(duì)于處于20世紀(jì)五六十年代的他們的來(lái)說(shuō)，制作“光刻機(jī)”還是一個(gè)所謂“輕松”的任務(wù)，四處逛逛，任務(wù)是把一些晶體管、電阻、二極管和電容器等的元件連接整合到一小塊晶圓上，這就是我們之后說(shuō)的“芯片”。

與此同時(shí)，美國(guó)正在向新興領(lǐng)域注入重金，其國(guó)防工業(yè)正在刺激其科學(xué)和工業(yè)領(lǐng)域同時(shí)將所有賭注都押在新技術(shù)上，芯片的的需求不斷增加也將芯片生產(chǎn)設(shè)備的發(fā)展速度推向了極致。這也刺激了Klostermann當(dāng)時(shí)所在的飛利浦物理實(shí)驗(yàn)室（簡(jiǎn)稱Natlab）大力發(fā)展半導(dǎo)體。

Natlab的制造二極管和晶體管等半導(dǎo)體元件的技術(shù)都已成熟。Klostermann在探索集成電路的過(guò)程中得到了同事們的極大幫助，當(dāng)Klostermann在公司購(gòu)入現(xiàn)成的光刻機(jī)后還堅(jiān)持自己開發(fā)自己的機(jī)器時(shí)，老板和同事依舊非常支持。

1966年，Klostermann獲批制造他研發(fā)出的光刻機(jī)。Klostermann也在這 臺(tái)光科技的基礎(chǔ)上和Natlab同事共同走上了不停地研發(fā)光刻機(jī)的道路。

盡管Klostermann的光刻機(jī)在飛利浦的芯片工廠中取得了成功，但是Natlab很難為其光刻機(jī)找到客戶，而且之后研發(fā)出的步進(jìn)光刻機(jī)也是十分昂貴并且復(fù)雜，這些劣勢(shì)很難讓光刻機(jī)進(jìn)入工廠工作。

飛利浦在光刻機(jī)上持否定意見(jiàn)。

從廢料堆中救出來(lái)的光刻機(jī)

救出步進(jìn)光刻機(jī)的這個(gè)人，也是在1976年之后的幾十年里飛利浦的代表性人物——Wim Troost，他是在飛利浦管理團(tuán)隊(duì)會(huì)議上唯一一個(gè)表示對(duì)光刻機(jī)有研究興趣的人。

創(chuàng)造奇跡的人就是不畏艱難、不顧虧損、堅(jiān)持光刻技術(shù)研發(fā)的人，Wim Troost一次又一次地?cái)[脫了技術(shù)、資金的困難，在20世紀(jì)70年代末，他帶領(lǐng)的S＆I有著7500萬(wàn)美元的收入和很高的利潤(rùn)，飛利浦說(shuō)“希望用光刻技術(shù)征服世界”。

可悲的是，那個(gè)時(shí)候的世界，光刻機(jī)不受歡迎沒(méi)什么市場(chǎng)。而當(dāng)下的經(jīng)濟(jì)危機(jī)讓飛利浦不堪重負(fù)，決定拋棄非核心業(yè)務(wù)，也就是光刻機(jī)。

1983年，飛利浦在經(jīng)歷了和3家公司談判失敗后，所有人都士氣低落。而ASM在納斯達(dá)克的成功上市，令飛利浦看到ASM這家公司。在飛利浦高層再一次明確必須放棄像光刻機(jī)這樣的非核心業(yè)務(wù)后，必須抓住最后一次機(jī)會(huì)來(lái)挽救光刻機(jī)團(tuán)隊(duì)，阻止裁員的發(fā)生。

1984年，飛利浦和ASM成立合資企業(yè)ASML。

經(jīng)濟(jì)危機(jī)打擊了當(dāng)時(shí)的巨頭，但奇跡般地給了ASML喘息的時(shí)間，讓它有足夠的時(shí)間來(lái)重塑其研發(fā)和生產(chǎn)部門，因?yàn)楫?dāng)時(shí)剛剛起步的ASML，走錯(cuò)了油壓技術(shù)路線、裝配廠也還根本無(wú)法生產(chǎn)真正的大訂單。那時(shí)如果芯片設(shè)備市場(chǎng)特別好，而ASML卻賣不出光刻機(jī)，那么ASML會(huì)立刻失敗。

逆風(fēng)后還是逆風(fēng)

“等你賣了20臺(tái)光刻機(jī)后，再回來(lái)找我談。”

時(shí)任ASML CEO斯密特在加州一場(chǎng)世界一流的芯片設(shè)備展上備受打擊，他到處宣揚(yáng)飛利浦的光刻機(jī)項(xiàng)目起死回生了，但得到的反饋寥寥無(wú)幾。當(dāng)時(shí)的光刻機(jī)巨頭是GCA和新崛起的日本尼康，裝機(jī)量是所有人關(guān)心的關(guān)鍵指標(biāo)，GCA和尼康已經(jīng)達(dá)到數(shù)百臺(tái)，而ASML還是零。

在加州的展會(huì)上，每個(gè)人都在談?wù)撃柖桑務(wù)撓乱淮鷻C(jī)器——從大規(guī)模集成電路（LSI）到超大規(guī)模集成電路（VLSI）。

在未來(lái)幾年內(nèi)，芯片線路將縮小到1／1000毫米以下，光刻機(jī)處理的將不再是4英寸的晶圓，而是6英寸的晶圓。

隨著這個(gè)轉(zhuǎn)變，超大規(guī)模集成電路需要新一代光刻機(jī)，這種機(jī)器要能夠?qū)?．7微米的細(xì)節(jié)成像到晶圓上，并實(shí)現(xiàn)更緊密的微電子集成。然而還沒(méi)有人找到制造這種光刻機(jī)的方法。這又給了ASML一個(gè)機(jī)會(huì)。

徹底革新

ASML面臨抉擇，到底是逐步改善現(xiàn)有技術(shù)，還是投入新的技術(shù)開發(fā)？ASML里程碑式的光刻機(jī)PAS 5500，就是在這樣的抉擇中誕生的。

如果選擇逐步改善，目前基礎(chǔ)上的技術(shù)路徑很可能最終無(wú)法滿足市場(chǎng)的新需求；如果選擇是使用革命性的長(zhǎng)沖程、短沖程發(fā)動(dòng)機(jī)尋求突破，但研發(fā)會(huì)有風(fēng)險(xiǎn)。

ASML PAS 5500的首席架構(gòu)師范登布林克沒(méi)有直接做出決定，他決定在這兩條路上分別試驗(yàn)6－9個(gè)月，兩個(gè)團(tuán)隊(duì)分別在自己的技術(shù)路徑上賽馬。最后，技術(shù)競(jìng)賽證明舊H型晶圓臺(tái)，有足夠的潛力定位8英寸的晶圓，所以ASML選擇了這條保險(xiǎn)的路線。長(zhǎng)短沖程發(fā)動(dòng)機(jī)被暫時(shí)雪藏，但也可作為更新?lián)Q代的備選方案。

經(jīng)歷了多年的苦心經(jīng)營(yíng)，ASML在步進(jìn)掃描光刻機(jī)時(shí)代走到了巨頭行列，當(dāng)時(shí)的市場(chǎng)形成了三家獨(dú)大的局面：ASML、尼康、佳能。其中ASML以絕對(duì)優(yōu)勢(shì)成為光刻機(jī)領(lǐng)域龍頭，市場(chǎng)占有率一度達(dá)到91％。

不可復(fù)制的成功

有人會(huì)問(wèn)，光刻機(jī)會(huì)盛極而衰嗎？就像當(dāng)年日本產(chǎn)的磁帶錄像機(jī)，系統(tǒng)之精密連美國(guó)人都難望其項(xiàng)背，但半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的出現(xiàn)立馬判了磁帶錄像機(jī)的死刑。如今的光刻機(jī)也到了技術(shù)臨界點(diǎn)，就像百米跑進(jìn)9秒5，想提高0．1秒都要付出極大的代價(jià)。一旦出現(xiàn)新的技術(shù)、工藝，ASML會(huì)首當(dāng)其沖被淘汰嗎？

這可能就要談到ASML的理念了，永遠(yuǎn)是與時(shí)俱進(jìn)的，在行業(yè)都崇尚“獨(dú)立完成所有”的時(shí)候，它就選擇只進(jìn)行研發(fā)和組裝，并不什么都由自己制造。這就讓ASML成為了一個(gè)集大成者，也成為了全球化的受益者。ASML 90％的零部件來(lái)自于外購(gòu)，再由最理解客戶需求和產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)的ASML集成。ASML的背后是美國(guó)、日本、歐洲、中國(guó)臺(tái)灣、韓國(guó)的技術(shù)支撐，最終才能量產(chǎn)出極度復(fù)雜的EUV光刻機(jī)。所以即使是有了新的技術(shù)，也是整個(gè)行業(yè)的興衰迭代，而且就像從飛利浦分裂出來(lái)一樣，ASML有著極強(qiáng)的技術(shù)功底和適應(yīng)能力，未來(lái)發(fā)展依舊可期。

回顧ASML的發(fā)展史，我們會(huì)看到無(wú)數(shù)個(gè)絕境，以及無(wú)數(shù)個(gè)絕境逢生，是很難，但辦法總比困難多，對(duì)所有半導(dǎo)體的研究來(lái)說(shuō)是如此。

對(duì)于中國(guó)來(lái)說(shuō)同樣如此，中國(guó)對(duì)于光刻機(jī)的研究同樣需要解決無(wú)數(shù)問(wèn)題。半導(dǎo)體行業(yè)對(duì)資金的需求本來(lái)就大，光刻機(jī)產(chǎn)業(yè)也不是一場(chǎng)可以速戰(zhàn)速?zèng)Q的戰(zhàn)爭(zhēng)。摘下光刻機(jī)這個(gè)顆“明珠”，我們勢(shì)在必行。