ASML回应不卖EUV光刻机给中国大陆：是“政府们”的选择

由于最先进的EUV设备无法向中国大陆出口，荷兰光刻机巨头阿斯麦CEO温彼得自2021年以来曾多次发声。2021年4月，他曾喊话美国政府，对华出口管制不仅不能阻碍中国技术进步，也将伤害美国自身的经济，限制出口只会加快中国自主研发的速度。

“这不是我们的选择，而是政府们（《瓦森纳协定》成员国）的选择。”日前，温彼得再次就向中国大陆出口EUV光刻机一事解释道。他今年1月曾表示，中国不太可能独立复制出（replicate）顶尖的光刻技术，但也别那么绝对，“他们肯定会尝试”。

但美国显然对温彼得的表态视而不见。

2021年7月，美国官员曾透露，拜登政府在确认EUV光刻机在科技产业中的战略价值后，选择延续特朗普时期的政策。随后温彼得表示，针对中国大陆的情况，该公司将不得不“静观其变”。

在全球芯片短缺让产业链“叫苦不迭”之际，阿斯麦作为最关键半导体生产设备——光刻机的制造商，愈发引起产业界的关注。美国消费者新闻与商业频道（CNBC）近期对阿斯麦总部进行了实地探访。

图源：ASML

关于《瓦森纳协定》

1996年7月，以西方国家为主的33个国家在奥地利维也纳签署了《瓦森纳协定》（简称“瓦协”Wassenaar Arrangement），决定从1996年11月1日起实施新的控制清单和信息交换规则。与“巴统”一样，“瓦协”同样包含两份控制清单：一份是军民两用商品和技术清单，涵盖了先进材料、材料处理、电子器件、计算机、电信与信息安全、传感与激光、导航与航空电子仪器、船舶与海事设备、推进系统等9大类；另一份是军品清单，涵盖了各类武器弹药、设备及作战平台等共22类。

《瓦森纳协定》现有42个成员国。《瓦森纳协定》虽然允许成员国在自愿的基础上对各自的技术出口实施控制，但实际上成员国在重要的技术出口决策上受到美国的影响。中国、伊朗、利比亚等均在这个被限制的国家名单之中。

因为缺芯，“每天都在挣扎”

在荷兰南部靠近比利时边境的小镇费尔德霍芬（Veldhoven），坐落着世界上唯一一家能够生产极紫外光刻机（EUV）的企业——阿斯麦（ASML）。在为数据中心、汽车和iPhone提供算力的先进半导体制造中，EUV光刻是最昂贵的一步。

“阿斯麦在极紫外光刻机制造方面处于垄断地位，我们今天使用的每一块先进处理器都需要用到EUV光刻机。”美国塔夫茨大学（Tufts University）弗莱彻学院助理教授克里斯•米勒表示，每一台EUV光刻机都是有史以来最复杂的设备之一，这种机器重达180吨。

EUV是极紫外光（Extreme Ultraviolet）的缩写，这是一种波长极短的光，阿斯麦生产的设备可以大量产生这种光，用于在硅片上雕刻小而复杂的电路。极紫外光是由二氧化碳激光去轰击每秒喷出5万次的液态锡滴（molten tin）而产生，这种光通过一个直径为0.65米的椭球反光镜送进光刻机内。一部分极紫外光微粒被照射到硅片表面，进而雕刻出决定每个芯片功能的微小图案。

为什么选择极紫光

光刻机的分辨率是光刻机能够清晰投影最小图像的能力，这一关键指标决定了这台光刻机可以用于何种工艺节点。R=k1*λ/NA代表了与其相关的多个参数，其中R为分辨率，k1为光刻工艺系数，λ为波长，NA为数值孔径。

很明显，要想压缩分辨率有三种方法，减小光刻工艺系数，减小波长或是增加数值孔径。k1系数取决于芯片制造工艺的多种因素，ASML通过控制光线击中光罩的方式和FlexPupil自由照明器光瞳整形技术，使得k1接近于0.3。但由于其物理极限为0.25，所以在将k1逼近极限的情况的同时，波长和数值孔径上的改进空间反而更大一点。

这也就是选用EUV的原因之一，EUV象征着极紫光。与DUV光刻机中用到的193nm ArF光源相比，其波长只有13.5nm。因此EUV光刻机面临的首要挑战，就是如何生成这样一个短波长的极紫光。

现在不少芯片都已经进入了纳米级制程，传统准分子激光器发射UV激光束的方法已经愈发受限，对短波长曝光的需求越来越大。一种解决方案就是通过激光照射生成的发光等离子体，以此提供这种超短波的辐射，而这种等离子体是如何形成的呢？这就要用到通快的二氧化碳脉冲式激光系统/激光放大器。

通快用于EUV的这套激光系统采用二氧化碳连续波激光器技术，功率可至10kW以上。发生器将锡液滴入真空容器中，激光器发射的高功率脉冲激光击中锡液，锡原子被电离化后，也就生成了等离子体。接着收集镜将等离子发射的EUV辐射集中传输至光刻系统，完成晶片曝光的过程。

极紫外光刻机内部

由于全球芯片短缺，从索尼的游戏机PS5到雪佛兰汽车都开始出现订单积压，芯片制造商对阿斯麦EUV光刻机的需求大幅提升。自2018年底以来，阿斯麦的股价已经飙升超过340%，这使得该公司的市值超过英特尔等一些大客户。

阿斯麦CEO温彼得（Peter Wennink）表示，该公司成立38年以来一直致力于降低半导体的生产成本，并将在“未来几十年”继续这样做。“世界需要更多的芯片，”温彼得表示，“所以我们需要制造更多机器，顺便提一句，只要我们能继续降低每个晶体管的生产成本，这些光刻机的平均售价就会不断提升。”

即便如此，温彼得也认为，全球芯片短缺对阿斯麦来说是“Catch-22”（第22条军规，意即进退两难、左右为难）。

“我们收到很多来自供应商的信息，他们说，‘嘿，我们可能会延迟向你们交付模块，因为我们无法获得芯片。’我们说，‘如果我们得不到芯片，我们就不能制造机器来生产更多的芯片。’”温彼得坦言，阿斯麦仍在经营，“但每天都在挣扎。”

阿斯麦CEO温彼得

“严重依赖美国零部件的荷兰公司”

据温彼得透露，阿斯麦过去10年共卖出140台EUV光刻系统，现在每台售价高达2亿美元，而下一代高数值孔径（High NA）EUV光刻机的售价将超过3亿美元。

市场调研机构Semico Research的制造业务董事总经理乔安妮•伊托评论称，阿斯麦的EUV光刻系统过于昂贵，以至于大多数公司都买不起。她认为，这会把很多厂商排除在市场之外，包括芯片制造商格罗方德。由于成本太高，格罗方德于2018年宣布停止7nm及以下先进制程的研发。

如今，阿斯麦EUV光刻机的客户只有五家（台积电、三星、英特尔、SK海力士和美光）。2021年，最大的三个客户——台积电、三星和英特尔占阿斯麦业务量的84%。台积电表示，该公司在2019年率先采用EUV光刻机大规模量产芯片，从那之后一直处于领先地位，芯片制程至少领先三星和英特尔一个节点。

CNBC认为，阿斯麦在光刻机领域的主导地位仍是“一个相对较新的现象”。10年前，该公司开始进军EUV研发是由英特尔、三星和台积电的重大投资决定的。

“我们没有钱，”1999年加入阿斯麦的温彼得表示，“所以我们出去寻找合作伙伴，这实际上是我们建立公司的基础。我们也因此被迫成为一个系统架构师和系统集成商。”

把时间拉回到1984年，阿斯麦刚成立时是荷兰电子巨头飞利浦的子公司。在荷兰艾恩德霍芬飞利浦办公大楼旁边一间漏水的小屋子里，阿斯麦推出第一台用于半导体光刻的设备，这种技术是20世纪50年代在美国军事实验室发明的。

阿斯麦开启光刻机研发的地方 图源：ASML

“第一台光刻工具看起来就像一个投影仪，”阿斯麦负责EUV业务的执行副总裁克里斯托弗·福凯（Christophe Fouquet）表示，“基本上会有一个标线，用来保存你想要投射的影像。然后有一个光学系统，它会把图像投射到晶圆上。”

到1988年，阿斯麦在美国拥有5个办事处，共有员工84人，并在荷兰费尔德霍芬设置一个新的办事处，该办公室最终成为该公司总部。

“当半导体行业准备进入EUV研究的早期阶段时，没有一家美国公司准备冒险尝试这个昂贵而有风险的项目，但阿斯麦做出了不同的选择，”即将出版的《芯片战争：世界最关键技术之战》一书的作者米勒表示，“阿斯麦是一家荷兰公司，但它也是一家严重依赖美国零部件的荷兰公司，尤其是在其设备上。”

“这是政府们的选择”

EUV光刻机由来自全球近800家供应商的多个模块和数十万个零部件组成。每个模块都在阿斯麦全球60个办公室中进行研发生产，然后运往费尔德霍芬进行组装。每台组装好的机器经过测试后，就会被拆解，然后发运给芯片制造商。EUV光刻机的运输需要20辆卡车和三架满载的波音747飞机。

中国大陆是阿斯麦没有出口EUV技术的国家或地区一。“全球42个国家（《瓦森纳协定》成员国）已经同意对其实施出口管制，因为它非常关键，”温彼得称，“所以这不是我们的选择，而是政府们的选择。”

美国对荷兰政府的施压早在特朗普任期内便已开始。据时任美国总统副国家安全顾问的查尔斯·库珀曼（Charles Kupperman）回忆，他2019年曾邀请荷兰外交官前往白宫，并向后者施压，称“忠实的盟友”不会向中国大陆出售EUV这类设备。库珀曼还警告荷兰方面，如果没有美国的零部件，阿斯麦的设备就无法运转，而白宫有权限制这些零部件向荷兰出口。

“中国（大陆）想要加入这场竞赛，”Semico Research的乔安妮•伊托表示，“但由于政治原因，中国（大陆）无法获得这项技术。”

极紫外光刻机在工作 图源：阿斯麦

不过，阿斯麦在用另一种方式和中国大陆做生意。该公司更新了被称为深紫外线（DUV）的老式光刻系统，并将其中的许多设备卖给中国大陆。温彼得透露，阿斯麦售出的设备中96%仍在使用。

“关于向中国大陆出售更多的DUV设备，提高其生产接近尖端半导体的能力，是否也是一种‘国家安全风险’，这其中存在很多争议，”米勒称，“我认为，在未来几年，阿斯麦向中国出售DUV设备的能力可能也会受到新的限制。”

EUV出现之前，芯片制造商可以从阿斯麦、尼康和佳能三家公司购买DUV光刻机。

虽然日本尼康仍然是光刻机市场的竞争者之一，但阿斯麦是EUV的唯一供应商。国外行业专家认为，其他公司可能需要几十年时间才能赶上，一方面是因为阿斯麦拥有专有技术，另一方面是因为阿斯麦与数百家供应商达成了复杂且往往是独家的协议。

“我们对一些客户来说是独一无二的，一些供应商对我们来说也是独一无二的，”温彼得称，“有些人说，这种近乎共生的关系比结婚还要糟糕，因为你不能离婚。”

2021年四季度，阿斯麦光刻机出货信息

半导体是一种高风险的行业，阿斯麦使自己免受供应链风险的一种方式是收购一些供应商，例如位于美国圣地亚哥的Cymer，它是EUV大功率光源制造商。阿斯麦还在2020年收购了德国Berliner Glas，这是一家陶瓷和光学模组制造商，“对于支持实现EUV和DUV的产品开发蓝图很重要”。今年1月，Berliner Glas曾发生一场火灾，但温彼得表示，这场火灾不会对今年的设备出货造成重大影响。

财报显示，阿斯麦2021年总营收为186亿欧元（约合人民币1339亿元），同比增长33%；净利润为59亿欧元（约合人民币425亿元），同比增长66%；毛利率为53%，比上年同期提高4个百分点。该公司预计，2022年的销售将增长20%，未来10年的年复合增长率为11%。 

中国有可能研发出成熟的光刻机吗？

温彼得曾表示：“中国不太可能独立复制（replicate）出顶尖的光刻技术，因为阿斯麦依赖于不懈的创新，以及整合只有从非中国供应商处才能获得的零部件。但我的意思并不是绝对不可能，因为中国的物理定律和我们这里是一样的。永远别那么绝对（Never say never），他们肯定会尝试的。”

CINNO Research半导体事业部总经理Elvis Hsu在接受采访时曾表示，光刻机是半导体制造设备价格占比最高的部分约25-30%，其研发难点在于曝光光源、对准系统和透光镜头等技术的整合，以及庞大资金投入。目前，国内技术领先的光刻机研制厂家是上海微电子，可以稳定生产90/65nm制造工艺的光刻机。