美日荷联合限芯，中国光刻机路在何方？

流水的半导体大佬，铁打的美国「限芯」行动。

近两周，美媒爆出美国政府考虑让本国所有供应商断供华为。美国甚至将「友商」推向刀尖上。

1月27日，美日荷三国高层在华盛顿进行闭门会谈并达成协议，日荷两国将启动对华出口半导体设备的管制。最引人关注的是，美国将半导体设备顶流——荷兰阿斯麦(ASML)以及日本东京电子、尼康等公司抬上“出口管制措施”名单，限制对华出口光刻机。

事实上，美国对华半导体的限芯行动早已司空见惯。

然而与过去“拖累”本国半导体厂商业绩不同，美国这一次将危机蔓延至更广、更深的地带，一边在半导体产业链上游给中国造芯设障，一边在发难关键的半导体设备——光刻机，将荷兰和日本捆绑在自己的出口管制策略上。

从单边制裁扩大到多边制裁，美国的限芯不断升级。

工欲善其事，必先利其器。到了半导体领域，要造「芯」，光刻机是必不可少的关键环节。

盘点全球半导体产业链，美国手握顶尖芯片设计大厂（英伟达、英特尔、高通、苹果等）和设备大厂（应用材料、拉姆研究、KLA科磊等），亚洲集中了多家一流芯片代工厂和材料公司（台积电、三星、东京电子等）。而作为半导体产业链「皇冠上的明珠」，光刻机则主要来自荷兰和日本，其中荷兰的ASML、日本尼康和佳能，是全球光刻机行业的三巨头。

光刻机三巨头

从技术上来看，当前主流光刻机技术主要分为两大阵营——EUV与DUV。

光学成像领域里有一个著名的瑞利判据，它表明成像分辨率和光的波长成正比。简单来说，如果想在纳米尺度雕刻芯片，就需要非常小波长的光。为了把晶体管做的越来越小，光刻机里光源的波长就要越小。

从光谱上看，紫色光的波长是可见光里最短的，比它更短的就是各种紫外光，比如深紫外光DUV（Deep Ultraviolet Lithography），再到现在最先进的极紫外光EUV（Extreme Ultraviolet Lithography），光的波长从300多纳米、到深紫外光的193纳米、再到极紫外光的13.5纳米。

其中，EUV光刻机可以用于生产制造7nm以下的高端芯片，堪称光刻机的天花板。正因为这一制霸产品，ASML在二十世纪初一举超越了日本老牌电子品牌尼康，从此坐上了全球光刻机龙头的宝座。

时至今日，ASML仍然是世界上唯一一家能够生产EUV的厂商。物以稀为贵，每一年，ASML的EUV一出，台积电、三星、英特尔等晶圆制造厂都排队购买。按照ASML2022 年Q4的财报，ASML 季度净预订量为 63 亿欧元，其中EUV的订单超过一半，高达34亿欧元。2022年全年财报则显示，ASML过去一年实现净销售额212亿欧元，毛利率达50.5%，净利润为56亿欧元。从收入结构来看，光刻机占比70%，达148亿欧元，其中EUV出货54台，预计2023年的净销售额将同比增长25%以上，EUV增至60台左右。

但是这54台EUV光刻机里，没有一台卖给中国大陆。并不是因为每台至少一亿美元的“天价”，而是从2019年开始，美国就禁止ASML将EUV光刻机出口至中国。究其原因，主要在于EUV光刻机包含美国等各国尖端的技术，仅美国零部件占比就高达55%以上。

EUV是高端芯片工艺的刚需，但从全球市场来看，28纳米及以上的成熟工艺仍然是主流。根据TrendForce数据显示，2021年成熟工艺仍然占据全球76%的市场份额，成熟工艺占三大晶圆代工厂（台积电、格罗方德、联电）总产能的76%。去年全球遭遇「缺芯潮」，缺的也大部分是成熟工艺的芯片。特别是新能源汽车、智能家电、物联网设备等电子产品里，采用了大量成熟工艺的芯片。

而成熟工艺这块大蛋糕，都可以使用DUV光刻机进行制造，主要由荷兰的ASML、日本的尼康和佳能承接。

作为光刻机技术的老大，ASML生产的DUV光刻机覆盖生产28纳米以上制程的成熟工艺芯片，所占的DUV市场最大。从它的2022年度财报来看，虽然去年全球半导体遭受供求不均+美国出口管制的双重打击，ASML持续强劲增长，全年净销售额为212亿欧元，毛利率高达50.5%。而且，ASML去年底未交付订单创下纪录，高达404亿欧元。按照ASML公布的数据，中国大陆市场为其2022年营收贡献了14%，成为ASML第三大的市场，仅次于中国台湾（42%）、韩国（29%）。

ASML区域营收分布

尼康和佳能也在积极抢占光刻机的市场。不过，受限于产能和技术等因素，这两家日本厂商的产品主要集中在DUV领域。事实上，尼康凭借相机时代在光学设备上的积累，曾经是光刻机霸主，一度门庭若市，各大芯片厂商排队等待尼康光刻机出货。但尼康在先进技术的研发上选择了保守路线，坚持干式微影157nm的技术路线，被ASML的浸润式DUV技术弯道超车；EUV更是被ASML远远甩在身后。

不过，尼康虽然错失了开发EUV的良机，却有自主的先进封测光刻技术，这一点连ASML也自叹不如。因此，即使尼康无法掌握EUV的尖端技术以及EUV所需要的美国零部件，但是同样可以通过挖掘新材料和新技术的潜力来打造自己DUV的特色。

当前，尼康的核心竞争力主要来源于最低端的UV（i-line）光刻机以及次高端的DUV光刻机，比如，尼康宣布今年推出全新的NSR-S635E ArF液浸式扫描光刻机。重点是，这款光刻机不含美国技术，堪称EUV的「丐版平替」，使用DUV光源就能加工7nm以下芯片，每小时制造275片晶圆，在一定程度上能满足中国制造高端芯片的需求，无疑为中芯国际、华虹半导体等中国芯片制造商提供了「去A化」选择。

尼康光刻机

现如今，就连DUV也成了美国的目标。这次美日荷会谈及其协议的落实，一方面断了中国厂商通过成熟芯片制程的DUV光刻机自主供芯的「去A化」道路，又可以在不损害本国厂商的前提下拉日荷两国入群，把参与中国限芯的队伍从单边扩大到多边。

这招一石二鸟，美国玩的挺溜。

虽然政府达成协议，但商业公司仍然要挣钱。中国大陆作为ASML的第三大客户来源，这个光刻机巨头或许也很「头疼」如何弥补出口禁令导致的损失。

在这个敏感时刻，ASML也时不时出来安抚市场，咬定2023年营收增加25%的目标不放，以需要数月时间确定谈判细节的理由淡化美日荷协议的影响。

图片来自Bloomberg

话虽如此，ASML一直以来非常清醒。早在去年底，ASML首席执行官彼得·温宁克(Peter Wennink)便表达出对美国限芯嗤之以鼻，甚至暗讽美国双标，不指名道姓地点出美国芯片设计大佬收割25%~30%的中国市场份额。

如果ASML不可避免地无法将现有的高端DUV光刻机卖给中国，温宁克也许还得效仿背后那个精明绕开封锁政策的“绿厂”英伟达。一年前，英伟达A100、H100两款数据中心加速GPU收到限芯禁令之后，巧妙地做出符合美国出口管制规定的新款GPU A800，作为「特供」产品继续在中国市场销售。

相比之下，日媒对尼康未来的业绩感到更加沮丧。

作为中国人家喻户晓的日本品牌，尼康一直有着顶流照相机IP的光芒，十几年前就已经在长三角洲建厂，然而到了智能手机时代，真正给尼康带来可观现金流的还是DUV光刻机。早在2020年，尼康就准备了要在中国合资开发光刻机的计划。去年，当中芯国际公布500亿人民币的产能扩充计划之后，尼康也展示出了自己在光刻机的布局，计划在2026年将光刻机主力机型的年销量，增至过去三年平均销量的2倍以上。

只可惜，还没有等到零美国技术的浸入式扫描光刻机上线，尼康就被美国架上了出口管制的队伍，有点「有苦说不出」的感觉了。

除了尼康，另外一个人们耳熟能详的日本相机大厂佳能，其实也有自己的光刻机技术。从去年8月份开始，佳能就在扩产DUV光刻机产能，目标清晰 - 直指中国市场。此外，同样为了撇清美国化，佳能正在研制纳米压印光刻（NIL）升级版的光刻机。NIL采用一种最前沿的光刻技术，通过照射新的感光材料来完成一次性转印，理论上同样可以制造7nm以下制程工艺。更重要的是，相比EUV，NIL要便宜很多，而所采用的零部件以及材料都来源于日本厂商（佳能、铠侠以及日本印刷株式会社）。

面对源源不断的限芯动作，中国半导体已经在做「打硬仗」的准备。

2015年，美国对中国禁售超算芯片，国内半导体就已经嗅到危机。那一年，我国推出了《中国制造2025》规划。根据规划，2020年半导体核心基础零部件、关键基础材料实现40%的自主保障，2025年则要达到70％的目标。据国家统计局的数据显示，2021年我国累计芯片生产量达到了3594.3亿颗，创下了我国产能最高的纪录。平均下来，一天可以生产10亿颗芯片，自给率相当于36%，不断靠近2025年芯片自给率达到70%的目标。

这一次随着美日荷协议传来，国家势必也会加大对半导体设备的投入。据路透社报道，中国拟定拿出1万亿元投入到半导体行业五年的支持计划，通过补贴和税收抵免来支持国内的半导体生产、研究，而且该计划有可能已在今年Q1实施。其中在购买半导体设备方面，中国计划拿出20%的补贴给予半导体制造商。

除了买买买，自主研发或许更加重要。一旦美日荷封锁了中高端DUV的出口，如何根据现有的B、C级光刻机设备制造A级制程工艺芯片也成为国内半导体制造商需要攻克的大关。清华大学魏少军教授去年底表示：能够用14nm、28nm（光刻机）做出7nm的性能，才是真正的高手。国内也有一些顶尖研究机构，在合作研究芯片设计与制造工艺的跨层优化技术。

作为EUV的把持者，ASML肯定不愿意看到这一场景。ASML首席执行官温宁克已经洞悉中国在半导体的力量。“你给中国施加的压力越大，他们就越可能加倍努力打造可以媲美ASML的光刻机。这需要时间，但最终他们会获得成功”。

华尔街日报曾经报道过，当美国在2022年10月升级限芯禁令之时，中国企业只进口了24亿美元价值的半导体设备，创下美国推出禁令2年多以来的最低数据。这意味着，中国半导体设备正在努力摆脱进口的依赖，自主化进程已在提速。

但值得注意的是，除了光刻机之外，芯片制造产业链还有很多「硬骨头」，包括薄膜沉积、刻蚀、量测、离子注入，这些都是我国和国外差距较大的领域。就算实现技术突破，从实验室原型到晶圆厂量产，仍然是个日积月累且艰巨无比的过程。

革命尚未成功，同志仍需努力。

（注：本文不代表老石任职单位的观点。）

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