2021年01月25日 | 光刻机霸主ASML未来的道路该怎么走

在光刻机领域，ASML是当今毋庸置疑的霸主。

从1984年由飞利浦和ASM合资成立的一家小公司，到将昔日光刻机大国美国和日本拉下神坛的商业巨头，ASML只用了短短二十年的时间。据彭博数据显示，在45nm以下高端光刻机设备市场，ASML占据市场份额高达80%以上，在极紫外光(EUV)领域，ASM是独家生产者，实现了全球独家垄断。

辉煌鼎盛如斯，照此势头发展，ASML的未来基本上可以“躺赢”了。然而这仅仅是理论，商业战场上从来就不存在“躺赢”的赢家。在半导体产业波诡云谲的当下，已将光刻机做到极致的ASML自然也隐藏着某些隐忧。

独特商业模式下的“内伤”

全球光刻机领域，主要有 ASML、尼康、佳能这三个主要生产商， ASML无论是产品、技术，还是市场占有率都是稳居第一。虽然在干式光刻机和深紫外光刻方面（DUV）还有尼康和佳能两个公司，但是其竞争力已经很弱。而在极紫光刻机（EUV）方面，两个公司都还在研发阶段，离成功尚且遥远，而ASML 是全球唯一能够生产 EUV 光刻机设备的厂家，掌握了独家垄断权，市场占有率达 100%。

来源：SEMI前瞻产业研究院

在集微网对InsingerGilissen高级分析师Jos Versteeg的访谈中，他谈到：“EUV方面，尼康和佳能都还在研发阶段，但我觉得他们不会成功。ASML研发了20多年才做出EUV，这涉及到非常复杂的问题，我甚至不认为还有第二个公司能做出来。因此ASML是市场上唯一的EUV供应商，而且未来多年都将保持这一地位。这使得他们在半导体市场中拥有绝对优势，成为至关重要的一员。”

在打遍天下无敌手的情况下，无疑，ASML最大的竞争对手就剩下自己。Jos Versteeg提到：“ASML的竞争压力源于他们的商业模式。”

为何这么说？我们得先了解ASML的独特经营模式。ASML的经营模式在于拉投资商投资，然后优先供货投资商。简单理解就是，ASML研制高端光刻机需要很多钱，一年甚至高达十几亿、几十亿欧元的投入。在ASML没钱的情况下，急需要找投资商，谁投资的多，将来研制成功了，就优先供应给谁。

这种模式让ASML有足够的资金去支撑高额的技术研发，然而，在技术壁垒造就市场护城河的同时或许也设置了自己的利润“天花板”。Jos Versteeg认为，这种模式之下，EUV和DUV的价格并不是竞争元素，ASML没办法把价格降下来，因为制造成本直接与机器的产能成正比。如果想有更大的利润空间，ASML唯一能做的就是提高效率。正是这种内部驱动力使得ASML更高效地提高光刻机生产力，这是另一种来自价格的刺激。也正因如此，与大多数市场竞争不同，ASML无法随意提高价格以创造更大的利润空间，因为若价格过高，则芯片制造成本提升，难以盈利。对ASML来说，外有来自各大半导体厂商的压力，内有价格提升的驱动力来提高机器产能。

他同时指出，当然半导体厂商还是希望ASML有竞争者的，英特尔曾尽力把尼康留在市场，但后来发现两个光刻机供应商其实并不理想，因为这意味着两套设备需要各自的维护系统和维护人员。所以最终只有ASML留在了光刻机市场。

摩尔定律失效问题

除了内部原因外，另一个隐忧则是面临着摩尔定律失效的问题。一直以来，半导体器件的发展趋势都沿续摩尔定律的规则：集成电路中可容纳的晶体管数量每经过18～24个月总数增长一倍。然而，随着芯片制程越来越接近工艺极限和物理极限，摩尔定律能否持续生效也开始受到质疑。

关于这个问题，Jos Versteeg以中国的一个古老故事做了生动形象的类比：一个农民立了功，皇帝想赏赐他一点东西。农民拿出一个棋盘，让皇帝在每个格子里放米粒，第一格放一粒，第二格放二粒，第三格放四粒，以此类推，皇帝本来觉得这没什么，但是真要把这个棋盘放满，最后发现这是个天文数字，据说放到棋盘一半的时候，赏赐的粮食数量就已经差不多要50亿粒了。

Jos Versteeg认为，半导体的发展目前就处在下半阶段。从20世纪60年代集成电路初级发展开始，按照摩尔定律，晶体管数量每年翻倍，从广义上看，50亿到100亿个晶体管，摩尔定律上半程还不是很困难，但是到了下半段，每隔差不多两年要从100亿到200亿个晶体管，再从200亿升级到400亿就很难了。就连ASML的CEO也说我们正进入“棋盘的下半阶段”，技术上越来越难，所以出现了摩尔定律延迟发生的现象。

事实上，芯片业界已经接受了晶体管尺寸接近下限的现实，并已经为摩尔定律的终结做了准备。2020年美国半导体工业协会成员包括英特尔、AMD和格芯发表了一份报告。这份报告宣称，到2021年，硅晶体管尺寸的缩小将不再是一件经济可行的事情。取而代之的是，芯片将以另一种方式发生变化。

在众多替代材料中，当前碳纳米管材料最被看好。碳纳米管相对于硅材料具有成本更低、功耗更小、效率更高的优势。最为关键的是，应用碳基芯片之中，原先的芯片制造程序也将大为不同。

值得一提的是，我国的碳纳米材料研发起步较早，研究也处于领先地位。2020年5月，我国北京大学研究团队在制备碳纳米管方面取得了世界先进性成果，有望把芯片制程推进3nm以下。同年8月份，北京大学研究团队在碳纳米半导体材料方面的最新进展又被学术期刊《自然·电子学》收录。此项研究成果意味着我国碳基半导体研究成功突破抗辐照这一世界性难题，为研制抗辐照的碳基芯片打下了坚实基础。

如果中国可以率先实现碳基芯片量产商用，那么中国将会在新一代材料革命中占据主导优势。在当前摩尔定律或将失效、中国无法造出EUV光刻机的历史节点上，这项研究尤有意义。如果中国碳基芯片能够取代美国硅芯片，是不是意味着有绕过EUV光刻机，研发其他的设备来制造生产光刻机的可能？退一步讲，即使还需要光刻机，同性能的硅基芯片，对光刻机的精度要求没有这么高，甚至对光刻机的工艺要求也不一样，那ASML的市场垄断是否会被打破，以中国的科技发展，是否完全可以实现光刻机国产化？这些都是未知但值得探讨的问题。假若真如此，ASML一家独大的市场格局也必将改变。

美国掣肘下，如何做好中国生意？

“ASML需要中国，但中国更需要ASML。”对于ASML和中国的关系，Jos Versteeg一语道破。

话虽如此，中国市场对ASML来说仍占据了其业绩的非常重要一部分，可不是可以随手舍弃的“苍蝇肉”。根据ASML 2020年第三季度的财报，来自中国大陆的营收占比为21%。ASML预计，2020年来自中国大陆客户的销售额将增长到10亿欧元以上。以2020年为例，ASML 在第二季度总共卖出了 61 台光刻机（包括新设备和二手设备），在第三季度卖出了 60 台——这其中，有超过 24 台是卖给了中国大陆。

在去年11月，ASML全球副总裁、中国区总裁沈波在第三届中国国际进口博览会现场接受澎湃新闻专访时曾提到：“自30年前进入中国市场以来，ASML已提供了全面的技术和能力来满足中国客户的需求。目前我们在中国一共为客户提供了700多台装机。在遵守法律法规的同时，ASML全力支持客户和中国集成电路行业的发展。”

ASML在中国许多城市已经设立了分公司，2020年5月又与无锡签署战略合作协议，扩建升级基地。很显然，ASML自身是很看好并希望继续发展中国市场的。在科工力量对《光刻巨人：ASML的崛起之路》作者、荷兰Techwatch媒体公司CEO、荷兰高科技学院董事总经理瑞尼·雷吉梅克(Rene Raaijmakers)的采访中，他也认为，“在不久的将来，如果计算系统销售的数量，我认为中国将成为ASML最大的客户。而当ASML开始向中国销售EUV光刻机时，中国未来肯定会成为ASML最大的市场。因此，ASML会持续关注和投入中国市场。”

然而，ASML要打开中国市场却身不由己，有着来自美国的限制。

2018 年 4 月，中芯国际向 ASML 订购了一台 EUV 光刻机，价值 1.2 亿美元，预计 2019 年年初交货。在荷兰政府已经向 ASML 发放了出口许可证的前提下，由于美国政府的阻拦，至今未能成功交货。

对此，Jos Versteeg在访谈中也提到，实际上，荷兰政府是想给ASML发出口许可的，ASML显然也想把机器卖出去。但是同样在《瓦森纳安排》上的美国阻止了荷兰，威胁了荷兰，也就是说如果ASML把EUV卖给中国，就很可能拿不到某些专利许可。“所以其实是美国妨碍了中国进口EUV的进程。如果荷兰不必考虑美国的立场和威胁，其实是非常希望向中国出口EUV光刻机的。”他再次强调。

类似的回答我们也能从瑞尼·雷吉梅克口中听到：“荷兰政府不会自行采取行动。没有美国政府的同意，它不会做任何事情。这也是因为ASML属于‘半个美国公司，半个欧洲公司’。”

之所以说ASML属于“半个美国公司，半个欧洲公司”，这有着由来已久的历史因素。在ASML三十多年的发展过程中有两件事极为重要，除了技术方向押对了“浸润式方案”之外，第二件事就是加入EUV LLC。

EUV LLC成立于1997年，是一个联合研究项目，整个项目由英特尔公司和美国能源部牵头，参与研究的单位也都赫赫有名：通信巨头摩托罗拉、芯片巨头AMD、劳伦斯-利弗莫尔”国家实验室、“劳伦斯伯克利”实验室和桑迪亚国家实验室。

EUV光刻机几乎集成了人类精密制造的技术极限，想要一己之力自主突破这项技术，等同于痴人说梦，拿到EUV LLC入场券的ASML，能够享受 EUV LLC 的研究成果大大加快了其 EUV 的研发速度。与此同时，为了产能和技术，ASML在收购美国光刻机厂商SVG时不得不接受在收购协议上附加的苛刻条件例如保证至少50%以上的零部件从美国采购、定期接受美国的安全审查等，这也是为什么美国拥有光刻机出口的话语权的原因。

另外，为解决资金困境，2012年ASML提出“客户联合投资计划”，客户入股可以保证最先拿到最新设备。目前ASML的前三大股东资本国际集团（MSCI）、贝莱德和英特尔均来自美国。因此，也有人说ASML是“半个美国公司”。

所以ASML想要出口EUV给中国还要看美国的脸色也算“情有可原”了。然而，考虑到更长远的未来，中美关系还是个未知数，ASML如何才能去“美国化”，把握更大的主动权？在美国的掣肘下，如何做好中国生意？这都是ASML要面临的问题。

结语：对于正“如日中天”的ASML来说，现在说它的隐忧未免会让人觉得过于杞人忧天。然而，历史的车轮滚滚向前，正如二十年前它能以一介无名之辈将当时的巨头尼康和佳能打趴下，二十年后，它是否能保证自己不被新“物种”打败？这个问题恐怕连ASML自己也不敢打包票。