中国无缘极紫外线光刻机，工艺制造又会受影响

因为众多半导体新厂的落成，中国大陆成为阿斯麦尔的第4大市场也是增长最快的市场，2019年营收份额高达12%，仅次于中国台湾、韩国和美国。美国占阿斯麦尔营收的比重这几年都维持在17%左右（阿斯麦尔2019年财报）。由于中国大陆的芯片厂相对低端且用了不少来自日本的技术，尼康在中国大陆光刻市场表现活跃，所以阿斯麦尔在中国大陆市场还有很大的潜力可以发展。

2018年5月，中芯国际以9亿元的价格向阿斯麦尔订购了一台极紫外线光刻机，这笔钱几乎耗尽了中芯国际上一年度的全部利润。阿斯麦尔认为这笔交易并没有违反《瓦森纳协定》，荷兰政府也向阿斯麦尔发放了向中国客户出售先进设备的许可，阿斯麦尔计划在2019年交货。听闻此事，美国政府大惊失色。此前一个月，美国政府刚刚重启了对中兴通讯的制裁，制裁的核心措施即是禁止美国企业出售芯片给中兴通讯。

在这里得先说明一下，中国大陆买来极紫外线光刻机并不等于能够仿造。阿斯麦尔在极紫外线光刻机上安装了传感系统，一旦机器被拆解马上就会知道，而且阿斯麦尔很自信即使给出全套图纸中国大陆也仿造不出来。即便如此，美国仍然很紧张。美国为了阻止敏感技术流向中国大陆，不仅限制本国企业向中国大陆出售高科技产品，还要求第三国企业向中国大陆出售高科技产品时，只要这些产品中美国制造零部件的比重超过货值的25%，就必须获得美国的许可。可是，美国商务部对阿斯麦尔的极紫外线光刻机进行检查后发现，源自美国的零部件比重不到25%。

阿斯麦尔的供应链80%在欧洲，其中超过一半在荷兰。阿斯麦尔的5000家供应商中，有1600家在荷兰（阿斯麦尔2019年财报）。所以，不要以为荷兰只有风车和郁金香，它的工业基础也是很强劲的。从阿斯麦尔的供应链，我们也可以看到阿斯麦尔在带动荷兰半导体设备产业中的龙头作用。

阿斯麦尔一直采用轻资产的模式运营，它只是一个整机组装商，其90%的零件都需要从外部采购回来，然后组装成光刻机。为什么选择这一模式？只有一个字可以回答：“穷。”阿斯麦尔自成立以来亏损了许多年，饱受资金短缺之苦，只能让供应商参与零件的开发，并与供应商分享利润。如果不是采用轻资产模式，可以肯定阿斯麦尔早就倒掉了。而这也成为它领先尼康的一个主要原因。尼康的光刻机的零配件主要都是自己生产，即使尼康再强大，也不可能与阿斯麦尔由5000家供应商组成的供应链进行竞争。

阿斯麦尔其实很想把极紫外线光刻机卖给中芯国际。别看极紫外线光刻机卖得那么贵，它的市场实在太小，全球范围内目前仅有台积电、三星电子、英特尔和SK海力士4个客户，每年市场需求仅有几十台。内存厂的需求相对较小、芯片制程技术的演进速度较慢，SK海力士仅买了2台极紫外线光刻机，即使未来加上美光的订单也增加不了几台。此外就仅剩中国大陆的中芯国际等芯片厂可能成为最后的潜在客户。对于阿斯麦尔来说，通过中芯国际在中国大陆这么一个潜在大市场上取得突破非常重要。

由于没有办法直接阻止出售，美国政府转而施压荷兰政府考虑“安全问题”，为此与荷兰官员至少进行了4轮会谈，阻止给予阿斯麦尔出口许可。2018年7月，美国副国家安全顾问查尔斯·库珀曼在荷兰首相马克·吕特访美期间又向荷兰官员提出了这个问题。美国的施压似乎起作用了。在吕特访问白宫后不久，荷兰政府决定对阿斯麦尔对中国大陆的出口许可证不予续期，该机器至今没有发货。虽然荷兰商界要求放行这一交易，然而在2019年6月，美国国务卿蓬佩奥访问荷兰，再次要求吕特阻止这一交易。

截至2020年底，阿斯麦尔累计出货了100多台的极紫外线光刻机，中国大陆1台也没拿到。

上海微电子是中国最先进的光刻机生产企业，它还在准备65纳米光刻机的研发和验证，与阿斯麦尔的光刻机相比要差上好几代。上海微电子只在部分低端光刻机上有所突破，比如用于封装的光刻机，上海微电子已经占领了80%以上的国内市场。在用于芯片制造的光刻机上，上海微电子在2006年就做出了90纳米制程的光刻机的样机，但此后连续十三年停滞不前。因为该样机包含了许多精密零部件，这些关键零部件大都来自美国、日本、欧洲等发达国家和地区，其中有些敏感元器件，中国很难拿到，导致样机成为摆设，很长一段时间内都无法投入商业化生产。具体来讲，中国产的光刻机在紫外光源、光学镜片、工件台等领域和国际先进水平差距比较明显。中国只实现了小批量生产45纳米光源，工件台的精度也只达到28纳米，配套能力不足使得国产光刻机无法取得进步。因为没有产业化，所以有人总结说，中国的光刻机研发一直有亮点，但始终被甩在后面。

光刻机的关键技术被垄断、研发门槛很高，中国光刻机厂商难以在短期内取得突破。我们应该冷静地认识到，高端光刻机作为芯片制造中最精密、最复杂、难度最大、价格最昂贵的设备，早已不再是少数几家企业或者举一国之力可以完成的工程。强大如美国者也不行。而且，芯片制造商和光刻机供应商是相互依赖、生死与共的关系，相互之间谁也离不开谁。阿斯麦尔的极紫外线光刻机仅有英特尔、台积电和三星电子3个大客户，而英特尔、台积电和三星电子也仅有阿斯麦尔这么一个极紫外线光刻机的供应商。这少数几家芯片制造巨头与阿斯麦尔之间已构成了盘根错节的利益共同体，外人插一脚进去的难度非常大。刻蚀机也是如此，至今尚无美国企业采购中微半导体的刻蚀设备。纵观光刻技术的演变和光刻机产业迁移的过程，我们知道，除非是再有一次类似浸没式光刻、极紫外线光刻这样的新的技术革命，芯片制造商和光刻机供应商的关系才会有重构的机会。比如，在18英寸晶圆光刻、电子束光刻、碳晶体管光刻之类的新赛道上的竞争。那么，中国是否做好了准备？

研发光刻机这种高精尖设备，投入金额大、投资回报时间长，民营企业很难主动参与，阿斯麦尔的光刻机在研发过程中也多次获得欧盟和荷兰政府的科研经费或贷款支持。另外，对于光刻机这种关键高精尖设备，一旦中国有了一定的研发突破，西方马上就会进行相应技术的解禁，让我们的研发成果收不回高昂的研发成本，意图打消我们的研发意志。如中科院光电所刚研制出22纳米光刻机的原型机，阿斯麦尔就同意向中国出口28纳米光刻机。民营企业也很难承受得了市场领先者打压的风险。所以，光刻机的研发需要国家进行组织和投资。(www.xing528.com)

中国自产的可商业化的光刻机还只能达到90纳米制程的水准。按照上海微电子的计划，预计将到2021年第四季度的时候，才能向国内的芯片制造企业交付一批28纳米光刻机设备，极紫外线光刻机根本就没有纳入日程。国产光刻机距离华为需要的5纳米节点相去甚远。上海微电子过去十年的研发经费只有6亿元，团队只有几百人，不拥有短期快速突破的实力。华为等不及了，才只好亲自披挂上阵。但华为要将光刻机，特别是极紫外线光刻机进行国产化，难度非常之高。

业界严重质疑华为能否造得出光刻机。华为造光刻机，说难也难，说不难也不难。

说难，是因为制造光刻机是一项非常复杂的系统工程，需要在光学镜头、激光器、精密加工、自动控制系统、系统集成和光刻软件等多个学科均有突破，其中有很多部分涉及基础科学，不是单独某一家企业能够完成的任务。在阿斯麦尔一骑绝尘的背后是整个西方工业体系的支持，它的成功受益于全球供应链的紧密配合。所以，华为想单凭自己的努力造出高端光刻机，绝无可能。

说不难，是因为光刻机的技术并非完全掌握在阿斯麦尔一家企业的手中。阿斯麦尔仅仅是一个总装集成商，它只控制了光刻机10%的技术。如果华为能搞定蔡司镜头，那就成功了一半；如果华为能搞定阿斯麦尔的供应商体系，那就成功了一大半。而阿斯麦尔的供应链多数都没有美国技术成分，北美供应链仅占阿斯麦尔14%的比重，努力一下是有可能搞得定的。至于阿斯麦尔手中掌握的工件台技术和集成能力，相信对华为来说并非难事。

中国要在高端光刻机上实现自主可控，仅靠一两家企业的努力是不现实的。但对华为来说，造光刻机已经不是行与不行的问题，而是必须得造的问题。而且，华为做事情从来都不是仅为了解决眼前的问题，而是要解决十年后仍然能够生存和发展的问题。从中国半导体产业的长远发展考虑，华为也必须做这件事情。

除了造光刻机，华为还很可能被迫转型为类似英特尔和三星电子这样的IDM厂商，自己完成芯片的制造。因为即便中国大陆拿到了极紫外线光刻机，在很长一段时间内也仅仅是一个摆设。中国大陆最先进、最大的晶圆代工厂中芯国际，还在为10纳米制程芯片的量产而努力，离要用极紫外线光刻机来生产的5纳米制程芯片相去甚远。

【注释】

[1]EUV LLC的全称为“The Extreme Ultra-Violet Limited Liability Company”，极紫外线有限责任公司。

[2]金捷幡，《是什么阻止了在18寸（450mm）晶圆上生产芯片？》，https://zhuanlan.zhihu.com/p/87071532，2019-10-17。