由于最先進的EUV設備無法向中國大陸出口，荷蘭光刻機巨頭阿斯麥CEO溫彼得自2021年以來曾多次發聲。2021年4月，他曾喊話美國政府，對華出口管制不僅不能阻礙中國技術進步，也將傷害美國自身的經濟，限制出口只會加快中國自主研發的速度。

“這不是我們的選擇，而是政府們（《瓦森納協定》成員國）的選擇。”日前，溫彼得再次就向中國大陸出口EUV光刻機一事解釋道。他今年1月曾表示，中國不太可能獨立復制出（replicate）頂尖的光刻技術，但也別那么絕對，“他們肯定會嘗試”。

但美國顯然對溫彼得的表態視而不見。

2021年7月，美國官員曾透露，拜登政府在確認EUV光刻機在科技產業中的戰略價值后，選擇延續特朗普時期的政策。隨后溫彼得表示，針對中國大陸的情況，該公司將不得不“靜觀其變”。

在全球芯片短缺讓產業鏈“叫苦不迭”之際，阿斯麥作為最關鍵半導體生產設備——光刻機的制造商，愈發引起產業界的關注。美國消費者新聞與商業頻道（CNBC）近期對阿斯麥總部進行了實地探訪。

圖源：ASML

關于《瓦森納協定》

1996年7月，以西方國家為主的33個國家在奧地利維也納簽署了《瓦森納協定》（簡稱“瓦協”Wassenaar Arrangement），決定從1996年11月1日起實施新的控制清單和信息交換規則。與“巴統”一樣，“瓦協”同樣包含兩份控制清單：一份是軍民兩用商品和技術清單，涵蓋了先進材料、材料處理、電子器件、計算機、電信與信息安全、傳感與激光、導航與航空電子儀器、船舶與海事設備、推進系統等9大類；另一份是軍品清單，涵蓋了各類武器彈藥、設備及作戰平臺等共22類。

《瓦森納協定》現有42個成員國。《瓦森納協定》雖然允許成員國在自愿的基礎上對各自的技術出口實施控制，但實際上成員國在重要的技術出口決策上受到美國的影響。中國、伊朗、利比亞等均在這個被限制的國家名單之中。

因為缺芯，“每天都在掙扎”

在荷蘭南部靠近比利時邊境的小鎮費爾德霍芬（Veldhoven），坐落著世界上唯一一家能夠生產極紫外光刻機（EUV）的企業——阿斯麥（ASML）。在為數據中心、汽車和iPhone提供算力的先進半導體制造中，EUV光刻是最昂貴的一步。

“阿斯麥在極紫外光刻機制造方面處于壟斷地位，我們今天使用的每一塊先進處理器都需要用到EUV光刻機。”美國塔夫茨大學（Tufts University）弗萊徹學院助理教授克里斯?米勒表示，每一臺EUV光刻機都是有史以來最復雜的設備之一，這種機器重達180噸。

EUV是極紫外光（Extreme Ultraviolet）的縮寫，這是一種波長極短的光，阿斯麥生產的設備可以大量產生這種光，用于在硅片上雕刻小而復雜的電路。極紫外光是由二氧化碳激光去轟擊每秒噴出5萬次的液態錫滴（molten tin）而產生，這種光通過一個直徑為0.65米的橢球反光鏡送進光刻機內。一部分極紫外光微粒被照射到硅片表面，進而雕刻出決定每個芯片功能的微小圖案。

為什么選擇極紫光

光刻機的分辨率是光刻機能夠清晰投影最小圖像的能力，這一關鍵指標決定了這臺光刻機可以用于何種工藝節點。R=k1*λ/NA代表了與其相關的多個參數，其中R為分辨率，k1為光刻工藝系數，λ為波長，NA為數值孔徑。

很明顯，要想壓縮分辨率有三種方法，減小光刻工藝系數，減小波長或是增加數值孔徑。k1系數取決于芯片制造工藝的多種因素，ASML通過控制光線擊中光罩的方式和FlexPupil自由照明器光瞳整形技術，使得k1接近于0.3。但由于其物理極限為0.25，所以在將k1逼近極限的情況的同時，波長和數值孔徑上的改進空間反而更大一點。

這也就是選用EUV的原因之一，EUV象征著極紫光。與DUV光刻機中用到的193nm ArF光源相比，其波長只有13.5nm。因此EUV光刻機面臨的首要挑戰，就是如何生成這樣一個短波長的極紫光。

現在不少芯片都已經進入了納米級制程，傳統準分子激光器發射UV激光束的方法已經愈發受限，對短波長曝光的需求越來越大。一種解決方案就是通過激光照射生成的發光等離子體，以此提供這種超短波的輻射，而這種等離子體是如何形成的呢？這就要用到通快的二氧化碳脈沖式激光系統/激光放大器。

通快用于EUV的這套激光系統采用二氧化碳連續波激光器技術，功率可至10kW以上。發生器將錫液滴入真空容器中，激光器發射的高功率脈沖激光擊中錫液，錫原子被電離化后，也就生成了等離子體。接著收集鏡將等離子發射的EUV輻射集中傳輸至光刻系統，完成晶片曝光的過程。

極紫外光刻機內部

由于全球芯片短缺，從索尼的游戲機PS5到雪佛蘭汽車都開始出現訂單積壓，芯片制造商對阿斯麥EUV光刻機的需求大幅提升。自2018年底以來，阿斯麥的股價已經飆升超過340%，這使得該公司的市值超過英特爾等一些大客戶。

阿斯麥CEO溫彼得（Peter Wennink）表示，該公司成立38年以來一直致力于降低半導體的生產成本，并將在“未來幾十年”繼續這樣做。“世界需要更多的芯片，”溫彼得表示，“所以我們需要制造更多機器，順便提一句，只要我們能繼續降低每個晶體管的生產成本，這些光刻機的平均售價就會不斷提升。”

即便如此，溫彼得也認為，全球芯片短缺對阿斯麥來說是“Catch-22”（第22條軍規，意即進退兩難、左右為難）。

“我們收到很多來自供應商的信息，他們說，‘嘿，我們可能會延遲向你們交付模塊，因為我們無法獲得芯片。’我們說，‘如果我們得不到芯片，我們就不能制造機器來生產更多的芯片。’”溫彼得坦言，阿斯麥仍在經營，“但每天都在掙扎。”

阿斯麥CEO溫彼得

“嚴重依賴美國零部件的荷蘭公司”

據溫彼得透露，阿斯麥過去10年共賣出140臺EUV光刻系統，現在每臺售價高達2億美元，而下一代高數值孔徑（High NA）EUV光刻機的售價將超過3億美元。

市場調研機構Semico Research的制造業務董事總經理喬安妮?伊托評論稱，阿斯麥的EUV光刻系統過于昂貴，以至于大多數公司都買不起。她認為，這會把很多廠商排除在市場之外，包括芯片制造商格羅方德。由于成本太高，格羅方德于2018年宣布停止7nm及以下先進制程的研發。

如今，阿斯麥EUV光刻機的客戶只有五家（臺積電、三星、英特爾、SK海力士和美光）。2021年，最大的三個客戶——臺積電、三星和英特爾占阿斯麥業務量的84%。臺積電表示，該公司在2019年率先采用EUV光刻機大規模量產芯片，從那之后一直處于領先地位，芯片制程至少領先三星和英特爾一個節點。

CNBC認為，阿斯麥在光刻機領域的主導地位仍是“一個相對較新的現象”。10年前，該公司開始進軍EUV研發是由英特爾、三星和臺積電的重大投資決定的。

“我們沒有錢，”1999年加入阿斯麥的溫彼得表示，“所以我們出去尋找合作伙伴，這實際上是我們建立公司的基礎。我們也因此被迫成為一個系統架構師和系統集成商。”

把時間拉回到1984年，阿斯麥剛成立時是荷蘭電子巨頭飛利浦的子公司。在荷蘭艾恩德霍芬飛利浦辦公大樓旁邊一間漏水的小屋子里，阿斯麥推出第一臺用于半導體光刻的設備，這種技術是20世紀50年代在美國軍事實驗室發明的。

阿斯麥開啟光刻機研發的地方 圖源：ASML

“第一臺光刻工具看起來就像一個投影儀，”阿斯麥負責EUV業務的執行副總裁克里斯托弗·福凱（Christophe Fouquet）表示，“基本上會有一個標線，用來保存你想要投射的影像。然后有一個光學系統，它會把圖像投射到晶圓上。”

到1988年，阿斯麥在美國擁有5個辦事處，共有員工84人，并在荷蘭費爾德霍芬設置一個新的辦事處，該辦公室最終成為該公司總部。

“當半導體行業準備進入EUV研究的早期階段時，沒有一家美國公司準備冒險嘗試這個昂貴而有風險的項目，但阿斯麥做出了不同的選擇，”即將出版的《芯片戰爭：世界最關鍵技術之戰》一書的作者米勒表示，“阿斯麥是一家荷蘭公司，但它也是一家嚴重依賴美國零部件的荷蘭公司，尤其是在其設備上。”

“這是政府們的選擇”

EUV光刻機由來自全球近800家供應商的多個模塊和數十萬個零部件組成。每個模塊都在阿斯麥全球60個辦公室中進行研發生產，然后運往費爾德霍芬進行組裝。每臺組裝好的機器經過測試后，就會被拆解，然后發運給芯片制造商。EUV光刻機的運輸需要20輛卡車和三架滿載的波音747飛機。

中國大陸是阿斯麥沒有出口EUV技術的國家或地區一。“全球42個國家（《瓦森納協定》成員國）已經同意對其實施出口管制，因為它非常關鍵，”溫彼得稱，“所以這不是我們的選擇，而是政府們的選擇。”

美國對荷蘭政府的施壓早在特朗普任期內便已開始。據時任美國總統副國家安全顧問的查爾斯·庫珀曼（Charles Kupperman）回憶，他2019年曾邀請荷蘭外交官前往白宮，并向后者施壓，稱“忠實的盟友”不會向中國大陸出售EUV這類設備。庫珀曼還警告荷蘭方面，如果沒有美國的零部件，阿斯麥的設備就無法運轉，而白宮有權限制這些零部件向荷蘭出口。

“中國（大陸）想要加入這場競賽，”Semico Research的喬安妮?伊托表示，“但由于政治原因，中國（大陸）無法獲得這項技術。”

極紫外光刻機在工作 圖源：阿斯麥

不過，阿斯麥在用另一種方式和中國大陸做生意。該公司更新了被稱為深紫外線（DUV）的老式光刻系統，并將其中的許多設備賣給中國大陸。溫彼得透露，阿斯麥售出的設備中96%仍在使用。

“關于向中國大陸出售更多的DUV設備，提高其生產接近尖端半導體的能力，是否也是一種‘國家安全風險’，這其中存在很多爭議，”米勒稱，“我認為，在未來幾年，阿斯麥向中國出售DUV設備的能力可能也會受到新的限制。”

EUV出現之前，芯片制造商可以從阿斯麥、尼康和佳能三家公司購買DUV光刻機。

雖然日本尼康仍然是光刻機市場的競爭者之一，但阿斯麥是EUV的唯一供應商。國外行業專家認為，其他公司可能需要幾十年時間才能趕上，一方面是因為阿斯麥擁有專有技術，另一方面是因為阿斯麥與數百家供應商達成了復雜且往往是獨家的協議。

“我們對一些客戶來說是獨一無二的，一些供應商對我們來說也是獨一無二的，”溫彼得稱，“有些人說，這種近乎共生的關系比結婚還要糟糕，因為你不能離婚。”

2021年四季度，阿斯麥光刻機出貨信息

半導體是一種高風險的行業，阿斯麥使自己免受供應鏈風險的一種方式是收購一些供應商，例如位于美國圣地亞哥的Cymer，它是EUV大功率光源制造商。阿斯麥還在2020年收購了德國Berliner Glas，這是一家陶瓷和光學模組制造商，“對于支持實現EUV和DUV的產品開發藍圖很重要”。今年1月，Berliner Glas曾發生一場火災，但溫彼得表示，這場火災不會對今年的設備出貨造成重大影響。

財報顯示，阿斯麥2021年總營收為186億歐元（約合人民幣1339億元），同比增長33%；凈利潤為59億歐元（約合人民幣425億元），同比增長66%；毛利率為53%，比上年同期提高4個百分點。該公司預計，2022年的銷售將增長20%，未來10年的年復合增長率為11%。 

中國有可能研發出成熟的光刻機嗎？

溫彼得曾表示：“中國不太可能獨立復制（replicate）出頂尖的光刻技術，因為阿斯麥依賴于不懈的創新，以及整合只有從非中國供應商處才能獲得的零部件。但我的意思并不是絕對不可能，因為中國的物理定律和我們這里是一樣的。永遠別那么絕對（Never say never），他們肯定會嘗試的。”

CINNO Research半導體事業部總經理Elvis Hsu在接受采訪時曾表示，光刻機是半導體制造設備價格占比最高的部分約25-30%，其研發難點在于曝光光源、對準系統和透光鏡頭等技術的整合，以及龐大資金投入。目前，國內技術領先的光刻機研制廠家是上海微電子，可以穩定生產90/65nm制造工藝的光刻機。