“重芯”的策划是腾讯科技“新产研究”栏目的重点研究方向之一。本期重点关注美、日、荷三方达成的出口限制协议以及对国内光刻机现状的分析解读。
重点关注:
1与以往“拖累”国内半导体厂商业绩不同，这次美国将战火蔓延到更广更深的区域，在半导体产业链上游为中国造芯设置障碍，同时对半导体关键设备光刻机进行打击。
一方面，美中荷谈判和协议的实施，打破了DUV光刻机通过成熟的芯片制造由日本厂商独立提供核心的“去A化”道路，另一方面，在不损害国内厂商的情况下，可以将荷兰拉入集团，参与中国核心限制的队伍将由单边扩大到多边。
虽然政府达成了协议，但是商业公司还是要赚钱的。作为ASML的第三大客户来源，中国大陆这个光刻机巨头可能也在为如何弥补出口禁令带来的损失而“头疼”。
在光刻机之外，芯片制造产业链还有很多“硬骨头”，包括薄膜沉积、刻蚀、测量、离子注入等。从实验室样机到晶圆厂量产，还是需要做积累的努力。
运行半导体大亨，铁腕美国“限芯”行动。
过去两周，美国媒体爆料称，美国政府正在考虑为华为关闭所有国内供应商。美国甚至把“友好的商人”推到了刀刃上。
1月27日，美日荷三国最高领导人在华盛顿举行闭门会谈，并达成协议，日本和荷兰将启动对华出口半导体设备的管制。最有意思的是，美国将顶级半导体设备——ASML(ASML)和东京电子、尼康等公司列入“出口管制措施”名单，限制其对中国和光刻机的出口。
事实上，美国限制中国半导体核心的行动早已司空见惯。
不过，与以往“拖累”国内半导体厂商业绩不同，这一次美国将危机蔓延到了更广更深的领域。一方面给中国在半导体产业链上游建核设置障碍，另一方面打击半导体关键设备光刻机，把荷兰和日本绑在自己的出口管制策略上。
从单边制裁到多边制裁，美国的限制一直在升级。
美国联手日本和荷兰的意图是什么？
锋利的工具能做好工作。说到半导体领域，光刻机是打造“芯”不可或缺的关键环节。
盘点全球半导体产业链，美国掌握顶级芯片设计厂商(英伟达、英特尔、高通、苹果等。)和设备制造商(应用材料、拉姆研究、KLA科雷等。)，而且亚洲集中了一批一流的芯片代工厂和材料公司(TSMC、三星、东京电子等。).作为半导体产业链的“皇冠上的明珠”，光刻机主要来自荷兰和日本，其中荷兰的ASML、日本的尼康和佳能是全球光刻机行业的三大巨头。
掩模对准器三巨头。
从技术上来说，目前主流的光刻机技术主要分为两大阵营——EUV和DUV。
光学成像领域有一个著名的瑞利判据，表明成像分辨率与光的波长成正比。简单来说，如果你想在纳米尺度上雕刻芯片，你需要波长非常小的光。为了让晶体管越来越小，光刻机中光源的波长会更小。
在光谱上，紫光的波长是可见光中最短的，比它更短的是各种紫外光，比如DUV(深紫外光刻)和最先进的EUV(极紫外光刻)。光的波长范围从超过300纳米，到193纳米的深紫外光，然后到13.5纳米的极紫外光。
其中，EUV光刻机可用于制造7nm以下的高端芯片，堪称光刻机的天花板。因为这一独霸的产品，ASML在20世纪初一举超越了日本老牌电子品牌尼康，从此成为世界光刻机的领导者。
今天，ASML仍然是世界上唯一能生产EUV的制造商。稀有的东西是珍贵的。每年，当ASML的EUV问世时，TSMC、三星、英特尔和其他晶圆制造商都会排队购买。根据ASML 2022年第四季度财报，ASML的季度净预订量为63亿欧元，其中EUV的订单超过一半，达到34亿欧元。2022年年度财报显示，ASML过去一年实现净销售额212亿欧元，毛利率50.5%，净利润56亿欧元。在收入结构方面，光刻机占总收入的70%，达到148亿欧元，其中54台由EUV发货。预计2023年净销量同比增长25%以上，EUV增至60台左右。
但是这54台EUV光刻机都没有卖给中国大陆。不是因为每套至少1亿美元的“天价”，而是自2019年以来，美国禁止ASML向中国出口EUV光刻机。主要原因是EUV光刻机包含了美国和其他国家的尖端技术，仅美国的零部件比例就高达55%。
EUV是高端芯片技术的刚需，但从全球市场来看，28 nm及以上的成熟技术仍是主流。根据TrendForce的数据，2021年，成熟技术仍占全球市场份额的76%，成熟技术占三大晶圆代工厂(TSMC、格罗方德、UMC)总产能的76%。去年全球遭遇“缺芯潮”，缺的大多是成熟技术的芯片。特别是在新能源汽车、智能家电、物联网设备等电子产品中，大量使用成熟的芯片。
成熟工艺的大蛋糕可以由DUV光刻机来做，主要由荷兰的ASML、日本的尼康、佳能来承担。
ASML生产的DUV光刻机作为光刻机技术的领导者，覆盖了28 nm以上工艺的成熟工艺芯片的生产，占据了最大的DUV市场。从其2022年年度财报来看，尽管去年受到全球半导体供需失衡和美国出口管制的双重打击，ASML仍保持强劲增长，年净销售额达212亿欧元，毛利率高达50.5%。此外，ASML未能在去年年底交付创纪录的订单，达到404亿欧元。根据ASML公布的数据，2022年中国大陆市场对其收入的贡献为14%，是ASML第三大市场，仅次于中国大陆、台湾省(42%)和南韩(29%)。
ASML地区收入比率
尼康和佳能也在积极抢占光刻机市场。然而，受产能和技术等因素的限制，这两家日本厂商的产品主要集中在DUV领域。事实上，随着相机时代光学设备的积累，尼康曾经是光刻机的霸主，一度人头攒动，各大芯片厂商排队等待尼康在光刻机的出货。但尼康在先进技术的研发上选择了保守路线，坚持157nm干法光刻的技术路线，被ASML的渗透DUV技术赶超；EUV被ASML远远甩在后面。
不过尼康虽然错过了发展EUV的机会，但它有自己先进的封测光刻技术，还不如ASML。因此，即使尼康不能掌握EUV的尖端技术和EUV需要的美国零件，它也可以通过挖掘新材料和技术的潜力来创造自己的DUV特色。
目前尼康的核心竞争力主要来自最低端的UV(i-line)光刻机和第二高端的d UV光刻机。例如，尼康宣布今年推出全新的NSR-S635ARF液体浸没扫描掩模对准器。关键是这款光刻机不含美国技术，可以称之为EUV的“乞丐版”。使用DUV光源，可以加工7nm以下芯片，每小时制造275片晶圆，一定程度上可以满足中国制造高端芯片的需求，对SMIC、华虹半导体等中国芯片厂商来说无疑是一个橄榄枝。
尼康掩模对准器
如今，连DUV都成了美国的目标。美中荷会谈和协议的实施，不仅切断了DUV光刻机通过成熟的芯片制造由日本厂商自主供应核心的“去A化”之路，而且在不损害国内厂商的前提下，将美中荷拉入集团，将参与中国核心限制的队伍从单边扩大到多边。
这一招一举两得，美国很滑。
ASML、尼康“躺枪”，“特供”中国或成最大选项？
虽然政府达成了协议，但是商业公司还是要赚钱的。作为ASML的第三大客户来源，中国大陆这个光刻机巨头可能也在为如何弥补出口禁令带来的损失而“头疼”。
在这个敏感时刻，ASML也不时出来安抚市场，坚持2023年营收增长25%的目标，并以需要几个月才能确定谈判细节为由，淡化美日荷协议的影响。
图片来自彭博
话虽如此，ASML一直很清醒。早在去年年底，ASML首席执行官彼得·文宁克(Peter Wennink)就表达了对美国核心限制的不屑，甚至影射美国的双重标准，不点名地点名美国芯片设计师收割了25%~30%的中国市场份额。
如果ASML不可避免地无法向中国出售现有的高端DUV光刻机，文宁可能不得不效仿英伟达(NVIDIA)的做法，后者是一家精明地规避封锁政策的“绿色工厂”。一年前，NVIDIA A100和H100数据中心加速GPU在收到限核禁令后，巧妙地做出了符合美国出口管制规定的新GPU A800，并作为“特供”产品继续在中国市场销售。
相比之下，日本媒体对尼康未来的表现更加沮丧。
尼康作为国内知名日系品牌，一直有着顶流相机IP的光芒，十几年前就在长三角设厂。然而，在智能手机时代，真正为尼康带来可观现金流的是DUV光刻机。早在2020年，尼康就准备了在中国联合开发光刻机的计划。去年，在SMIC宣布500亿元产能扩张计划后，尼康也展示了在光刻机方面的布局，计划在2026年将光刻机主要机型的年销售额提升至过去三年平均销售额的两倍以上。
可惜尼康在《光刻机》推出零美国技术的浸入式扫描之前，就被美国放上了出口管制队，感觉有点“说不出”的味道。
除了尼康，日本另一家知名相机厂商佳能其实也有自己的光刻机技术。自去年8月以来，佳能一直在扩大DUV光刻机的产能，目标很明确——瞄准中国市场。另外，为了保持美国化的清晰，佳能正在研发升级版的纳米压印光刻机(NIL)。NIL采用尖端的光刻技术，通过照射新的感光材料来完成一次转移，理论上也可以制造7nm以下的工艺。更重要的是，NIL比EUV便宜很多，使用的零部件和材料都来自日本厂商(佳能、铁甲侠、大日本印刷株式会社)。
佳能掩模对准器
光刻机的技术自主:路在何方？
面对连续不断的限芯行动，中国半导体已经在做“攻坚战”的准备。
2015年美国禁止向中国出售超算芯片，国产半导体已经嗅到了危机。那一年，国家启动了“中国制造2025”计划。根据规划，2020年半导体核心基础元器件和关键基础材料实现40%自主保障，2025年达到70%的目标。国家统计局数据显示，2021年中国芯片累计产量达到3594.3亿片，创下中国产能最高纪录。平均一天可以生产十亿个芯片，自给率相当于36%，不断向2025年芯片自给率70%的目标靠近。
这一次，随着美日荷协议的到来，国家势必会加大对半导体设备的投资。据路透社报道，中国已制定了一项五年支持计划，将在半导体行业投资1万亿元人民币，通过补贴和税收抵免支持国内半导体生产和研究，这一计划可能于今年在Q1实施。其中，在购买半导体设备方面，中国计划给予半导体制造商20%的补贴。
除了在buy buy买，自主研发可能更重要。一旦美日荷封锁了高端DUV的出口，如何在现有B级和C级光刻机设备的基础上制造A级工艺芯片也成为国内半导体厂商需要跨越的壁垒。去年年底，清华大学魏少军教授说:只有用14nm和28nm(光刻机)能做出7nm性能的人才是真正的大师。国内也有一些顶尖的研究机构，正在合作研究芯片设计和制造工艺的跨层优化技术。
作为EUV的控制者，ASML当然不希望看到这一幕。ASML首席执行官文宁洞察了中国在半导体领域的实力。“你对中国施加的压力越大，他们就越有可能加倍努力，打造一个可以与ASML相媲美的掩模对准器。这需要时间，但最终他们会成功。”
华尔街日报曾报道，当美国在2022年10月升级限制核心的禁令时，中国企业仅进口了价值24亿美元的半导体设备，这是美国推出禁令两年多以来的最低数字。这意味着中国半导体设备正在努力摆脱对进口的依赖，自主化进程加快。
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、测量、离子注入等，都是中外差距较大的领域。即使实现了技术突破，从实验室样机到晶圆厂量产仍是一个漫长而艰巨的过程。
革命尚未成功，同志仍需努力。