【芯观点】悬在半导体上的达摩克利斯之剑，光刻机如何破？

【芯观点】悬在半导体上的达摩克利斯之剑，光刻机如何破？苏志刚 （文/Kelven）如果不是中兴和华为相继被美国禁令制裁，相信大部分人并不会关心中国半导体产业的状况，而光刻机更成为了热搜名词。 提起光刻机，那必然要说到ASML（阿斯麦），实际很多人把两者用等号

（文/Kelven）如果不是中兴和华为相继被美国禁令制裁，相信大部分人并不会关心中国半导体产业的状况，而光刻机更成为了热搜名词。

提起光刻机，那必然要说到ASML（阿斯麦），实际很多人把两者用等号连接起来。在目前人类制造产业的顶级水平，光刻机属于代表，而ASML占据了全球接近80%的光刻机市场份额，它更是世界上唯一能提供7nm工艺以下水平光刻机的公司。

光刻机是所有半导体设备中复杂度最高、精度最高、单台价格最高的设备，也是现代工业的集大成者。可以说，年产值几百亿美元的半导体设备支撑了年产值几千亿美元的半导体制造产业，而ASML几乎主导了整个高端光刻机设备市场。

有人开玩笑地说，即使ASML公开了图纸，你们也不可能制造出来，可见光刻机的制造难度之大。目前华为被断了制造和外购芯片之路，其也表示将会全面扎根半导体产业，这时候便有人期盼华为能够自力更生造出一架光刻机，可是业内的人士都知道，只靠华为是远远不够的，即使举国之力来研究，这仍然不是几年时间便能解决的事情。

要知道，我们国家并不是没有光刻机的制造能力，而是在光刻机的性能和制程水平上与国际主流先进有着巨大的差异。在谈论我们国家目前的光刻机水平之前，那必然需要先了解ASML的光刻机制造之路。

光刻巨头的成长之路

实际网上和文献资料上，关于ASML的资料是相对较少的，这是由于其相对低调的企业文化所造成的。在《光刻巨人》的书籍中可以了解到，ASML的一部分前身叫ASM，是一家荷兰的从事半导体设备制造的科技公司，距离飞利浦只有60英里。

创始人德尔·普拉多成立了一家名字叫做“先进半导体公司（ASM）”的公司，准备在芯片材料和设备制造方面有所作为。ASM先是从销售商和分销商干起，后来转型为设备制造商。转型之后，营收开启了爆发式增长，到1978年，ASM的年收入已达1400万美元。

其实在荷兰，最早制造光刻机的公司便是大名鼎鼎的飞利浦公司。可是在1970年代经济膨胀的时代，飞利浦日子过得不好，于是乎它就寻求为光刻机业务寻找下家。ASM在当时已经迅速崛起，其也一直期盼与飞利浦在光刻机领域合作。

就在1983年，飞利浦和ASM双方成立合资企业，那就是ASML，当中飞利浦和MIP（一家私募基金）分别获得30%的股份，而作为项目的领导ASM获得40%股份。

ASML在成立的最初几个月里，就明确了自己的定位，那就是做一家只进行研发和组装的公司。最令人震惊的是它的远大计划，在成立仅仅4个月后，公司目标就是：两年内扭亏为赢，四年内成为全球前三。

当然如很多伟大公司的成长经历一般，路总不会那么平坦。在当时，美国的Prekin-Elmer已经主导了光刻机市场多年，GCA也占据了很大的市场份额，日本的佳能、尼康势头也很强劲，ASML还是没有找到突破的机会。

在1988年，ASML财务陷入危机，因不堪重负，ASM退出了ASML，后续飞利浦承担了ASM在合资企业中的股份和债务，ASML才幸运地没有死于当年。

有意思的是，1989年，台积电因为遭遇大火，这给予了ASML的一个机会。台积电向ASML增购了17台的光刻机，这也是ASML首次实现了盈利。随后ASML通过技术深耕，保持成长。有意思的是，2004年，飞利浦卖掉了最后2.8%的ASML股份，所以现在这家半导体制造领域的明星公司ASML，其与飞利浦已经没有关系。

截止目前的数据显示，ASML的最大股东为资本国际集团（MSCI），该企业总部位于纽约。第二大股东为贝莱德集团（BlackRock, Inc.），也是一家美国企业。IBM、三星、海力士，也都在这家公司里有数量可观的股份。当今大部分半导体企业，其与ASML均有合作关系，产业合作紧密，利益也相互关联。

ASML的中国布局与成功因素

第23届中国集成电路制造年会暨广东集成电路产业发展论坛上，ASML全球副总裁、中国区总裁沈波出席并以《ASML支持集成电路行业发展的技术路线图》为题发表报告。沈波表示ASML在中国其实已经布局已久。

据沈波介绍：“ASML在中国大陆成立第一个办公室迄今已有20年，我们在中国大陆12个城市有办事处或分支机构，2020年中国区有超过1100人的团队，为行业新增和培育了大量光刻技术人才。目前ASML在中国已有700多台光刻机的装机，几乎所有主要芯片生产厂商都有我们的服务。”

数据显示，2019年ASML总营业收入为118.20亿欧元，同比增长8%；扣非后归母净利润为25.92亿欧元。公司毛利常年维持在40%以上，净利率在20%以上。

在荷兰国土面积狭小没有完整制造体系的地方，ASML是凭什么获得成功的？沈波认为：“我们是一家开放的公司，而开放和合作的环境是有利于复杂半导体制造企业的发展。”

“ASML最新型号的一台光刻机，其中10万个精密零件来自全球5千多家供应商。”沈波表示，这意味着单单依靠ASML也不足以解决半导体制造的问题，其早已是全球化精细合作的结果。

图源：金十数据

沈波指出，集成电路的发展追求积极的微缩路线图、尺寸的微缩便需要边缘定位精度（EPA）的不断提高。ASML把研发的技术配套成为光刻解决方案推出，其包括了先进控制能力的光刻机台、计算光刻和测量，通过建模、仿真、分析等技术让边缘定位精度不断提高，令成像达到最优。ASML的整体光刻解决方案能够提高产品良率和生产效率，不但能够帮助行业客户提升芯片价值，同时也可以降低生产成本。

合作开放的策略加上多年的技术研发令ASML走上了成功之路，此外人才招揽和培训也是不可或缺的因素。ASML的2.5万名员工来自全球100多个国家，而在中国，ASML员工来自全球各地，有着多元化的文化背景。据沈波介绍，ASML中国员工和全球员工一样，可以无差别接触到和工作相关的技术知识和培训。每一位刚刚加入ASML中国的工程师在第一年都能够接受1200小时左右的技术培训。

作为半导体制造领域的领军企业，ASML进入中国并布局已经有20年的时间，2000年，ASML在中国天津正式成立大陆地区的第一个办公室，ASML迄今为止在中国大陆12个城市有办事处或分支机构，分别为天津、上海、北京、无锡、武汉、西安、大连、南京、厦门（晋江）、合肥、深圳、广州。

跟随中国产业政策和集成电路发展的趋势，ASML在地理位置上也实现了在中国大陆的扩展：从东到西，从南到北，从一线城市到二三线城市。技术合作和发展方面，除了定制化配置相应的光刻设备，ASML为中国客户提供其所需的光刻技术、服务和解决方案。

在布局中国的同时，ASML也加快为中国半导体行业持续输送知识和经验、培养技术研发人才。2018年，ASML在上海成立了全球培训中心，现已是全球五大培训中心之一。目前ASML在中国多所STEM领域的理工科高校中招聘，为中国半导体行业延揽和培养人才。

中国光刻机水平差距与突破

不难看出，ASML的发展依然离不开市场、人才、技术的布局和投入，这也是中国半导体制造产业需要学习的。目前高精度光刻机由ASML、尼康和佳能三家公司保持，而顶级光刻机（7nm以下水平）的则由ASML垄断。

图源：金十数据

ASML的光刻机制造更像是一个半导体巧手工匠，其实际只掌握了10%的核心技术，而来自美国、日本、欧洲、中国台湾、韩国的技术支持和零部件是由ASML集成起来，这样才能把极其复杂的EUV光刻机制造出来。

目前中国在光刻机上的水平与世界领先水平相距甚远，上海微电子装备公司（SMEE）生产的光刻机加工精度是90nm，而目前最新的商用芯片精度已经达到5nm，当中差距起码4个世代以上。

目前中国半导体行业遭遇了外部的强大压力，可是无疑在重压后整个行业的发展依然快速增长。不过要解决芯片甚至半导体发展的卡脖子领域，芯片制造也就是光刻机的制造无疑是重中之重。

现在的中国已经拥有足够多的资金及人才来攻克半导体领域的难关。中科院日前宣布将举全院之力攻克光刻机，而国内四大部门发改委、工信部、科技部、财政部也联合发布了对半导体等高新材料产业的指导意见，释放出未来我国将重点攻克半导体领域核心技术的信号。

相信在国家政策指导和倾斜的前提下，以中国科学家的智慧，攻克难关会是早晚的事情。不过我们也要深刻了解到，光刻机甚至是半导体领域制造、材料的困难并不是一朝一夕能解决的，在这过程中必然还需要怀着开放的态度与国内外的企业合作，切忌闭门造车。

了解到我们国家与世界先进水平光刻机的差距后，未来的研究和突破依然任重而道远。（校对/Andrew）