【荷兰】荷兰为什么能生产光刻机?光刻机全面解读

荷兰ASML是世界顶尖光刻机的全球唯一生产商。

众所周知,航空发动机和光刻机分别代表了人类科技发展的顶级水平,都可以算得上是工业皇冠上的夺目的明珠。目前,我国航空发动机已经有了长足的进步,那么,我国的光刻机发展现状如何?

原子弹和光刻机都很难造,二者的关键区别也许只有一条,那就是原子弹造出后,研究项目也就结束了;而光刻机造出后,项目才刚刚开始,企业必须紧跟需求,持续优化性能的同时降低成本,属于典型的“既要又要”。

中国是全球最大的芯片消费市场,但因为美国禁止所有使用了美技术和设备的企业向中国市场出货,用于生产芯片的高端光刻机被限制进入中国。几乎每隔一阵子,事关全球高端光刻机能否被中国引进的政策,都会成为新闻热点。

正如知名硬科技投资人蔡洪平所言:“从半导体研究的第一天起,就是全球化的,没有一个国家可以包圆(整个产业链),美国也不行。”所以,强如美国,也无法生产出顶尖光刻机,只能通过耍流氓的手段,对别国进行限制。

而相对美中德日这样的大国,荷兰是一个不折不扣的小国,但其生产高端光刻机的本土企业ASML,却在半导体行业内坐拥崇高地位。这家坐落于荷兰南部小城维尔德霍芬的科技公司,占据全球高端光刻机市场80%以上的份额。从1984年在板房创立,到2009年占据行业龙头,只用了31年。

理解ASML的崛起,或者说理解荷兰如何培育出ASML,对于解决当前中国的卡脖子难题,应该有一定价值。

什么是光刻机

光刻机(lithography)又名:掩模对准曝光机,曝光系统,光刻系统等,是制造芯片的核心装备。它采用类似照片冲印的技术,把掩膜版上的精细图形通过光线的曝光印制到硅片上。是制造微机电、光电、二极体大规模集成电路的关键设备。可以分为两种,分别是模板与图样大小一致的contact aligner,曝光时模板紧贴晶圆;以及利用短波长激光和类似投影机原理的步进式光刻机(英语:stepper)或扫描式光刻机(英语:scanner),获得比模板更小的曝光图样。

什么是芯片制造工具?

一个芯片工厂可以包含1,000个或更多工具,每个工具都针对流程中的不同步骤进行调整。一个关键的芯片制造步骤称为光刻,涉及到的工具可能有双层巴士那么大,重量超过200吨。它们产生聚焦光束,在计算机芯片上形成微观电路,用于从手机和笔记本电脑到汽车和人工智能等各种日用和商用商品。

具体说,光刻技术是芯片制造商的核心所在,光刻相当于用光在硅晶圆上描摹网格状的绘线,然后将这些线条蚀刻掉,就好比用刀子在木头上雕刻一样,只不过光刻使用的是化学品。刻蚀后留下的硅方块成为晶体管。

一块晶片上的晶体管数量越多,这块晶片的功能就越强大。在晶片上刻蚀更多晶体管的最佳方法之一是将线刻得更细。这项技术正是荷兰公司ASML(阿斯麦)的专长。ASML的光刻机能够刻蚀出当今世界上最细的线条。

最大、最精密的光刻机需要三架波音747飞机分段运载,成本高达1.6亿美元。

芯片示意图 (Shutterstock)

哪些公司制造光刻机?

对于光刻机而言,最核心的技术就是光源,光刻机按光源技术先进次序可分为紫外光(UV-ultraviolet (UV) lithography)、深紫外光(DUV-deep ultraviolet lithography)、极紫外光(EUV-extreme ultraviolet (EUV) lithography)三大类。

目前全球半导体设备供应商,业务规模最大的前6家分别为美商应材(Applied Materials)、荷兰ASML(艾司摩尔)、日商东京威力科创 (TEL)、美商柯林研发(Lam Research)(或:拉姆研究、泛林研发)、美商科磊(KLA)及日商尼康(Nikon)。

虽然应用材料公司(Applied Materials)、科磊公司(KLA)和泛林集团(LAM Research)等美国公司在芯片制造设备行业占据主导地位,但它们面临着来自东京电子等日本竞争对手的竞争。该工艺的某些部分,例如光刻,由荷兰公司ASML和日本的尼康和佳能主导,美国国内没有具备实力的竞争对手。

自2000年以来,ASML迅速从日本竞争对手手中抢走了市场份额,当前全球能够制造EUV光刻机的企业只有ASML一家企业,佳能、尼康仅能制造DUV光刻机。ASML控制着80%到90%以上的光刻机市场。因昂贵的开发成本,因此没有竞争对手会尝试构建最复杂的EUV系统。

佳能和尼康等竞争者只能生产老一代的芯片制造工具,尼康核心能力集中在最低端的UV(i-line)光刻机领域以及次高端的DUV领域。英特尔、三星电子和台积电认识到该技术在推动计算能力上的关键作用后,于2012年入股ASML。

ASML机器短缺是芯片制造商的瓶颈,芯片制造商计划在未来几年花费超过1000亿美元扩建工厂以满足市场对芯片的需求。

光刻机到底比原子弹难在哪?

因为这两年卡脖子问题十分突出,越来越多的普通中国人都知道了光刻机这个东西。但听过光刻机这个词,不代表真正了解它。很多人说,当年咱们那么穷,都造出了原子弹,现在经济状况好了很多,难道还怕造不出光刻机?持有类似心态的人,以董明珠为代表,她曾放出豪言,要拿500亿进军半导体领域。

当前,全球最先进的EUV光刻机售价高达1.2亿欧,价格堪比一架波音737客机。2024年量产的新一代High-NA EUV光刻机,预计售价将在3-3.5亿欧之间。EUV光刻机的累积研发投入超过百亿欧元,半导体行业玩家的门槛是1000亿元,并且需要不断投入才行。脱口而出500亿解决问题,暴露出当事人对这个行业的陌生。

原子弹和光刻机都很难造,二者的关键区别也许只有一条,那就是原子弹造出后,研究项目也就结束了;而光刻机造出后,项目才刚刚开始,企业必须紧跟需求,持续优化性能的同时降低成本,属于典型的“既要又要”。有投资人测算过,如果按照造光刻机的效率来造原子弹,一颗原子弹的价格只要10万人民币。

简言之,原子弹是有没有的问题,光刻机则是好不好的问题,分属两个维度。

对于台积电、三星或中芯国际来说,企业投资数十亿美元建立生产线,最怕的就是设备故障导致停产,一旦停产,损失极大。所以,这要求光刻机必须保持7×24小时的绝对稳定性。这就必须依靠商业方式,不断地保持高利润-高研发投入-持续迭代,从而形成一个具有正反馈效应的循环。

一台EUV光刻机重达180吨,超过10万个零件,需要40个集装箱运输,集合了光学、有机化学、仪器仪表、机械设备、自动化、图像识别等多行业的顶级技术,仅安装调试就要超过一年时间,每年停修时间不超过3%。

EUV光刻机使用的反射镜片制造工艺更是极其复杂,为了确保光线在真空中穿过透镜时不丢失、不变形,需要的技术精度相当于在北京和上海之间铺一条铁链,铁轨起伏不超过1毫米。而这些反射镜成像精度之高,相当于我们在地球上拿个手电照到月球,光斑不超过一枚硬币大小。

正是因为光刻机具有超强的稳定性,所以,今天上海先进半导体工厂内,还有一台30年前进口的ASML光刻机依然在昼夜不停地工作。这是中国最早的一条5英寸芯片生产线,最初由荷兰飞利浦公司与上海几个国有半导体企业在1988年合资建立。

飞利浦不仅帮助中国大陆跟上国际半导体发展的步伐,对中国台湾地区半导体行业的起步也影响甚大,这一点后面会提到。不过,要论这家工业巨擘对于光刻机行业的最大贡献,还是要回到对ASML的哺育之恩。

ASML背靠飞利浦,大树底下好乘凉

按照最新数据(2022年12月9日),ASML市值为2424亿美元,飞利浦仅为123.8亿美元,连ASML的零头都不及。更有意思的是,飞利浦持有ASML约5.8%的股份,折算下来140.6亿美元,超过了自身市值。

但如果将时针拨回1984年,情况则截然不同。那一年,飞利浦屈就和荷兰先进半导体材料公司(ASM)合作出资成立ASML,除了提供210万美元的现金或设备外,45位飞利浦Natlab的研发工程师也加盟ASML。

ASML

虽然有飞利浦Natlab的光环加持,但创立后的10年里,公司都未曾盈利。成立之初,ASML的光刻机无人问津,唯一买过几台的是Elcoma,它是飞利浦半导体和材料事业部。几年后,深陷泥沼的ASM创始人德尔·普拉多最终选择了撤资,飞利浦承担了ASM在合资企业中的股份和债务,并与ASML的银行NMB合作,接受来自荷兰和欧共体的研发捐赠。

《光刻巨人:ASML崛起之路》的作者瑞尼·雷吉梅克评价道:“ASML3年后还活着绝对是一个奇迹。”显然,ASML没有在最初几年倒下,与母公司飞利浦的输血有直接关系,除了资金支持,飞利浦还在ASML开拓亚洲市场的关键时刻,把自己最优秀的工程师派去协助,以确保订单不会消失。这对初创的ASML来说十分关键。

当然,飞利浦绝不是什么商业投资领域的慈善家。在数十年的合作中,ASML和飞利浦之间也有过多次摩擦。但不容否认的是,飞利浦客观上构建了一个持续运转的共享创新网络。飞利浦在荷兰每所大学都有耳目,与荷兰几乎每个工程或科学教授都有联系,一旦公司在大学教授的人际关系网里发现人才,有需要就会进行招聘。当ASML组建之初招聘员工时,有大约300人提出申请,这令ASML管理层感到惊讶。

不仅对ASML,也对维尔德霍芬地区的高科技产业发展具有巨大的辐射和孵化作用。当地数十家高科技公司都直接或间接脱胎于飞利浦公司,但飞利浦并没有强行将其变成旗下子公司,而是与其和谐发展,共同维护并呵护这个共享创新的模式。事实上,就连维尔德霍芬这座城市,也是依托飞利浦公司的成长而发展起来的。

甚至,大名鼎鼎的台积电在1987年创立时,也称得上是飞利浦在中国台湾下的蛋。当时,台湾工研院和飞利浦创办台积电,飞利浦占27.5%股份,是最大外部股东。飞利浦不仅毫无保留地把内存生产线开放给台积电学习,还原封不动地把整条生产线搬到台湾给台积电。可以说,是飞利浦为台积电打下了坚实的生产技术基础,而张忠谋之于台积电,主要是开创了一个新商业模式。

有趣的是,因为飞利浦的关系,ASML在1988年拿到了台积电的17台光刻机订单,这让1989年的ASML获得了勉强盈利的结果。这也再次证明,飞利浦对早期ASML的重要性。

到了1995年,ASML正式在阿姆斯特丹和纽约上市,在上市之后飞利浦出售了其中一半ASML的股份,在随后几年又把其他股份抛售完,自此,ASML跟飞利浦基本上没有什么关系了。

ASML现在大股东有哪些?

但因为已经成功上市,ASML仍然有足够多的资金支撑他们投入研发,结果在2003年的时候,他们成功研发出了首台浸入式光刻机,2006年首台量产的浸入式光刻机TWINSCAN XT:1700i正式发布,这种浸入式光刻机成本低,技术更强,随后得到了很多芯片制造厂家的认可,包括台积电、三星、英特尔等一些芯片制造巨头都成为ASML的客户,这让ASML开始进入了一个快速发展阶段,在随后的几年里,ASML更是把佳能、尼康大部分光刻机市场给吞噬掉,成为行业里真正的老大。

但是在成为行业老大之后,ASML其实也是挺孤独的,因为光刻机是一个非常高端的行业,需要投入的研发资金非常庞大,如果ASML想要继续保持行业领先地位,就必须持续投入大量的研发资金,这对于ASML来说是有点吃不消的,在这种情况下,ASML甚至想放弃过高端的EUA光刻机研发工作。

但是作为ASML的客户,包括台积电、三星、英特尔等都尝到了光刻机带来的甜头,就在ASML打算放弃EUA光刻机研发的时候,这三个企业都纷纷表示愿意提供资金支持。在这种背景下,ASML与台积电、英特尔、三星一拍即合,这三家公司向ASML投资40亿欧元获得ASML23%的股份,其中英特尔投资41亿美元获得15%的股份;三星耗资8亿欧元获得3%的股权;台积电耗资14亿美元获得5%的股权。如此一来,ASML就有足够的资金去研发EUV光刻机了,很快他们就把EUV光刻机研发出来,自此,他们进一步巩固了在光刻机市场的头把交椅,而ASML生产出来的EUV光刻机也会优先提供给台积电、三星和英特尔,这样他们就达到了互利共赢的目的。

不过后来随着ASML业绩的不断飙涨,它的股价也不断攀升,这时候包括台积电,英特尔和三星都逐渐把ASML的股票抛售掉,其中英特尔所持的股份目前已经不足3%。在这三大芯片制造厂家把ASML的股票抛售之后,美国一些资本就大量吸入,所以截至目前ASML最大的股东是美国资本国际集团,第二大股东是美国贝莱德集团。相当于目前ASML其实也是控制在美国的手里,再结合前段时间美国英伟达收购ARM公司,目前美国从光刻机到芯片制造的一些核心零部件、再到芯片框架、芯片设计软件都完全掌控在自己的手里,可以说他们完全掌控了全球芯片的整个产业链。

作者:半导体圈
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多年以后,ASML也秉承了飞利浦所青睐的共享创新理念。以2016年为例,ASML拿出了1.32亿欧元用于支持其创新生态系统建设,其中80%用于企业的研发工作,20%用于资助大学和研究机构进行研发。

此外,ASML与全球700多家供应商展开合作,50%来自荷兰本土,其余大多来自欧盟和美国,85%的成本由供应商提供。如果没有开放协同、共享共生的理念及其配套制度,是不可能做到这一点。当然,ASML也就不可能汇聚全球智慧,攻破看似不可逾越的技术难题,戴上工业制造皇冠。

携手卡尔·蔡司,锻造研发命运共同体

1988年,ASML陷入财政最低谷,也在此时,ASML利用尼康、佳能的冒进之举,推出了它的翻身之作——PAS 5500光刻机。ASML现在的CEO范登布林克,那时还是首席架构师,他成功将PAS 5500推广到了蓝色巨人IBM面前,后者决定在纽约东菲什基尔建立新的芯片生产线。

ASML获得IBM认可后,来自世界各地的订单开始纷至沓来。但对ASML来说,一个新问题出现了,那就是面对源源不断的订单需求,为自己提供所有的投影物镜和照明系统的核心供应商卡尔·蔡司公司,却存在多项不确定性:质量不合格、产能不足、与竞品合作。

质量、产能问题的背后,一是蔡司管理层并未真正认可ASML,相反蔡司更重视尼康的需求;二是蔡司管理层还在坚持人工打磨的方式,他们对公司内6名顶级技工的“金手指”十分引以为傲。对此,ASML拿着不合格的镜头,用事实让蔡司高管低下了高贵的头颅,同时,他们也抓住蔡司糟糕的财务状况这一痛点,推动蔡司从“金手指”打磨过渡到自动化操作。

借助干涉仪、机器人、离子束的刻蚀设备、抛光笔等新技术新设备,蔡司百年以来的老生产线被改造成了符合ASML要求的柔性生产线,最终交付的镜头品质和效率大幅提高。

让德国人知错就改后,ASML还要求蔡司只能给自己独家供货,两者签署一份契约,ASML在蔡司半导体光学部门(SMT)拥有24.9%的股权。由于双方命运极为紧密地联系在了一起,所以当1994年时任蔡司CEO利希滕贝格听到ASML巨额订单的消息时,他选择赌了一把,砍掉了部分业务部门,不仅按要求改造生产线,还入股了ASML,并以借东风的方式,一扫财报连年亏损的阴霾。

到今天,ASML和蔡司还在定期交换研发工程师和科学家,确保从技术、股权甚至企业文化上进行共享。ASML制造的光刻设备总成本中,有将近30%购自卡尔·蔡司(2018年为28.3%,2017年为26.6%,2016年为27.6%)。而蔡司在光学研发上所取得的无与伦比的成就,也在不断帮助ASML突破一个又一个极限。

这是一个相互成就的故事,但如果没有ASML坚持高标准来倒逼包括蔡司在内的供应商不断进行技术升级,光刻机行业的创新步伐就不会这么快;此外,通过交叉持股的方式,最大限度确保了彼此的同进退,也证明了金融创新在尖端制造业中的重要性。

拥抱技术联盟,戴上工业制造皇冠

1995年,ASML在阿姆斯特丹和纳斯达克交易所同时上市,一时间,订单、资金都不再是企业发展的障碍,如何将领头羊尼康挑落马下,成为ASML管理层思考的重点。

上世纪90年代中叶,光刻机如果想继续遵循摩尔定律,跨越芯片精度上的限制,就必须让光刻机内的光源从DUV变成EUV。为了挑战这一在当时如外星科技般的技术难题,英特尔在1997年说服克林顿内阁,以公司形式发起了EUV LLC合作组织。

这个组织由英特尔和美国能源部牵头,不仅包括美国三大国家实验室,也汇聚了当时如日中天的摩托罗拉和AMD。同时,英特尔还力邀ASML和尼康加入,这是因为80年代还纵横捭阖的美国老牌光刻公司Perkin-Elmer和GCA,到90年代大势已去。

不过,英特尔此举受到美国政府的阻挠,因为后者舍不得让外国公司分享美国最前沿的技术。对此,ASML展示出了惊人的技术前瞻性,远比尼康积极地挤进EUV LLC。ASML在美国进行强力游说,开出了让美国政府很难拒绝的条件——由ASML出资在美国建工厂和研发中心,并保证55%的原材料都从美国采购,最终得到了加盟资格。

这一决定不仅确保了ASML可以获得EUV LLC的全部技术专利,还确保了自己最大的竞争对手尼康,彻底被排除在竞争之外。实际上,2000年的全球光刻机市场,尼康依然是当之无愧的老大,占据了近7成市场份额,但到2009年即被ASML超过。此后,因为光刻机进入EUV时代,尼康只能在中低端市场刷存在感,早已看不到ASML的背影。

从1997年到2003年,6 年间EUV LLC的科学家发表了几百篇论文,成功验证了 EUV光刻机的可行性,之后便宣布联盟解散。2006年,在ASML实验室里出现了EUV的原型机,四年后的2010年,在ASML手中诞生的人类第一台EUV工程样机:NXE 3100。

2012年,因为研发投入需要每年10亿欧元,ASML请英特尔、三星和台积电入股,希望大家共同承担这个人类的伟大工程。2015年,可量产的样机发布。虽然售价高达1.2亿美元一台,但还是收到雪片一样多的订单。排队等交货,都要等好几年。2018年,中芯国际曾预订过一台EUV光刻机,因为美国技术封锁,该计划已经被暂停。

ASML在1997年成功加入EUV LLC,2012年吸引英特尔等客户投资自己,可谓带来了两大后果:一是凭借EUV甩掉了竞争对手尼康,二是加强了与美国捆绑,因为政治对抗失去中国市场。对于ASML来说,这两者都是难以预料的,它既不能确保自己选择的技术路径一定成功,也不能左右国际政治博弈的大局。

但有一点是可以确定的,那就是如果ASML不加入英特尔和美国政府主导的技术联盟,就不可能获得后来至高无上的行业地位;反过来,即使强如美德日,在今天如果少了ASML、台积电、三星,也都无法单独实现芯片产业的闭环。

这一点,当然也适用于中国。

对中国半导体创新的几点启迪

对中国科技企业而言,ASML和它所在的荷兰存在很多独特性。但平心而论,这种独特性不在于当年荷兰比今天中国拥有多少优势,而在于ASML能够将可调动的优势发挥到极致。

今天,中国拥有全球最大的单一消费市场,从政府到企业,也都雄心勃勃地试图征服半导体高地。这些都是十分珍贵的优势,但是,我们也需要观照他人、深刻反思自己的不足,就ASML的案例,至少可以给我们以下几点启迪:

第一,必须尽快扭转制造业供应链外流的趋势。从ASML的经历来看,供应链就是它的生命线,更是它的创新线。ASML对蔡司的技术规范和提升,在过去几十年里,也大量发生在外资企业和沿海工厂之间。最典型的就是苹果供应链,2008年的时候,中国大陆企业在苹果供应链中只占了3.6%的价值比重,到了2018年,这一数据已经提升到25.4%,数据背后是中国供应链企业的集体飞跃。

甚至,中国在融入全球供应链的过程中,还打造出自己的手机品牌,OPPO、vivo、华为、小米等等,都享受了中国企业融入全球供应链后的多方面溢出效应。要知道,飞利浦最早的光刻机技术,就是对美国企业的跟随和模仿,而ASML击败尼康,也花了20多年。它早期成功的标志,就是成为IBM的供应商。

因此,当前科技产业供应链的外流需要引起足够的重视,必须注意到越南的进出口数据和印度的灯塔工厂数量的增长势头,这些都是再明显不过的信号。守住这些供应链,我们的半导体行业就有突破的希望。

第二,应该珍视类似飞利浦这样的生态型龙头企业。生态型龙头企业和一般龙头企业不同,它们往往是产学研一体化的组织者、统筹者,对中小科技企业的孵化功能,是一般龙头企业和创业孵化器所不能比的。对于飞利浦来说,并没有一个明确计划去孕育一家ASML,但它在发展中天然会去搭建一个创新生态,沐浴在这个生态下的中小微企业,自然而然得到了生态中的养分。

在硅谷、长三角以及粤港澳大湾区,都存在一批这样的生态型龙头企业,通过股权、知识和人才网络等形式搭建一些区域性的共享创新生态。深圳、杭州之所以敢喊出建设“东方硅谷”的口号,底气就在于已经培育了腾讯、阿里这样的生态型龙头企业。

正如经济学家樊纲在近期的一次演讲中提到,大企业是当前经济发展、产业进步的决定性力量,中国的大企业不是多了,而是太少了。他领衔的研究团队发布了《共享创新指数报告》,指出全球经济产业组织的底层逻辑正发生颠覆性改变,科技竞争正从企业、城市之间的竞争,走向生态之间、城市群之间的竞争。在中国,两个三角洲拥有明显高于其它地方的创新水准,依赖的正是高密度、高效能的创新网络。

第三,需要意识到资本市场对半导体产业的重要性。ASML所在的欧洲,从荷兰政府到欧共体和后来的欧盟,都比美国更喜欢给企业补贴,ASML当然是受益者之一。但ASML真正解决资金问题,是通过在欧洲和美国的同时上市,连接全球资本市场后,企业发展很快进入了快车道。这一点,2010-2018年间上市的中概股企业一定颇有体会。

相对而言,国家资本拥有更长远的眼光,但民间资本更注重投资回报中的正反馈效应,在瞬息万变的市场,民间资本能够更好地支持企业做出抉择。毕竟,没有一家企业事前知晓哪一条技术路径,哪一种商业模式可以百分百获得成功。所以,高频高效的反馈机制对于企业十分关键,而资本市场的信号往往是最快速、最清晰的。

过去十几年里,从互联网科技到新能源汽车,一批中国企业借力资本市场,历经重重困难,最终杀出一条血路成为市场宠儿。这些有国际竞争力、影响力的科技企业,应被视为“国家战略型企业”。未来,中国必须持续扩大战略型企业的矩阵,而半导体企业一定会以主角的身份,位列阵中。

为什么美国要限制中国获取先进光刻机

美国官员曾表示,他们希望限制中国在制造先进半导体方面的进步,因为此类技术是中国发展军事现代化的关键。而中国一直没有放弃武统台湾的野心。

美国希望阻止中国对台湾发动袭击,因为台湾在全球产业链中占据重要地位;台海开战,对世界经济来说是一场灾难。

白宫官员们称,这些限制行动是必要的,以防止中国发展军队,开发新的、最先进的武器装备,并进一步加强其监控网络。中国的监控网络已经是世界上最复杂的网络之一。

图为美国加州劳伦斯‧利弗莫尔国家实验室极紫外光微影制程。(Lawrence Livermore National Laboratory)

第一步:阻止中国获取EUV

2018年以来,美国为阻止ASML对中国出口光刻机多次联系荷兰。那年5月,中芯国际向ASML订购了一台最新型的EUV光刻机。这台设备价值高达1.5亿美元,预计于2019年初交付。

2019年6月,时任美国国务卿蓬佩奥访问荷兰。他在与荷兰首相吕特会面中要求阻止对中国出口EUV光刻机的交易。吕特的回应是,虽然荷兰想要与盟国保持政策一致,但“每个国家都必须做出自己的安全决定”。一个月之后,吕特访问华盛顿。期间白宫官员向他展示了一份情报报告,内容是“中国获得光刻机可能带来的后果”。

6月30日,荷兰政府向ASML颁发的出口许可证到期,而审批及续签通常需要八周时间。吕特访美后不久,荷兰政府便决定不再续签这份许可证。至此,中芯国际与ASML的EUV光刻机交易就被搁置,后续只有DUV光刻机可以完成采购流程。

因此在美国的施压下,自2019年以来,ASML对华出口EUV未能获得荷兰当局的批准,这些限制将进一步收紧ASML对中国的销售。

美国的游说令中荷关系变得紧张。《华尔街日报》2021年7月19日报导,据知情人士称,中国官员频繁询问荷兰官员为何不发放许可证,导致ASML无法将EUV光刻机销往中国。2020年,时任中国驻荷兰大使曾对一家荷兰报纸表示,如果不允许ASML向中国出口高端光刻机,两国贸易关系料将受损。

什么是《瓦森纳协议》

历史上(1996年),美国曾牵头数十个西方国家签署了对华禁运高精尖技术的《瓦森纳协议》,荷兰也是签署国之一。

在《瓦森纳协议》下的禁运清单包括:一份是军民两用商品和技术清单,涵盖了先进材料、材料处理、电子器件、计算机、电信与信息安全、传感与激光、导航与航空电子仪器、船舶与海事设备、推进系统等9大类;另一份是军品清单,涵盖了各类武器弹药、设备及作战平台等共22类。

《瓦森纳协定》虽然允许成员国在自愿的基础上对各自的技术出口实施控制,但实际上成员国在重要的技术出口决策上受到美国的影响。

除中国外、伊朗、利比亚等均在这个被限制的国家名单之中。《瓦森纳协议》正是欧美共同战略利益和政治理念的鲜明体现。

EUV光刻机的元器件基本都来自《瓦森纳协定》的缔约国境内,美国可以从任意一个环节插手来阻止交易完成,中国要想绕过所有缔约国进口EUV光刻机困难重重。

2023年1月17日,美国总统拜登在华盛顿的白宫椭圆形办公室会见荷兰首相马克‧吕特(Mark Rutte)。(Andrew Caballero-Reynolds/AFP via Getty Images)

美中在世贸交锋

去年10月,美国宣布了全面单边出口管制,旨在使中国难以获取或开发用于超级计算机和其它军事相关应用(如人工智能、核武器建模和高超音速武器)等的先进半导体技术。

美国商务部出口执法助理副部长西娅‧肯德勒(Thea Kendler)去年10月表示,针对中国半导体出口管制的ECCN技术参数将和《瓦森纳协定》达成协同,根据《出口管理条例》(EAR)第746.8条,美国商务部产业与安全局(BIS)打算将相关条款写进该协定中。肯德勒指出,这一管制规定对俄罗斯也同样有效。

中国批评美国的做法是对自由贸易的攻击,并为此向世贸组织提出申诉。去年12月12日,中国商务部在一份声明中表示:“中方向世贸组织提起诉讼,是通过法律途径解决中方关切,是维护自身合法权益的必要途径。”

北京的声明补充说,美国的限制“威胁到全球工业供应链的稳定”。中国驻华盛顿大使馆说,美国破坏中美公司之间的正常商业活动。

作为回应,美国表示世贸组织“不是解决国家安全问题的合适论坛”。美国负责出口管理的助理副部长肯德勒在一份声明中说,鉴于中国政府寻求消除军用和民用部门之间的界限,“美国国家安全利益要求我们果断采取行动,拒绝(中国)获取先进技术”。

总部位于华盛顿的新美国安全中心技术和国家安全项目主任马丁‧拉塞尔(Martijn Rasser)去年12月对美国之音表示,这场争端“突显出北京真正对抗美国行动的选择是多么少”。

“这主要是北京的一个象征性举动。我不认为中国领导人真的希望从中得到任何对他们有利的结果。但这是他们为数不多的行动方案之一,所以他们采取了它。”他说。

下一步是限制中国获得DUV?

一系列措施如果有效,可能会迫使使用美国技术的美国和外国公司切断对中国一些领先工厂和芯片设计师的支持。但要有效,美国需要荷兰和日本加入类似的限制措施。

荷兰是美国切断对中国微芯片供应战略的关键参与者,日本已经表达愿意与美国合作,但荷兰采取了更为谨慎的路线,据直接参与这些讨论的三名美国官员称,美国花了几个月的时间向荷兰寻求帮助,要求荷兰有必要对中国采取强硬立场。

周五(1月27日),来自荷兰和日本的官员在华盛顿DC举行会谈,会谈由白宫国家安全顾问杰克‧沙利文(Jake Sullivan)主持,内容涉及广泛问题。

彭博社和《金融时报》报导,据知情人士透露,在会谈中,美国与荷兰、日本达成协议,限制向中国出口一些先进的芯片制造机器。该协议将把美国去年10月祭出的芯片技术口管制措施扩大到荷兰和日本的公司,包括ASML、尼康公司和东京电子有限公司。

“政客”(Politico)网站报导,正在考虑的出口限制将针对ASML的一些深紫外(DUV)光刻机。

ASML在一份声明中表示,公司了解到“政府之间已采取措施达成协议,据我们了解,该协议将专注于先进的芯片制造技术,包括但不限于先进的光刻工具。在它生效之前,必须详细说明并实施到立法中,这需要时间”。

在业界,个位数纳米的芯片被认为比两位数纳米的芯片更先进。EUV机器最适合制造那些个位数纳米的芯片,DUV设备比EUV落后了一代。使用DUV需要较多层的光罩,且在多重曝光后的影像效果较差、良率较低,单个芯片成本较高。但在某些情况下,DUV机器在与其它技术结合时可以“增强”,这提高了它们在芯片技术拔河中的战略价值。

2020年,中国市场在ASML总销售额中的占比为17%。不过,这些销售仅限于老一代光刻机。分析师们称,如果得不到ASML生产的最先进机器,中国国内芯片制造商就无法制造出先进制程芯片。

“中国不可能靠自己建立一个领先产业。没有机会。”研究机构“伯恩斯坦”(Sanford C. Bernstein)分析师斯泰西‧拉斯贡(Stacy Rasgon)去年12月12日对彭博社说。

参考文献:

  1. 《光刻巨人:ASML崛起之路》,2020,[荷兰]瑞尼·雷吉梅克 著,金捷幡 译,人民邮电出版社;
  2. 《中国出口之谜:解码全球价值链》,2022,邢予青 ,生活·读书·新知三联书店;
  3. 《知识密集型产业创新生态系统建设:以荷兰ASML公司为例》,2020,牛媛媛、王天明,《科技导报》(38);
  4. 《战略投入与制造业生态体系:ASML光刻机崛起的启示》,2021,严鹏,《中国信息化》(4);
  5. 《四万字详解ASML崛起之路》,陈启,微信公众号“启哥有妙计”
  6. 《荷兰为什么能生产光刻机》IT界从业者,微信公号“赛格大道”

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