ASML研发新一代EUV光刻机，将对中国芯片制造业带来什么帮助？

包括台积电、三星电子、英特尔和中芯在内的晶圆制造厂商，在生产芯片过程中必须要用到一种半导体设备——光刻机。截至目前，全球最新一代光刻机是EUV光刻机（极紫外光刻机），并且全球也只有总部位于荷兰的ASML公司可以向晶圆制造商供应如此先进的EUV光刻机，以及向晶圆制造商客户提供相关的支持服务。

伴随摩尔定律不断演进，制程工艺也在推进。当先进的工艺逐渐地逼近极限时，半导体行业界其实已在寻找新的破解方法，而EUV光刻机显然被业界当作了摩尔定律的救星。简单地说，晶圆制造商要生产7纳米以下的芯片，必须要借助EUV光刻机设备方能实现。

近日有消息传出，ASML公司面向3nm、2nm、甚至1nm工艺而开始研发下一代EUV光刻机，并计划于2022年初开始向下游客户出货。

一方面，生产半导体芯片，难点和关键点在于将电路图从掩模转移至硅片上，此过程得通过光刻来完成。光刻的工艺水准对芯片的制程和性能起着决定性的影响。另一方面，光刻是半导体芯片生产流程中最复杂、最关键的工艺步骤，不仅耗时长，且成本高。据业界统计，芯片在整个生产过程中需要曝光20到30次，耗时占到生产环节的一半，成本可占到三分之一。

光刻不仅影响着芯片生产的效率及成本，更主要的是光刻机的技术水平决定了芯片的制程工艺。所以，在半导体产业中，光刻机占据着极为重要的地位，堪称半导体工业皇冠上的明珠。

光刻机自诞生以来，随着光源的改进和工艺的创新，先后经历了五代产品的更新替代。第一到四代光刻机用的光源都是深紫外光，第五代EUV光刻机采用波长为13.5nm的极紫外光。第一代到第四代光刻机，光源波长不断减短，工艺节点不断提高，光刻技术也由落后逐步发展到成熟。

第一代光刻机（g-Line光源）由于在工艺上落后，早已被市场淘汰，第二至第五代光刻机仍在市场上销售；但第五代EUV作为当前最先进的光刻机，是唯一能够生产7nm以下制程的设备，目前制程节点可以达到5nm水平。

在7nm工艺节点，台积电和三星都已导入EUV光刻机。举例来说，台积电7nm工艺，相比于该公司第一代7nm工艺，新一代7nm EUV工艺显著提高了芯片的性能和能效：晶体管的密度可提升20％，性能提升10％，能效提升15％。

近年来，全球光刻机出货需求持续增长。2017年，光刻机出货量为460台；2018年，光机出货量超600台，比2017年增长30％。高精度的芯片光刻机长期由ASML、尼康和佳能三大巨头垄断；自2011年到2017年来，ASML、尼康和佳能三家公司几乎占据了全球99％的光刻机市场；据统计，仅ASML一家就占据了全球近70%的市场。

ASML仅用了30年的时间，就在光刻机领域建立起极高的技术壁垒。来源于彭博社的数据显示，在45nm工艺节点以下的高端光刻机设备市场，ASML占据的市场份额高达80％以上；在第五代EUV光刻机设备市场，ASML是全球独家供货商。

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随着台积电和三星7nm EUV制程工艺量产，ASML独家供应的EUV光刻机在市场上的需求量也快速攀升。根据ASML先前发布的财报数据，公司在全年的EUV光刻机订单量达到了62亿欧元，总共出货了26台EUV光刻机。

在2020年台积电和三星5nm工艺相继进入量产阶段后，产业下游对EUV光刻机的需求量将进一步提升。据ASML预估，2020年公司将向客户交付35台EUV光刻机，2021年进一步增至45台到50台的交付量。

不仅如此，ASML还对后续更为先进的3nm、2nm甚至是1nm工艺，开始规划新一代EUV光刻机。新一代EUV光刻机将采用High-NA技术，且具有更高的数值孔径，分辨率和覆盖能力。ASML计划是在2022年初开始出货新一代EUV光刻机，2024年到2025年大规模生产。

台积电在2020年量产5nm工艺，后续3nm工艺预计最快可能在2022年开始量产；台积电3nm工艺研发进展顺利，并已开始跟早期客户进行接触；台积电3nm新竹宝山厂也将于2020年正式动工，工厂完成建设后，将很可能导入ASML新一代EUV光刻机设备。

据三星规划，在6nm LPP工艺后，还有5nm LPE工艺、4nm LPE工艺节点，之后将推进到3nm工艺；规划中的3nm工艺分为GAE（GAA Early）及GAP（GAA Plus)两世代。2019年5月，三星电子便宣布3nm GAE设计组件0.1版本已经准备完成，可以帮助客户启动3nm工艺设计。只是从设计到量产，预计还要一段时间，预估最快要等到2022年后才能正式投入量产。

有网友问：当前新冠疫情在全球持续扩散，荷兰会不会用EUV光刻机换取中国的防疫援助？毕竟，ASML随时都可以生产光刻机设备，但新冠疫情若大规模扩散，给本国造成的损失恐怕是难以估量的。

“牛顿第四定律”曾在《美国为何允许荷兰ASML垄断光刻机，扼住芯片产业的咽喉？》一文中写道：

ASML在技术研发上汇聚了全球最前沿、最顶尖的科技，一些重要部件来自很多国家，美国、德国向ASML提供超级精密的机械支持以及光学技术的支持，德国向ASML提供一些核心的配件支持，美国为ASML提供光源的支持以及计量设备的支持。最顶尖光刻机的制造已经不是ASML一家公司的制造了，而是集合了许多国家的技术支持。光刻机的生产以及升级现在已经是多个国家共同努力的结果，而美国可以直接在源头端参与控制，比如最重要的光源技术就是来自美国的一家公司。

除此之外，美国掌握着世界芯片最顶端的芯片设计技术以及最完整的芯片产业链。光刻机是一种高度定制化的设备，只能为芯片服务。如果美国停止设计高端芯片，或者减少出货量，那么ASML的高端光刻机将毫无用处，需求端也是被美国牢牢控制着。

再则，美国芯片大厂很多都是ASML的股东和客户。因为ASML的技术已经很先进，所以美国完全没必要打压ASML，也没有必要研发自己的光刻机产品。

很显然，如果美国不同意，在技术上高度依赖美国厂商的ASML是不可能向中国厂商供货EUV光刻机的。