本文來自格隆匯專欄：半導體行業觀察，作者：L晨光

在前幾天的文章《光刻機巨頭ASML的十年變遷》中，筆者梳理了ASML近10年來的財報數據，介紹了其EUV/DUV光刻機出貨量、年銷售額、研發投入以及各地區的銷售情況等。

近日，ASML又公佈了2021年年報，我們一起來看看其中有哪些看點和值得關注的話題。

在過去的40年裏，我們逐漸從個人電腦和移動設備時代進化到雲時代，我們生活的幾乎每個方面都在網上存儲和管理。ASML CTO Martin van den Brink表示，數字化未來的下一步將是分佈式智能，由通信、計算和人工智能的無縫集成驅動，所有這些趨勢都要求更高的計算能力，這反過來又加速了對更強大、更節能的微芯片的需求。

隨着芯片工藝製程的不斷演進，芯片的製造變得越來越複雜。當今最先進的處理器基於Logic N5節點（5nm），包含數十億個晶體管。下一代芯片設計將包括更先進的材料、新的封裝技術和更復雜的3D設計。

而光刻技術是製造性能更強大、成本更便宜芯片的推動力。ASML的目標一直是減少芯片工藝的臨界尺寸，其整體光刻產品組合（EUV、ArFi、ArF、KrF和i-line系統等）有助於優化生產，並通過將光刻系統與計算建模、計量和檢測解決方案集成，幫助優化生產並實現成本的降低。

半導體制造工藝（圖源：ASML）

光刻系統所能達到的分辨率是光刻收縮的主要驅動因素之一，它主要由所用光的波長和光學系統的數值孔徑決定。更短的波長就像用於繪畫的更細的刷子，可以打印出更小的特徵。更大的數值孔徑可以更緊密地聚焦光線，也能夠帶來更好的分辨率。

ASML光刻系統的發展一直是通過減少波長和增加數值孔徑來進行演進。多年來，ASML做了幾個波長步長，DUV光刻系統範圍從365 nm (i-line)， 248 nm (KrF)到193 nm (ArF) ，而EUV光刻機的光波波長僅為13.5nm。

NA是光學系統的數值孔徑，表示光線的入射角度。使用更大的NA透鏡可以打印出更小的結構。除了更大的透鏡外，ASML還通過在最後一個透鏡元件和晶圓之間保持一層水薄膜來增加ArF系統的NA(即所謂的浸泡系統)。在波長步進到EUV之後，ASML正在開發下一代EUV系統，稱為EUV 0.55 NA (HighNA)，將數值孔徑從0.33提高到0.55。

TWINSCAN NXE:3600D是ASML最新一代EUV 0.33 NA光刻系統。與其前身TWINSCAN NXE:3400C相比，能夠提供15%至20%的生產力改進能力和約30%的覆蓋改進，支持5nm和3nm邏輯節點和領先DRAM節點的EUV量產。

年報中指出，EUV產品路線圖將幫助ASML在未來10年裏實現設備價格合理的擴展。ASML的EUV 0.33 NA平台擴展了客户的邏輯和DRAM路線圖，使用EUV製造芯片有助於減少40%的關鍵光刻掩模量和30%的工藝步驟，幫助客户顯著的減少了成本和週期時間。

有數據顯示，自EUV推出以來至2021年底，ASML的EUV光刻機生產了超過5900萬片晶圓，2020年底這一數字為2600萬片。可見EUV光刻機當前正處於快速起量階段，ASML預計，EUV的採用將繼續增長，到2024年所有先進節點芯片製造商預計將在生產中使用EUV。

下一代EUV 0.55 NA平台將繼續為未來節點實現經濟高效的擴展，具有更高數值孔徑的新型光學設計，有望使芯片尺寸減小1.7倍，進一步提高分辨率，並將微芯片密度提高近3倍。第一個EUV 0.55 NA平台早期接入系統預計將在2023年投入使用，預計客户將在2024-2025年開始研發，2025-2026年進入客户的大批量生產。

光刻系統本質上是一種投影系統，光線投射到將要被打印的圖案上(稱為“蒙版”或“掩膜”)。通過在光中編碼圖案，系統的光學系統收縮並將圖案聚焦到光敏硅片上。在圖案印好後，系統輕微移動晶圓，在晶圓上製作另一份副本。

這個過程重複進行，直到晶圓被圖案覆蓋，完成晶圓的一層。為了製造一個完整的芯片，這個過程要一層一層地重複，把圖案疊加起來，形成一個集成電路(IC)。目前，最簡單的芯片有40層左右，而複雜的芯片可以達到150層以上。

當前，DUV光刻系統仍是業界的主力。DUV系統支持眾多的細分市場，在當今客户設備中負責打印大多數層，並將在未來的設備中保持重要地位。

半導體行業目前使用的DUV分為浸沒式和乾式光刻解決方案，i-line採用365 nm波長，KrF採用248 nm波長，ArF採用193 nm波長，這些系統有助於製造廣泛的半導體節點和技術，並支持行業的成本和節能擴展。

ASML的DUV浸沒式和乾式系統在生產率、成像和覆蓋性能方面領先業界，可結合EUV技術大批量生產最先進的邏輯和內存芯片，同時繼續為成熟節點和小批量應用提供價值。

ArF浸沒式光刻在透鏡和晶圓之間保持一層水薄膜，增加NA並提高分辨率以支持進一步的收縮。ASML的浸沒系統適用於單曝光和多圖案光刻，可與EUV系統無縫結合，用於打印同一芯片的不同層。TWINSCAN NXT:2050i是ASML目前最先進的浸沒式系統，目前正用於5nm邏輯和第四代10nm DRAM節點的大批量生產。

然而，並非芯片上的每一層都需要最新和最大的浸入式光刻系統來生產，先進或複雜的層可以使用先進的光刻系統來打印，但其他層通常可以使用“老式”技術，如干式光刻系統來打印。ASML的乾式系統產品組合為客户提供了各種波長的更經濟的解決方案。

TWINSCAN NXT:1470是ASML最新的乾式ArF光刻系統，提供每小時300片晶圓的記錄生產力，具有4nm覆蓋能力；TWINSCAN XT:86ON是新一代KrF系統，具有0.80 NA的分辨率，支持大容量200mm和300mm晶圓生產，以及低於110nm的分辨率；對於更關鍵的KrF層，0.93 NA TWINSCAN XT:1060K是其最先進的KrF光刻系統，在80nm及以下提供一流的分辨率和覆蓋。

ASML CEO...表示，我們今天看到的行業市場增長，不僅存在於最先進的節點上，許多分佈式計算和存儲解決方案都需要成熟的光刻技術來製造。預計到2025年，ASML系統總銷量的三分之二將是EUV，其餘將是DUV和計量檢測系統。這一預期比例低於我們在2018年的預測，但這並不意味着EUV市場出現萎縮，而是DUV和計量檢測市場比預計的增速更快。

哪些因素正在塑造半導體行業的格局？推動當前和未來行業發展的主要趨勢是什麼？

ASML認為，不斷增長的消費需求、全球人才競賽、地緣政治因素、擴大研發投資以及不斷變化的外部環境和採取行動應對氣候變化等因素正在重塑半導體行業格局。

• 不斷增長的消費需求：無線通信、電信、媒體和雲通過連接設備的融合繼續推動全球對先進半導體的需求，不斷增長的人口和城市化正在增加對先進消費電子設備的需求。芯片作為這些設備的核心，新興技術的不斷髮展和要求正在成為芯片的重要增長驅動力。

• 全球人才競賽：擁有技術背景的高技能人才在勞動力市場上非常稀缺，競爭也在加劇。行業公司正試圖為增長增加人手，但高科技人才資源池卻很淺，該行業在爭奪一小部分具備開發創新解決方案技能的科學家、工程師和軟件開發人員。全球對人才的爭奪正變得越來越關鍵。STEM職位的數量預計將大幅增長，但由於合格候選人的短缺，填補這些職位頗具挑戰性。留住人才已成為科技公司的關鍵。

• 全球地緣政治：目前的貿易環境給全球半導體產業帶來了巨大的挑戰，貿易緊張和保護主義的加劇可能會繼續下去。這場全球蔓延的疫情提醒世界各國政府，全球供應鏈可能會對服務、原材料和最終產品產生重大的地理依賴。

半導體在大型工業聯合體的成長和連續性中發揮着越來越重要的作用，各國政府已將注意力轉向半導體供應鏈以確保供應充足，並計劃對半導體產業進行大規模投資。根據外部數據，美國、中國、歐盟、日本和韓國預計使該行業2021年的年度資本支出增加近一倍，達到1500億美元。除了財務方面的影響，貿易緊張和保護主義也給整個供應鏈及其過程帶來了巨大的複雜性，迫使該行業重新審視其全球供應鏈。

• 擴大研發投資：在快速發展的半導體行業中，獲取最新的技術、芯片設計和製造工藝是競爭的基礎。芯片製造商面臨的支持應用和終端市場正變得越來越複雜，同時，隨着科技平台公司逐漸轉向內部芯片設計，傳統半導體公司面臨着多元化投資組合的挑戰。

此外，執行創新的增量成本正在上升，需要更高水平的研發投資來實現同樣的目標。讓產品更快地進入市場至關重要，否則芯片製造商將面臨錯失良機的風險。因此，儘快向客户提供解決方案的壓力正在增加。

• 不斷變化的環境：為了利用人工智能、物聯網、5G和自動駕駛汽車等大趨勢的融合，該行業正在大量投資於能夠釋放整個投資組合價值的資產。

全球半導體產業近年來呈現出巨大的增長，預計這一趨勢將持續下去。該行業正重新聚焦於提高核心競爭力的技術和市場領域。集中在新興技術上的合併、收購和合資企業預計將成為芯片市場戰略的關鍵組成部分。

• 採取行動應對氣候變化：氣候變化在世界各地都是一個緊迫的問題。這是一項全球性挑戰， 半導體制造過程消耗了大量的能源和水資源。隨着摩爾定律的發展，芯片計算能力和存儲容量的提高會加大對這些資源的需求。為了提高能源和水資源的利用效率，需要新的設備和看待整個生態系統的新方式。為了迎接這些挑戰，半導體行業必須降低功耗。

對此，ASML提到，由於DUV和EUV平台具有通用性，因此可以更快、更具成本效益的進行創新、生產和維護。ASML正在對產品的能源效率進行投資，幫助降低生產晶圓所需的能源。此外，ASML還有一個致力於減少浪費的路線圖，與客户和供應商合作在其價值鏈中儘可能地重複使用零部件、工具和包裝，以防止不必要的浪費。

另外，從ASML對整個行業當前市場規模和市場機會的展望來看，不同細分應用市場的驅動因素也正在塑造半導體行業的格局，成為當前和未來推動行業發展的主要趨勢。

受全球芯片短缺、數字基礎設施加速和“技術主權”推動，導致市場對先進和成熟節點的需求強勁增長。2021年，ASML的淨銷售額創下了186億歐元的紀錄，比去年增加了46億歐元。

ASML CFO Roger Dassen表示，因為客户繼續對先進和成熟節點的強勁需求，2021年邏輯系統的銷售額增長了22億歐元，增幅達30%；由於終端市場對服務器和智能手機的強勁需求，內存系統銷售額增長了11億歐元，增幅達39%。

淨銷售額的增長是由ASML所有技術的強勁需求推動的。ASML在2021年成功出貨了42套EUV系統，包括26台用於大批量生產的第一個NXE:3600D。這使得EUV系統在2021年的收入達到63億歐元，比2020年增加了18億歐元。

所有技術的強勁需求推動了淨銷售額的增長(單位：百萬歐元)

DUV系統銷量也從2020年的227台增加到2021年的267台。除了EUV和DUV的增長，服務和現場選擇的銷售也是ASML整體淨銷售增長的關鍵驅動力，這一增長是由生產率、覆蓋和升級包銷售的增長所驅動，這為快速增加晶圓產量提供了最有效和高效的方式，並得到了不斷增長的安裝基礎的支持。

為了滿足客户對額外晶圓產能的需求，ASML加快了生產能力升級的交付，甚至在正常的工廠驗收測試(FAT)完成之前發貨，在客户工廠完成驗收測試來加快系統的交付。

不難看到，正在進行的數字化轉型和當前的芯片短缺進一步推動了ASML提高產能的需求，一方面，在數字轉換和分佈式計算的驅動下，對先進和成熟節點的邏輯需求繼續強勁；另一邊，受服務器和智能手機終端市場需求的推動，內存需求持續增長。為了滿足DRAM和NAND的強勁需求增長，客户將增加產能並繼續進行節點遷移。隨着客户遷移到更高級的節點，ASML預計EUV對內存的需求會繼續增加。

2019-2021年ASML來自邏輯和內存市場以及安裝基礎的營收數據(單位：百萬歐元)

在研發投入方面，2021年ASML的研發成本為25.47億歐元，相較於2020年22.08億歐元的投入，這些增加的投資涉及整體光刻解決方案的EUV、DUV和應用程序項目，其中最重要的投資用於繼續加強EUV大批量生產的路線圖，以及EUV 0.55 NA的開發。

2020-2021年ASML研發投入(單位：百萬歐元)

ASML預計，受健康的邏輯需求和內存市場增長的推動，預計2022年淨銷售額將比2021年增長約20%。預期的增長是由所有平台的銷量增長以及安裝基礎業務的增長所推動的：

邏輯芯片部分：不斷擴大的應用空間和長期的增長動力轉化為對高級和成熟節點的強勁需求。隨着需求的持續強勁，預計邏輯系統的收入將同比增長20%以上；

內存方面：隨着系統利用率的提高，結合客户正在進行技術轉型，以支持預計的增長。預計還需要額外的產能增加，因此，2022年內存市場對光刻設備的需求強勁，系統收入將同比增長25%左右；

EUV設備：隨着客户對EUV的採用以及信心的增加，2022年預計將發貨約55個EUV系統（其中6個系統的收入將推遲到2023年確認），預計2022年EUV系統的收入將增長25%。

非EUV系統：在DUV和應用業務中，ASML預計浸沒式和乾式系統都將增長，同時對計量和檢測系統的需求也將持續增長，預計非EUV出貨收入增長超過20%。

展望2025到2030年，近十年都將圍繞分佈式計算，讓雲更接近邊緣設備，通過連接，計算能力將為所有人提供“設備上”的計算能力，從而實現一個連接的世界。這些全球電子行業的大趨勢，在一個高度盈利和激烈創新的生態系統的支持下，預計將繼續推動整個半導體市場的增長。

這意味着先進節點和成熟節點對晶圓的需求都在增加，進而提升光刻設備的需求。根據不同的市場場景，ASML認為2025年有望實現240億-300億歐元左右的年銷售額，毛利率在54%-56%之間。

ASML市場預期（圖源：ASML）

ASML年報中提到：“我們可能遭受惡意攻擊，包括第三方或自己的員工竊取公司的商業祕密、專有客户數據、知識產權或其他機密信息。儘管我們努力保護知識產權，但未經授權的第三方也有可能獲得、複製、使用或披露我們的專有技術、產品、設計、工藝和其他知識產權。2021年，我們獲悉與XTAL公司有關聯的一家公司——東方晶源，正在中國積極營銷可能侵犯ASML知識產權的產品。”

近日，針對“ASML稱東方晶源可能侵權”一事，東方晶源發佈聲明稱，東方晶源自成立以來一直遵守中國法律法規、合法合規經營。秉承獨立研發、自主創新的理念，東方晶源尊重、保護知識產權，並形成了獨立、完備的知識產權體系。儘管東方晶源的聲明沒有提到ASML公司，但意思很顯然是迴應及反駁。

據公開資料顯示，XTAL公司成立於2014年，由前ASML員工創立，2016年ASML對XTAL公司發起訴訟，2018年美國加州聖克拉拉聯邦法院初步裁決，XTAL盜竊知識產權罪名成立，2019年法院發出最終判決結果，ASML獲得勝訴，XTAL需賠償ASML 8.45億美元，ASML接手了已破產的XTAL的大部分知識產權。

荷蘭金融報紙Financieele Dagblad 2019年曾報道，中國員工從ASML竊取了企業機密，造成數億美元損失。報道稱，調查發現ASML美國子公司研發部門的高級中國員工竊取了技術，並最終泄露給了中國公司。

然而，ASML或許也不想擴大事端，2019年，ASML分別在其官網和上貼出官方聲明：“ASML並不認同‘中國間諜’説”。

據瞭解，東方晶源2021年公司完成28nm邏輯芯片關鍵工藝層良率硅片驗證結果優異，持續突破技術壁壘，14nm計算光刻技術已就緒，首台套EBI產業化成果顯著；公司於2021年度實現銷售額迅速攀升過億的“小目標”，接洽客户近60家，涉及存儲、邏輯、第三代半導體領域等眾多頭部客户。

但根據產品的性能等級來看，東方晶源的產品其實還遠到不了威脅ASML的地步，但是，ASML此次在2021年年報中又提及此事，稱東方晶源可能與2018年因竊密而被判賠償的XTAL公司有關聯，且已經提示自己的特定客户不要協助或縱容東方晶源從事潛在侵權行為，同時也向中國相關機構表達了自己的擔憂。

ASML稱正在密切關注這一事項，並準備在適當時機採取法律行動，但又並未提供更多證據。這種説法出現在財報中，實屬罕見。不免引人深思。