原標(biāo)題：芯片破壁者（九）：荷蘭半導(dǎo)體明珠ASML是如何煉成的？

在《光刻技術(shù)的“鬼斧”之變》中，我們已經(jīng)粗略地回顧了光刻機(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展史。在上世紀(jì)殘酷的光刻機(jī)淘汰賽中，1984年最后登上光刻機(jī)舞臺(tái)的荷蘭光刻機(jī)公司ASML（全稱Advanced Semiconductor Material Lithography，先進(jìn)半導(dǎo)體材料光刻公司），成為最后的勝利者。

直到今天，ASML仍然是光刻機(jī)企業(yè)當(dāng)中的翹楚，而且是世界上唯一能夠生產(chǎn)最先進(jìn)EUV光刻機(jī)的制造商。這個(gè)被譽(yù)為半導(dǎo)體皇冠上明珠的ASML，對(duì)于芯片制造產(chǎn)業(yè)來說到底有多重要呢？用ASML總裁彼得·溫寧克在2017年接受《天下》雜志專訪時(shí)說的一句話就是：

“如果我們交不出EUV，摩爾定律就會(huì)從此停止?！?/p>

目前，摩爾定律的極限已實(shí)現(xiàn)5nm制程，接近3nm、2nm制程工藝，想要實(shí)現(xiàn)這一制程節(jié)點(diǎn)，就一定要用到荷蘭ASML的EUV光刻機(jī)。

2019年，ASML一共銷售了229臺(tái)光刻機(jī)，其中EUV售出26臺(tái)。即使每一臺(tái)的售價(jià)高達(dá)1.2億美元，卻依然是全球頂尖芯片制造商爭(zhēng)先訂購(gòu)的搶手貨。所以，這26臺(tái)EUV光刻機(jī)的營(yíng)收已經(jīng)占到ASML全部營(yíng)收的三分之一，預(yù)計(jì)隨著芯片制造商的換代升級(jí)，2025年將增長(zhǎng)到四分之三。

ASML如何從飛利浦的一家不起眼的合資公司，成長(zhǎng)為可以左右全球芯片產(chǎn)業(yè)格局的光刻機(jī)巨擘？到底是什么原因使得身處歐洲小國(guó)荷蘭的ASML取得如此巨大的成功，成為我們值得去回顧和學(xué)習(xí)的重要經(jīng)驗(yàn)。

兩次關(guān)鍵選擇，后進(jìn)生ASML的艱難上位

如果了解光刻技術(shù)的發(fā)展史，你就會(huì)知道光刻技術(shù)的原理并不復(fù)雜，還在微米制程時(shí)代的芯片產(chǎn)業(yè)對(duì)于光刻機(jī)的要求并不高。七十年代那個(gè)時(shí)候，就連英特爾也能買來各種零件，自己組裝光刻機(jī)。

不過，光刻機(jī)的專業(yè)化很快成為主流趨勢(shì)。

（尼康1980年推出的光刻機(jī)NSR-1010G）

在八十年代初，占據(jù)光刻機(jī)主要市場(chǎng)的還是美國(guó)的GCA、日本的尼康。1980年，尼康推出了商用的步進(jìn)式光刻機(jī)Stepper，隨后逐漸取代GCA，成為80年代光刻機(jī)產(chǎn)業(yè)的翹楚。

1984年，ASML由荷蘭飛利浦公司與一家荷蘭芯片設(shè)備代理商 ASMI合資成立，此后就一直專注從事光刻機(jī)設(shè)備的研發(fā)和生產(chǎn)。

ASML雖然有飛利浦的背景，但并沒有含著金鑰匙出生。成立之初，ASML只有31名員工，辦公地點(diǎn)也僅是飛利浦總部外面空地上的一排簡(jiǎn)易廠房，這些至今被人們當(dāng)做ASML傳奇的開篇而津津樂道。當(dāng)時(shí)，ASML面臨自身技術(shù)落后、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈、資金不足等諸多難題。

不過，ASML一開始就本著“初生牛犢不怕虎”的勁頭，成立第一年就克服種種技術(shù)困難，推出了第一代的步進(jìn)式掃描光刻機(jī)PAS2000，獲得了市場(chǎng)初步認(rèn)可，也讓ASML得以生存下去。

（ASML步進(jìn)式光刻機(jī)PAS 2500）

在20世紀(jì)90年代，ASML憑借持續(xù)的產(chǎn)品改進(jìn)和出色的銷售能力，終于在光刻機(jī)市場(chǎng)站穩(wěn)了腳跟。直到1995年，ASML在美國(guó)的納斯達(dá)克和荷蘭阿姆斯特丹交易所同時(shí)成功上市，并且從飛利浦回購(gòu)全部的股份，實(shí)現(xiàn)了完全獨(dú)立，也獲得了充裕的資金讓公司加速發(fā)展。

十年生長(zhǎng)，十年蓄力。冉冉升起的ASML終于有了挑戰(zhàn)強(qiáng)勁對(duì)手尼康的機(jī)會(huì)。此時(shí)，一次有關(guān)光刻技術(shù)路線的選擇，成為決定ASML和尼康此后成敗的關(guān)鍵點(diǎn)。

90年代末，受制于干式微影技術(shù)的限制，摩爾定律的延續(xù)被卡在光刻機(jī)的193納米的光源波長(zhǎng)上面。尼康選擇走穩(wěn)健路線，繼續(xù)自己在干式微影技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，繼續(xù)開發(fā)157納米的F2激光光源。

（臺(tái)積電工程師林本堅(jiān)）

而當(dāng)時(shí)處于落后位置的ASML則決定賭一把，采用了一種被稱作“浸潤(rùn)式光刻”的技術(shù)方案。這一方案由在臺(tái)積電的工程師林本堅(jiān)在2002年提出，他在拿著這項(xiàng)“浸潤(rùn)式光刻”技術(shù)方案，幾乎游說了全球所有光刻機(jī)廠商之后，最終只打動(dòng)了后進(jìn)生ASML。

2004年，經(jīng)過雙方一年的通力合作之后，ASML全力趕出了第一臺(tái)浸潤(rùn)式光刻機(jī)樣機(jī)，并先后拿下IBM和臺(tái)積電等大客戶的訂單。雖然尼康很快推出了干式微影157納米的產(chǎn)品，但和已經(jīng)實(shí)現(xiàn)132納米波長(zhǎng)技術(shù)的ASML相比，已然落后一程。

2007年，ASML拿到60%的光刻機(jī)市場(chǎng)份額，首次超過尼康。而下一次，ASML在EUV光刻技術(shù)的突破，則將尼康遠(yuǎn)遠(yuǎn)甩在后面，再無還手之力。

這次機(jī)會(huì)還得從1997年英特爾和美國(guó)能源部牽頭成立的EUV LLC聯(lián)盟說起。當(dāng)時(shí)，同樣為攻克193納米光源的限制，英特爾寄希望在更為激進(jìn)的EUV光源上。

由于這項(xiàng)技術(shù)的研究難度極高，英特爾聯(lián)合美國(guó)能源部及其下屬三大國(guó)家實(shí)驗(yàn)室：勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和勞倫斯伯克利實(shí)驗(yàn)室，還有摩托羅拉、AMD、IBM等科技公司一同來研究EUV光刻技術(shù)。

（極紫外光刻機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)）

EUV LLC聯(lián)盟還需要從尼康和AMSL這兩家當(dāng)時(shí)發(fā)展最好的光刻機(jī)企業(yè)中，挑選一家加入聯(lián)盟。經(jīng)過一番博弈，美國(guó)最終選中了后進(jìn)生ASML加入EUV聯(lián)盟。

ASML由此獲得了美國(guó)最領(lǐng)先的半導(dǎo)體技術(shù)、材料學(xué)、光學(xué)以及精密制造等相關(guān)技術(shù)的優(yōu)先使用的資格，同時(shí)ASML也將自己的生產(chǎn)、接受監(jiān)管的權(quán)限交給了美國(guó)政府。

2003年EUV LLC聯(lián)盟解散時(shí)，其使命已經(jīng)完成。6年時(shí)間里，EUV LLC的研發(fā)人員發(fā)表了數(shù)百篇論文，大幅推進(jìn)了EUV技術(shù)的研究進(jìn)展，證明了EUV光刻技術(shù)的可行。這些成果讓聯(lián)盟成員的ASML占得先機(jī)。

但是研制出一臺(tái)真正的EUV光刻機(jī)則并不容易，最終能否研制成果也還存在著巨大的不確定性。從2005年到2010年，ASML花費(fèi)5年時(shí)間，跨越了資金、技術(shù)等諸多難題，才終于生產(chǎn)出第一臺(tái)型號(hào)為NXE3100的EUV光刻機(jī)，并交付給臺(tái)積電投入使用。

（ASML最新EUV光刻機(jī)TWINSCAN NXE3400C）

接下來，整個(gè)高端光刻機(jī)領(lǐng)域就成了ASML的獨(dú)角戲。此后幾年經(jīng)過一系列技術(shù)并購(gòu)和升級(jí)，ASML又在2016年推出首臺(tái)可量產(chǎn)的最先進(jìn)EUV光刻機(jī)NXE3400B并獲得訂單，從2017年第二季度起開始出貨，售價(jià)約為每臺(tái)1.2億美元，成為臺(tái)積電、三星、英特爾等排隊(duì)搶購(gòu)的爆款設(shè)備。

從1997年到2010年，ASML歷經(jīng)13年時(shí)間，終于成為了光刻機(jī)產(chǎn)業(yè)的“頭號(hào)玩家”。2010年至今，ASML更是所向披靡，牢牢占據(jù)高端EUV市場(chǎng)的技術(shù)高地，至今再無對(duì)手。

創(chuàng)新視野和變革勇氣，ASML后發(fā)制人的根底

從ASML數(shù)次關(guān)鍵選擇中，我們既能看到外在機(jī)遇的青睞，也能看到其自身所具有的特質(zhì)。正是ASML從無到有，從弱到強(qiáng)的發(fā)展過程中，保持了靈活性、創(chuàng)新性以及敏銳的戰(zhàn)略眼光與勇敢投入，才使其能夠在勁敵環(huán)伺的光刻機(jī)產(chǎn)業(yè)當(dāng)中生存壯大。

今天來看，ASML的發(fā)展過程可以分為三個(gè)階段：1894年誕生到1995年上市的生存發(fā)展期，1995年到2007年的逆襲趕超期，2007年至今的領(lǐng)先稱霸期。

在第一個(gè)階段，缺錢一直是ASML發(fā)展的瓶頸。1988年，ASML進(jìn)軍臺(tái)灣市場(chǎng)時(shí)，曾經(jīng)因?yàn)閮晌焕蠔|家的撤資一度瀕臨破產(chǎn)。幸好后來時(shí)任CEO的Smit向飛利浦董事會(huì)“化緣”了1億美元，才幸運(yùn)度過了難關(guān)。靠著這筆救命錢，ASML在臺(tái)灣市場(chǎng)站穩(wěn)腳跟。隨后幾年ASML步進(jìn)式掃描光刻機(jī)的熱銷扭虧為盈，度過了艱苦創(chuàng)業(yè)的十年歲月。

在第二個(gè)階段，上市之后的ASML一定程度解決了資金困境，而兩次關(guān)鍵的選擇，則幫助其完成了對(duì)尼康的逆襲。

在加入美國(guó)能源部主導(dǎo)的EUV LLC聯(lián)盟的過程中，除了英特爾的從中牽線以及美國(guó)政府對(duì)于日本半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的忌憚和對(duì)尼康的不信任這些外在因素，ASML的積極斡旋和主動(dòng)示好，才是其能進(jìn)入美國(guó)核心技術(shù)領(lǐng)地的關(guān)鍵。

ASML當(dāng)時(shí)做了兩件事情，一是愿意出資在美國(guó)建廠和研究中心，二是保證55%的原材料都從美國(guó)采購(gòu)，相當(dāng)于無條件“投誠(chéng)”美國(guó)，終于換來美國(guó)政府的信任。

當(dāng)然，ASML所在的國(guó)家荷蘭，因?yàn)楸旧淼牡鼐壩恢煤蛧?guó)家實(shí)力，使得美國(guó)政府不用過于擔(dān)心核心技術(shù)被ASML掌握而無法控制的局面。而ASML的全球化的戰(zhàn)略視野以及靈活性的合作政策，也是其能獲得美國(guó)信任的關(guān)鍵。

而在浸潤(rùn)式光刻技術(shù)路線的選擇上，則更能看出作為后進(jìn)生的ASML的靈活、務(wù)實(shí)和敢于嘗鮮的勇氣，明智地選擇了浸潤(rùn)式光刻技術(shù)，反而是過于強(qiáng)調(diào)自主研發(fā)的尼康，敗在了路徑依賴的大企業(yè)的窠臼當(dāng)中。

第三階段，由于在加入EUV LLC聯(lián)盟后獲得了EUV技術(shù)的研究成果，取得市場(chǎng)領(lǐng)先的ASML又全力投入到EUV光刻機(jī)的研發(fā)上面，成為引領(lǐng)光刻機(jī)發(fā)展方向的那只“頭雁”。

為突破技術(shù)難題，ASML又聯(lián)合了3所大學(xué)、10個(gè)研究所、15家公司，開展“More Moore”項(xiàng)目，著力進(jìn)行技術(shù)攻堅(jiān)。

為解決資金困境，ASML在2012年提出一項(xiàng)“客戶聯(lián)合投資計(jì)劃”（CCIP），也就是ASML的客戶可以通過注資，成為股東并擁有優(yōu)先訂貨權(quán)。這一計(jì)劃立刻得到芯片制造行業(yè)的三巨頭英特爾、臺(tái)積電和三星的響應(yīng)，一共投入數(shù)十億歐元支持EUV光刻機(jī)的研發(fā)。

這一舉措無疑實(shí)現(xiàn)了雙贏的局面。ASML將研發(fā)資金的壓力轉(zhuǎn)移了出去，讓頭部客戶為EUV光刻技術(shù)研發(fā)買單；同時(shí)又確保了客戶對(duì)先進(jìn)光刻技術(shù)的優(yōu)先使用權(quán)和股權(quán)收益。至此ASML與其大客戶形成了一個(gè)利益共同體，共擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)，共享回報(bào)，維持了EUV光科技術(shù)的穩(wěn)步迭代。

（賽迪智庫整理：ASML上下游產(chǎn)業(yè)鏈）

ASML的成功，還離不開一直以來對(duì)于上游產(chǎn)業(yè)鏈的持續(xù)投資并購(gòu)，來構(gòu)建完整的上游供應(yīng)鏈，以攫取技術(shù)上的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。

2001年收購(gòu)美國(guó)光刻機(jī)巨頭硅谷集團(tuán)（SVGL），獲得當(dāng)時(shí)新一代157nm激光所需的反折射鏡頭技術(shù)，推動(dòng)了市場(chǎng)份額快速提升。2007年，其收購(gòu)美國(guó)Brion公司，又奠定其光刻機(jī)產(chǎn)品整體戰(zhàn)略的基石。

在CCIP計(jì)劃之后，ASML又收購(gòu)了全球領(lǐng)先的準(zhǔn)分子激光器廠商Cymer，獲得了EUV最需要的先進(jìn)光源技術(shù)；此后又收購(gòu)了電子束檢測(cè)設(shè)備商HMI，以及入股了光學(xué)鏡頭領(lǐng)頭的卡爾蔡司。由此ASML構(gòu)建起完整的上游供應(yīng)鏈，獲得了布局EUV光刻機(jī)的領(lǐng)先技術(shù)。

此外，就是ASML在研發(fā)上面不惜重金投入，并且依托自身資源和技術(shù)積累，與眾多研究機(jī)構(gòu)、學(xué)校和外部技術(shù)合作伙伴一起，建立了一個(gè)巨大的開放式研究機(jī)構(gòu)，共享全球前沿技術(shù)知識(shí)和能力。

在研究合作上面，ASML與卡爾蔡司、Cadence建立長(zhǎng)期合作，與世界著名研究創(chuàng)新中心IMEC展開EUV光科技術(shù)的合作。

在研發(fā)投入上面，ASML近五年的研發(fā)投入都保持在營(yíng)收的13%-20%之間，其中，2019年度，阿斯麥投入了20億歐元用于技術(shù)研發(fā)，占到凈銷售額（118.2億歐元）的16.9%。

正是在ASML不斷地研發(fā)投入、積極向外尋求資金、研發(fā)技術(shù)支持，并且?guī)?dòng)下游客戶共同投資參與，才最終推動(dòng)了EUV技術(shù)的研發(fā)進(jìn)程，成為全球唯一一家能夠設(shè)計(jì)和制造EUV光刻機(jī)設(shè)備的獨(dú)家壟斷者。

光刻機(jī)的“窄道”，ASML的成功難以復(fù)制？

光刻機(jī)技術(shù)發(fā)展到今天EUV時(shí)代，已經(jīng)進(jìn)入一個(gè)全球化高度分工、前沿技術(shù)高度聚集、資本高度密集，甚至政治化高度博弈的局勢(shì)。

首先，ASML早期的成功得益于荷蘭半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)實(shí)力和產(chǎn)業(yè)開拓者前瞻性視野的支持。ASML的技術(shù)基礎(chǔ)來源于飛利浦的光刻設(shè)備研發(fā)部門，從1971年起飛利浦就開始了透鏡式非接觸光刻設(shè)備的研發(fā)。ASML能成立的另一原因，就是另外一個(gè)投資公司ASMI的傳奇創(chuàng)始人，也是荷蘭半導(dǎo)體設(shè)備開創(chuàng)者的Arthur Pardo。

（ASMI傳奇創(chuàng)始人Arthur del Prado）

極富戰(zhàn)略眼光的Parodo和從威廉·肖克利實(shí)驗(yàn)室里離開創(chuàng)業(yè)的Dean Knapic相識(shí)，獲得了在歐洲開拓半導(dǎo)體市場(chǎng)的機(jī)會(huì)。連同先進(jìn)的硅晶體制造工藝帶回來的，還有就是硅谷的創(chuàng)業(yè)精神。

（威廉·肖克利和Dean Knapic<右一>在Shockley半導(dǎo)體實(shí)驗(yàn)室工作）

當(dāng)時(shí)，由于成本高昂，技術(shù)問題等原因，飛利浦計(jì)劃要關(guān)停光刻設(shè)備研發(fā)小組。正是在Arthur Rrado的堅(jiān)持游說下，飛利浦才同意與ASMI成立合資公司，ASML才得以誕生。

其次，光刻機(jī)產(chǎn)業(yè)就是一個(gè)天然趨向壟斷性的產(chǎn)業(yè)。由于高端光刻機(jī)的研發(fā)投入巨大、技術(shù)難度極高，而需求市場(chǎng)又僅限于為數(shù)不多的芯片制造企業(yè)。一旦某家企業(yè)提前實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破和穩(wěn)定量產(chǎn)，就會(huì)產(chǎn)生“贏家通吃”的局面，拿到下游芯片廠商的絕大多數(shù)訂單，而落后者幾乎再無能力實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破。

第三，ASML的壟斷也有著商業(yè)上的現(xiàn)實(shí)原因。事實(shí)上，主要半導(dǎo)體企業(yè)英特爾、IBM、三星等也曾想嘗試扶持一家硅谷光刻機(jī)廠商來制約ASML，但最終以慘敗收?qǐng)?。技術(shù)壁壘和有限的市場(chǎng)需求，決定了光刻機(jī)產(chǎn)業(yè)只需要一個(gè)高端光刻機(jī)供應(yīng)商即可。如果同時(shí)并存兩家或多家高端光刻機(jī)供應(yīng)商，只會(huì)因?yàn)榧ち业膬r(jià)格競(jìng)爭(zhēng)而導(dǎo)致兩敗俱傷，延緩整個(gè)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的升級(jí)速度。

另外，ASML已經(jīng)與上下游產(chǎn)業(yè)鏈，形成了穩(wěn)定的利益共同體。特別是CCIP計(jì)劃的提出，以接受股東注資的方式引入英特爾、三星、臺(tái)積電等全球半導(dǎo)體巨頭作為戰(zhàn)略合作方，并給予股東優(yōu)先供貨權(quán)，從而結(jié)成緊密的利益共同體，在共享股東先進(jìn)科技的同時(shí)降低自身的研發(fā)風(fēng)險(xiǎn)。這種利益共享，風(fēng)險(xiǎn)共擔(dān)的方式更加鞏固了ASML無可替代的壟斷地位。

最后，ASML的長(zhǎng)期發(fā)展，還得益于荷蘭自身的外向型經(jīng)濟(jì)的區(qū)位優(yōu)勢(shì)，涵蓋能源、機(jī)械制造、電子、船舶等發(fā)達(dá)工業(yè)體系，以及重視科研、教育和技術(shù)創(chuàng)新的基礎(chǔ)條件。這些帶給ASML優(yōu)渥的技術(shù)設(shè)備優(yōu)勢(shì)、人才優(yōu)勢(shì)和開放性的外貿(mào)環(huán)境優(yōu)勢(shì)。

當(dāng)然，除了自身優(yōu)勢(shì)之外，ASML的成功自然離不開整個(gè)西方半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的扶持，美國(guó)政府和投資機(jī)構(gòu)在其中扮演著至關(guān)重要的角色。在美國(guó)主導(dǎo)的《瓦森納協(xié)議》體系和美國(guó)投資機(jī)構(gòu)、核心技術(shù)研發(fā)等方面的制約下，ASML嚴(yán)格來說是一家同時(shí)受美國(guó)扶持和默許其“壟斷地位”的企業(yè)。

所以，ASML的成功，本質(zhì)上既是一場(chǎng)荷蘭半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新突圍的結(jié)果，完成一次從小到大，從弱到強(qiáng)的蝶變過程；又是ASML享受全球科技高度分工的結(jié)果，成為全球如此復(fù)雜的光刻技術(shù)鏈的整合者角色；同時(shí)也源于以美國(guó)為首的科技霸權(quán)的一次“合謀”的結(jié)果，ASML以其開放、合作的運(yùn)營(yíng)機(jī)制，充當(dāng)其半導(dǎo)體上游高端設(shè)備鏈供應(yīng)者的角色。

因此，ASML能夠成就今天的光刻機(jī)霸主地位集合了復(fù)雜的商業(yè)、技術(shù)、政治的因素。ASML的成功，對(duì)于我國(guó)的光刻機(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展來說，也就既有借鑒意義，也有難以復(fù)制的關(guān)鍵因素。而具體有何可以學(xué)習(xí)之處，我們留待未來再討論。

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