光刻机之战

 

1984年4月1日，47名飞利浦员工被选中，不情愿地转进新的合资子公司ASML，他们将在几间靠近垃圾堆的狭小简易房中办公、开发光刻机。这个意志消沉的初创团队可能不会想到，30多年后，ASML将成为全球最大的光刻机制造商，市值远超原来的母公司飞利浦。

 

这家荷兰最大的出口商、荷兰最大的技术雇主和世界最大的芯片设备制造商，后来搬到了人口不到30万的荷兰南部城市维尔德霍芬，并在此持续影响整个IT行业的发展速度。

 

 

光刻机影响了整个IT行业发展进度？

 

说光刻技术影响了整个IT行业的发展速度，这不是故作惊人之语。

 

回到原点来看，整个数字世界本质上就是无数的0和1。比如iPhone上的每一个APP、每一张照片和每一段短视频，所有这些最终都是由1和0组成的海量字符串。这些数字都要经过芯片，而芯片是由几百万个甚至几十亿个晶体管组成的网络，每个晶体管都是一个电子开关，通过电流开（1）或关（0）来处理和存储这两个数字。用手机点外卖、发朋友圈、打游戏，本质上是手机里的芯片，还有互联网平台服务器里的芯片，在同时处理无数的0和1。

 

计算机的算力强弱，就看其内部大量“开关”对0和1的处理能力。

 

1945年最先进的计算机，是宾夕法尼亚大学为美国陆军建造的“埃尼阿克”（ENIAC），有18000个真空管当“开关”，用于计算炮弹轨迹，每秒可以计算数百个乘法，体积庞大，占据了整个房间。此后科学家找到了更小、更快、更便宜的“开关”——晶体管。到1969年7月，将阿波罗11号带上月球的计算机使用仙童公司（Fairchild）的芯片，占据了大约1立方英尺的空间，是“埃尼阿克”的千分之一。

 

1961年，仙童发布第一款芯片，其中只嵌入了4个晶体管而已，但很快，该公司就设计出了在芯片上放置十几个晶体管的方法，然后是100个……仙童联合创始人戈登·摩尔在1965年发现，随着工程师们学会制造越来越小的晶体管，每个芯片上可安放的元器件数量每年都会翻倍。这一对芯片计算能力指数级增长的预测，就是著名的“摩尔定律”，摩尔由此预测了在1965年看似疯狂的“未来产品”，比如“电子手表”“家用电脑”，甚至“个人便携式通信设备”。

 

摩尔定律几乎成了接下来半个多世纪计算机发展的路线图。到2020年，每台iPhone 12上的A14处理器芯片都集成了118亿个微型晶体管。人人可以购买的手机，计算能力已经远超当年美国陆军的“埃尼阿克”。

 

更强大的计算能力，却只需要更低的运算成本，关键就在更小的“开关”（晶体管），还有集成晶体管数量更多的芯片，这就是摩尔定律的魅力。

 

而维持摩尔定律的关键，就在光刻机。

 

在芯片制造的几百道工序里，光刻是最重要的步骤。一块芯片在整个生产过程中需要光刻二三十次，耗时占生产过程的一半，成本能占到三分之一。

 

说光刻机影响了世界计算机的算力和信息的存储容量并不为过，考虑到芯片在现代国防军事上的广泛应用——美国芯片行业最早的订单即来自NASA和美国空军，用来引导火箭和导弹——对先进光刻技术的追求甚至超出了产业链安全的范畴，成为大国博弈和地缘政治波动的一个焦点。

 

“烂摊子”ASML

 

但当ASML首任CEO贾特·斯密特赴任时，这家公司离聚光灯还很远，甚至可以说是个烂摊子。

 

斯密特在加入ASML之前，在电信巨头美国国际电话电报公司（ITT）担任荷兰办事处的销售经理，他发现，该公司电信业务的利润显然正在螺旋式下降，很快就要见底。但在他接受该公司CEO职位之后，ITT的同事首先质疑了他的职业规划，同时他还听到了一些著名分析师的说法：ASM和飞利浦的合资企业注定以失败告终。

 

这种说法并非空穴来风，在某种程度上，ASML是飞利浦为摆脱其一直烧钱的光刻机项目而成立的合资子公司，而合资方ASM并非飞利浦的首选，而是“将就”抓到的最后一根稻草。

 

连飞利浦都“烧”不起的光刻机

 

光刻机的工作原理，或者说现代芯片制作的基本原理本身并不难懂，这个过程大致包括：(1)画出线路图；(2)把线路图刻到玻璃板上，制成掩膜(也叫光罩)；(3)把掩膜上的线路图用强光投射到涂了光刻胶的硅片（晶圆）上，光刻胶被强光照射的部分变得可以溶解，这样就在硅片上曝光出了线路图；(4)对硅片上的线路图多次使用刻蚀、扩散、沉积等工艺做出复杂的晶体管和电路网络。

 

自德州仪器（TI）的杰伊·莱思罗普发明光刻技术以来，光刻机和芯片制造的基本原理没有太多改变。但随着制程（可粗略理解为芯片上晶体管的密集程度）的发展，光刻技术的研发和实现成本越来越高。

 

以目前仅有ASML能制造的EUV（极紫外光）光刻机为例，先看光源，在莱思罗普发明光刻技术的时候，只需要一个简单的灯泡，但当发展到EUV阶段的时候，光源的复杂度已暴增到令人难以置信的高温——为了产生足够的EUV，需要用激光粉碎一个小锡球。已经被ASML收购的西盟（Cymer）自20世纪80年代以来一直是光刻光源领域的主要参与者，该公司由加州大学圣地亚哥分校的两位激光专家创立。西盟的工程师发现最佳做法是发射一个直径为三千万分之一米的小锡球，使它以时速约200英里的速度穿过真空。 然后以激光照射那颗锡球两次，第一次是加热它，第二次是以太阳表面温度好几倍的高温把它轰击成电浆体。这种轰击锡滴的过程，每秒重复5万次，就能产生制造芯片所需的EUV量。

 

再看镜头，起初莱思罗普只用把普通显微镜颠倒过来即可，但到了EUV阶段，对反射镜的工艺精度要求极高，直径30厘米的反射镜要求起伏不到0.3纳米，这相当于是做一条从北京到上海的铁轨，要求起伏不超过1毫米。或者用ASML现任CEO韦尼克的话来说：“如果反射镜面积有整个德国大，最高的突起处不能高于1厘米。”

 

再看机台，光刻机一次曝光的区域，只有指甲那么大，一块直径12英寸的晶圆全部曝光一遍，要移动好几百次。如今的光刻机每次移动的定位，要精确到几十纳米，相当于头发丝直径的几万分之一。如果两辆车以每小时3万公里的速度并行，两者差值必须小于0.5毫米，才能达到与光刻机一样的精度。

 

芯片行业时间就是金钱，滞销的过时产品价格断崖下跌很普遍。所以，光刻机必须24小时连续工作，全年停机时间不超过3%。让如此精密又复杂的机器长时间连续稳定工作，是工程学上的巨大挑战。

 

即便回到ASML刚成立的1984年，光刻机的研发也耗资巨大，因为迟迟不能盈利，连财大气粗的飞利浦也准备取消这一“非核心业务”，如果出售行不通，合资也行。其实如果当时飞利浦光刻机项目的决定人特罗斯特（此人后来曾短暂担任ASML CEO）不动用只有他掌握的隐藏储备金，飞利浦光刻机项目可能会更早停止。飞利浦的财务主管们之所以容忍特罗斯特的这种特权，是因为他们都依赖特罗斯特的其他项目为公司创造的业绩。

 

ASML：飞利浦与ASM的“勉强”联姻

 

本来当时美国的光刻机巨头Perkin-Elmer已经对和飞利浦合作表示兴趣，该公司已经在全球卖出了数千台Micralign光刻机。英特尔1978年6月推出了著名的8086处理器，就是用Micralign制造。在20世纪70年代末，Perkin-Elmer拥有90%的光刻市场份额，几乎和最顶尖芯片制造者都有往来：从大学到IBM、英特尔和NEC等巨头。

 

Perkin-Elmer拥有巨大的市场份额、强大的客户群和全球范围内的机器销售渠道，它似乎是帮助飞利浦在光刻机市场摆脱困境的理想选择。但飞利浦却因为未能及时决策和给出回应，拖黄了这次绝佳的机会。

 

在和另外几家潜在合作对象谈判失败后，飞利浦只剩下和ASM合作一条路了。

 

ASM的CEO阿瑟·德尔·普拉多年轻时曾在哈佛商学院学习，在美期间被硅谷计算机芯片产业的乐观和野心打动。荷兰一份著名的报纸后来引用他的话说：德尔·普拉多返回荷兰时，一手拿着晶圆，一手拿着500美元。他将自己的公司命名为先进半导体材料公司（ASM）。

 

普拉多干得很成功，ASM于1981年成为第一家在纳斯达克上市的荷兰公司。1978年，公司收入1400万美元；到1983年，收入又增长了6倍。而同期的飞利浦和Elcoma的芯片厂却裁员数千人。在普拉多看来，他已经能够造出除光刻机外的几乎所有芯片生产设备，只要加上光刻机，他就可以成为一站式的芯片设备供应商。

 

但对ASM的热情，飞利浦却很冷淡，原因首先是ASM的规模不够，1980年，ASM的收入才3700万美元。而据飞利浦方面计算，仅新一代步进光刻机的研发费用就将远远超过5000万美元；其次，与光刻机所需的先进技术相比，ASM制造线焊机所需的专业技术简直不值一提，飞利浦认为普拉多对光刻机的复杂性估计不足；最后，光刻机的销售与其他芯片生产设备不同，其他芯片生产设备的采购，经理层就能定，而光刻机的销售只有董事会才能决策，所以ASM的销售渠道对光刻机也没有帮助。

 

但为了拯救光刻机项目，飞利浦方面最终主动联系了ASM。会议只持续了一个多小时，刨除普拉多离席与团队商量的时间，双方交谈的时间不到15分钟，ASM即决定与飞利浦合作。光刻机业务符合普拉多的雄心壮志。ASM制造了芯片生产过程中每一道工序需使用的机器，但对最具战略性的光刻机，他此前却未涉及。

 

最终，双方合作设立50∶50的合资公司，即ASML。ASM出资210万美元，飞利浦则把在光刻机项目上库存的17套光刻机零部件等折价180万美元，再加30万美元现金作为出资。

 

虽然接下来普拉多和ASM没能熬过ASML光刻机的“烧钱机器”时期，几乎在“印钱机器”时期前夜撤资出局，累计3500万美元的投资打了水漂，但他确实在关键时刻出手，让飞利浦的光刻机技术免于被埋没，也促成了ASML的诞生。

 

接“烫手山芋”的人

 

对斯密特而言，担任ASML的CEO颇有些“重聚”的意味。

 

他曾在代尔夫特理工大学学习航空工程，后获得NASA的奖学金进入马里兰大学学习。为欧洲空间研究组织（现为欧洲航天局）工作时，他曾写过一本70页厚的小册子，分析地球磁场中的非线性太阳风流。他的研究证实并解释了NASA第一颗卫星当时测量的数据。

 

后来他在1969年加入飞利浦，因为受不了公司内部的官僚主义，一年后他选择了离开。

 

在与ASML员工的初次见面会后，斯密特立即联系了他在飞利浦的前同事，他们认为斯密特真是疯了才会接这么一个“烫手山芋”。

 

先看团队，被飞利浦调到合资企业ASML的工程师处境尴尬——他们成了光刻市场的笑话，没有人相信他们能成功。ASML的员工甚至把新公司看作是“杠杆剥离”，与“杠杆收购”相对应——因为破产而分拆企业。他们都认为飞利浦只是想摆脱不必要的负担。

 

再看既有产品，飞利浦16台即将生产出来的PAS 2000光刻机也移交给了ASML。这些光刻机采用油压工作台，需要配合的动力单元比机器本身还要大，这又产生了震动和噪音的问题，而且还有油污的风险。PAS 2000的光学部件来自法国，精度不够。有这些硬伤的光刻机很难卖出去。

 

最后看市场情况，就在ASML成立的时候，当时的市场领导者GCA已交付数百台光刻机，亚军尼康也正在快速占领市场。ASML的市场份额是多少呢？零。

 

但在和团队长时间谈话后，斯密特心中的迷雾开始消散，飞利浦光刻技术中的许多元素在当时仍然领先，其对准系统精确叠加芯片图案的技术非常先进，而且飞利浦的Natlab实际已经开发了替代油压工作台的电动晶圆台，这是竞争对手没有的优势。在当时，Natlab是世界的传奇，节能灯泡、便携式X光机、旋转剃须系统、录像机都出自该实验室。为在合资过程中保护自己的利益，飞利浦和ASM签订的合同十分苛刻，其中包括ASML每年向Natlab支付收入的1.5%作为研发费用，但ASML也有机会从Natlab获得推进光刻机开发所需的一切技术。

 

找钱、造机器、卖出去

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斯密特认为最终决定ASML命运的，还是客户。他在1984年5月底飞到加利福尼亚州圣马特奥参加SEMICON West展会，拜访硅谷的那些芯片制造商们，却迎来当头一棒。

 

美国芯片制造商告诉斯密特，装机量（在客户工厂中运行的机器数量）本身很关键。光刻机如此复杂，会因为极小的因素就宕机，芯片厂希望将停机时间保持在最低水平，所以售后服务至关重要。最多的时候，GCA有数百名服务工程师在现场工作。ASML还没有售出机器，也没有服务部门，毫无芯片生产的实践经验，而GCA和尼康已经拥有数百台装机量。

 

但这次展会上的行业脉动又给了斯密特希望，芯片行业都在尽力维持摩尔定律的效力，而从大规模集成电路（LSI）到超大规模集成电路（VLSI）需要新一代光刻机。芯片线路将缩小到1/1000毫米以下，光刻机处理的将不再是4英寸的晶圆，而是6英寸的晶圆。这一转变将在今后两年内发生。新一代光刻机要将0.7微米的细节成像到晶圆上，并实现更紧密的微电子集成。而斯密特在展会上明确得知：还没有人找到这种芯片的光刻解决方案。佳能、GCA、尼康和Perkin-Elmer公司制造的机器仍然使用导程螺丝杆来移动晶圆台，他们的图像细节达不到小于1微米的定位精度，而这正是ASML技术的优势所在。

 

作为一名航空狂热者，斯密特研究过航空业的整合，从他还在上大学到他拿到博士学位，世界上的飞机制造厂从50家减少到只剩下几家。在ITT任职期间，斯密特还亲历了电信业的变革。他知道新厂商在成熟市场没有机会，除非可以取得重大的技术突破。

 

现在，斯密特和ASML有两个选择：要么在开业前就关门；要么在两年后交付一台成熟的VLSI光刻机，征服市场。

 

斯密特在激励团队时会用体育作类比。如果按照他这个表达方式，接下来ASML要做的事和篮球场上的“跑轰”战术相似——把球抢到手、快速推进至对方半场、把球投进去，ASML需要找来足够的钱，在短时间内把机器造出来，最后把机器卖出去。

 

要1亿美元？

 

但在飞利浦，新一代机器可能需要10年时间才能制造出来，ASML却只有两年，他们的工程师必须打破传统的研发模式，解决方案是把机器拆分为各个模块，专业团队将并行开发每个模块。真正的问题在最后的组装阶段，传统方法是逐个测试所有子系统，如果某个子系统出问题，其他子系统只能干等着。ASML只有同时构建5个原型，5个团队并行工作，才能将测试和组装阶段的时长从两年半缩短到6个月。在高峰时期，他们需要250名工程师同时工作。

 

工程师团队为此给出了1亿美元的报价，而且认为斯密特绝不可能让董事会接受。斯密特却并不惊慌，在ITT，他处理过更大数额的投资。在脑海里排练了8天之后，斯密特把这个天价预算提交给了董事会，他的演讲激情洋溢，讲述了自己在展会上看到的危机和机会，他认为光刻机行业将重复航空和电信领域的市场规律，新一代设备的研发投资是上一代设备的10倍，每一轮都会有厂商被淘汰。现在有大约10家公司正在争夺市场份额，最后只会剩下几家而已。

 

“因此，我们至少要进入前三名。”斯密特解释道，“要进入前三名，就只有一个办法——将投资做到行业榜首。我们必须去争取金牌，第三名都是不够的，我们必须争取第一名。我们获胜的唯一机会是制定积极进取、创新、集中的战略。不可避免的洗牌显示了市场的残酷。如果我们幸运，我们最终会登上顶峰；如果我们不太成功，我们将最终排在第三名；如果我们运气不好，我们会以第六名的成绩出局。但是，如果我们对排名第三或第六感到满意，那么我们最好现在就收手别干了。我们必须把目标定在顶峰，没有其他选择。这是我们唯一的生存机会。”

 

斯密特留给董事会的选择是：付钱，或让ASML倒闭。

 

董事会暂时的答复是“可以”，飞利浦和ASM决定各增加150万美元投资。董事会希望斯密特自己去找投资并制订更详细的计划，现在他可以推动团队造机器了。他们将新产品的名字定为PAS 2500，计划在1986年的SEMICON West展会上展示该机器。

 

既然赶工，就不能学飞利浦

 

斯密特给ASML注入了一种完全不同于飞利浦的“非正式文化”，为激励最初士气低迷的团队，他甚至会专门请人制作卡通幻灯片，这对此前在飞利浦工作的工程师完全是新鲜事。

 

为快速招募大量工程师，ASML打出的第一则招聘广告，上面ASM和飞利浦的标识十分醒目，让人以为在ASML工作就是在飞利浦工作。这让斯密特受到了飞利浦的责骂，但他假装自己不知道不该如此。广告中还说，不需要回信发简历。有兴趣申请的人可以在晚上6点到10点之间打电话联系。这种做法在那个时代非常特别，其实ASML在电话里就开始了第一轮淘汰。糟糕的经济形势使得荷兰国内有许多待就业的工程师，广告吸引了大约300名申请人。

 

ASML的生产方式也和飞利浦完全不同，为了追求研发速度和出货台数，自己制造一切是不可能的，因此尽可能外包是公司的关键战略之一。ASML在最初成立的几个月里，就确定了公司的定位：一家只进行研发和组装的公司。这在那时是闻所未闻的。

 

因为飞利浦的部分子公司不能按时交货，ASML往往不得不另寻供应商，在20世纪80年代后期，一些细分领域的小供应商能接到像ASML这种规模的订单就足以维持运营。ASML著名的外包生态系统的种子是在那些年种下的。

 

为了管理庞大的供应链和生产流程，ASML要求开发人员在生产的早期就参与进来，让他们选择零部件。每一次调整，包括对每一个螺丝和螺母的调整，研发人员都必须如实地记录在物流系统中。这样既能让供应商在备货时更明确，又能让ASML更好掌握各部件的到货进度。为了引导一万个零件从河流汇入大海，ASML甚至在成立初期就花费数百万美元，从施乐公司购买物流和供应链系统，还为此雇用了一名全职员工来监督该系统的信息录入。

 

此时经济衰退的最初迹象已经显露，芯片制造商越来越谨慎。因此斯密特希望客户能够尽快开始试用机器，而不是等两年后的PAS 2500。

 

于是ASML团队6个月就造出了过渡机器PAS 2400，是在PAS 2000基础上，把液压机台换成了Natlab的电动机台。在这个过程中，以创业公司节奏赶工的ASML工程师不得不和飞利浦的节奏斗争。如果ASML工程师在周五下午打电话询问零件，飞利浦那边就会说：“不可能在周末之前把零件拿出来，因为现在快5点了。”飞利浦的员工从不加班。解决方法居然是：给他们一点现金，几杯啤酒，一瓶或两瓶葡萄酒。后来ASML工程师的后备箱总是装满了啤酒和葡萄酒，以便尽快从飞利浦提取订购的零件。此外，他们还时不时地用现金给工人一些加班费。

 

在1985年的SEMICON West展会上，ASML的一位工程师对比了PAS 2400和展会册子上竞争对手的机器，他熟悉的别家机器在演示中都出了问题，维修时展台经常关闭，而PAS 2400几乎一直在运行。

 

为了赶工PAS 2500，ASML的一些员工会加班到深夜。ASML在维尔德霍芬租了一栋房子，离家远的工程师如果加班到深夜，可以直接睡在那里。为防所有的床都被占，他们都把睡袋放在汽车的后备厢里。

 

而原定1986年1月1日就该完成的PAS 2500，终于在1986年5月初赶上了参加当年的SEMICON West展会。一位ASML工程师观察了竞争对手的展位并进行了一次简短的调查。他的第一个问题：哪家拥有最好的光刻机？对手都回答：我们。下一个问题：谁家有第二好的机器？对手都回答：ASML。

 

如何争取AMD、美光、台积电

 

在1986年年初，ASML迎来了它的第一位客户，一家小型芯片制造商MMI购买了PAS 2400。从那时起，ASML终于真正成为了一家拥有装机量的新晋竞争者。虽然PAS 2400只是一台过渡机器，但MMI对这台机器非常满意，其生产负责人允许ASML在1986年年初投放的广告中使用他的照片。

 

PAS 2500在1986年SEMICON West展会上的风光也吸引了另一位客户赛普拉斯，该公司CEO罗杰斯提出了相当多的要求。“你们有世界上最好的机器。”罗杰斯对斯密特说，“但如果机器搞砸了我的项目逼得我跳楼，我想确保你也一起跳。所以，你必须购买我公司的一些股份。”

 

这种股权关系连接的利益共同体在芯片行业其实并不罕见，比如为加强与关键供应商蔡司的关系，后来ASML也入股了蔡司的半导体制造技术事业群(SMT)。

 

后来ASML的首席财务官设法和NMB银行解决了股份购买的资金，ASML也拿到了赛普拉斯的订单。

 

但当时斯密特最想得到的客户是AMD。为此他不惜对AMD CEO 杰瑞·桑德斯公开“喊话”。

 

在SEMICON West春季宴会上，桑德斯哀叹美国芯片设备制造商的质量和服务太差，不得不向日本购买设备。于是斯密特就在行业期刊上登广告，大字标题：“我们听见了你的话，杰瑞。”广告正文：“ASML光刻机接受杰瑞·桑德斯的可靠性挑战，保证提供90%的运行时间，这几乎是该行业现在的2倍。杰瑞，你甚至不用担心圣安德里亚斯断层的地震，我们这些机器是牢不可摧的。”

 

1986年秋天，AMD让相关经理提前准备好购买PAS 2500的文书。但在最后一刻，桑德斯没有下单。当时行业还在衰退期，他也没资金了，他想等到市场复苏更明朗再作决定。这笔取消的订单占到当时ASML一半的产能。

 

直到1987年6月1日，AMD才签署了购买25台PAS 2500的合同。说服AMD的不是斯密特，而是ASML在MMI的机器。AMD收购MMI并清点库存时，发现Perkin-Elmer的机器在角落里落灰。而与此同时6台PAS 2400在ASML服务工程师的支持下正在不断地制造晶圆，这让AMD最后对ASML说“同意”。

 

同样的故事在20世纪90年代初又重演了一次，三星在参观ASML客户美光（Micron）的工厂后主动联系了ASML，双方在波折的谈判后达成合作。

 

在20世纪80年代末，ASML获得了两个关键客户。

 

首先是美光。ASML在协商后决定对其派驻一组服务人员，目标是使PAS 2500满足ASML承诺的所有规格，即提高每天的平均晶圆产量和缩短机器的最大停机时间。ASML还附加了一个条件：如果机器的性能得到改善，它将分享利润。在随后的几年里，美光稳步增长，ASML从中获益。在大多数美国公司已经把内存领域让给日本人时，美光仍坚持生产，如今已经是全球最大的半导体储存及影像产品制造商之一。

 

另一个是台积电。1987年台积电成立时，飞利浦以芯片技术换取其27.5%的股份并获得了5800万美元。台积电也算是飞利浦的子公司，它充分利用了这个优势，让ASML的谈判很艰难，台积电拒绝为服务支付费用，最后还向ASML发送了一份两个拳头厚的合约。

 

1988年年底，台积电刚完成机器安装工作就发来传真：需要17台新机器，因为工厂被烧了。这笔订单在关键时期给ASML提供了喘息空间。在送回机器中，有几台只受到了很小的烟雾损害，很多机器很容易被修好。1989年，台积电的保险公司——最后真正掏钱的金主，成了ASML当年最大的客户。

 

但在ASML拿到AMD订单之后不到4个月，斯密特就卸任了ASML CEO。从财务状况上看，斯密特卸任时ASML比1984年成立时还要差，到1987年年底，这家公司已经花费了近5000万美元。计划的销售目标没有实现，ASML不断亏损。ASM和飞利浦的蜜月期已经结束。但ASML已经拥有一个充满创造力且自力更生的开发团队，物流和大规模生产系统也趋于成熟。

 

斯密特被ASML的CFO吐槽为“花钱大王”，即便公司一直亏钱，斯密特对每日收费700美元的外部咨询顾问还是照用不误，甚至负担顾问同去美国的差旅费，这当然会引发周围人的不满。但如果不是因为他看重机会胜过成本，在行业衰退期间仍坚持投资，开场就向顶峰冲击，ASML也不可能获得此后在光刻机领域的主导地位。

 

熬过发不出工资的至暗时刻

 

现在用后视镜看，从1984年至1987年，市场长时间的衰退其实反而给了ASML喘息空间，如果没有衰退，佳能和尼康很可能占领整个市场，因为ASML和美国光刻机巨头GCA的关键供应商蔡司产能太差。即便有大订单，ASML在1986年和1987年的产能也根本无法完成。衰退对佳能和尼康的影响比对ASML大得多。

 

1988年春天，ASML经历了将要发不出工资的至暗时刻，靠飞利浦一笔130万美元的转账才活过来。同一年，ASM为避免被ASML拖垮撤资，飞利浦承担ASM在ASML中的股份与债务。

 

最终让ASML扭亏的是PAS 5500，这台机器实现了像乐高一样的模块化系统，可以像模型套件一样拆装。就以前的光刻机而言，在不得不更换镜头时，芯片制造商通常需要停产数周并花费大量资金。

 

ASML为潜在的大客户IBM准备了一场组装PAS 5500的“演出”，当IBM方面因为国际形势不能飞到荷兰看机器时，ASML选择录好“演出视频”去IBM，结果这台设备的先进程度让IBM的人十分激动。

 

1993年的前几个月，资金开始加速流入ASML。订单量和交货量齐升，最新的光刻机卖出了高得多的价格，服务和升级的收入也在增加。1992年，公司的年收入从8100万美元跃升至1.19亿美元，ASML现在终于可以靠自己生存了。虽然那一年公司依旧亏损2000万美元，这主要是因为PAS 5500诞生前的“阵痛”。PAS 5500使公司的现金流不断增长。在公司的历史上，资金首次正向流入，而不是流出去。

 

ASML用支票偿还了1992年5月飞利浦2100万美元的“输血款”，一天后，飞利浦财务部门负责人打来电话，请ASML再也不要用支票支付这么大一笔钱了，这样公司损失了两天的利息。

 

1995年，ASML成功上市，不过不是在荷兰，他们在路演时得到的反馈很冷淡，连养老金都不相信他们，他们只能转向纳斯达克。在美国上市，以及美资股东引入，可能是ASML后来能避开一些地缘限制的原因。

 

等到1996年，ASML的一些员工开始穿着印花T恤四处走动，T恤上面写着：我们将打败日本人。

 

打败日企

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浸入式光刻是ASML打败尼康的关键节点。

 

20世纪90年代末，光刻光源被卡在193nm无法进步，摩尔定律受阻，科学家和产业界提出了各种方案。

 

最后胜出的是一个工程上最简单的解决办法，在晶圆光刻胶上方加1mm厚的水。水可以把193nm的光波长折射成134nm。浸入式光刻成功翻越了157nm大关，直接做到半周期65nm。加上后来不断改进的镜头、光刻胶，还有FinFET等技术，浸入式193nm光刻机一直做到7nm制程(iPhone XS搭载的A12芯片就采用7nm制程)。ASML现任CEO韦尼克曾说：“iPhone能出现，是因为浸入式光刻技术。”

 

2002年台积电的林本坚博士提出了浸入式193nm的方案，随后ASML在一年的时间内就开发出样机。而台积电也成为了第一家实现浸入式量产的公司，自此追上了之前制程领先的英特尔。

 

浸入式改进小、效果大、成本低，几乎没有人去订购尼康几乎同时推出的157纳米干式光刻机。虽然尼康只用了一年时间就完成了对浸入式技术的追赶，但ASML已经抢先夺下IBM和英特尔等许多大客户的订单。

 

这导致后面尼康不再强势。尼康在2000年还是老大，但到了2009年ASML市占率达到近七成，遥遥领先。

 

EUV光刻机之难在前文已有描述，一台EUV光刻机有超过10万个零件，需要40个集装箱运输，重达180吨，安装调试都要超过1年。

 

早在1997年，面对挑战193nm之难，英特尔说服了美国对高科技最开明的克林顿内阁，发起了合作组织EUV LLC。该组织由英特尔和美国能源部牵头，还包括摩托罗拉以及AMD，以及美国三大国家实验室——劳伦斯利弗莫尔实验室、劳伦斯伯克利实验室和桑迪亚国家实验室，投资两亿美元集合几百位顶级科学家，从理论上验证EUV光刻的可行性。

 

美国政府对20世纪80年代和日本的贸易战依然很敏感，不想让尼康、佳能等日本公司与美国的国家实验室合作，虽然尼康本来就认为EUV技术行不通。

 

结果是尼康被排除在外，ASML被允许加入（在做了一堆对美国贡献的许诺后）。

 

2012年，ASML请英特尔、三星和台积电入股自己，因为EUV光刻机的研发投入需要每年10亿欧元。总共算下来，ASML从三大巨头成功筹得53亿欧元资金。而2012年全年，ASML的销售额也才47亿欧元。

 

2015年，可量产的EUV光刻机样机发布，ASML站上光刻技术之巅。

 

不可复制的故事

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正如《光刻巨人：ASML崛起之路》一书作者瑞尼·雷吉梅克在接受《中国经济周刊》采访时说的那样：如果你想制造出一台光刻机，就需要在技术上投入大量的资金和人力，然而这样的技术也只能维持几代人。想复制ASML的成功，需要企业同时拥有资金、人才、政府支持以及历史性的机遇。

 

ASML的成功无法复制，但其经历对芯片行业的后来者不无教益，尤其是其独特的外包方式和供应商生态。

 

如今的芯片产业供应链错综复杂，一颗典型的芯片，可能是一个加州或中国的工程师团队，使用美国的设计软件，根据总部位于英国的ARM公司的蓝图设计出来的。 设计完成后，会送到中国台湾的工厂，那家工厂再从日本购买超纯硅片及特殊气体，接着利用一家荷兰公司制造的、全球最精密的机器，把前述的设计刻在硅上。如果没有这些公司，很难制造出先进的芯片。 之后，芯片会经过封装与测试，通常是在东南亚进行，然后才运到中国，装进手机或电脑。

 

还是以iPhone为例，台积电和三星作为代工厂，是苹果的供应商；ASML作为光刻机制造商，是台积电、三星的供应商；而蔡司作为光学元件制造商，是ASML的供应商……

 

而根据ASML 2022年年报，其供应商总数约为5000家，其中1600家在荷兰，1300家在北美，1350家在亚洲。

 

这个漫长的链条分担研发成本，也分享商业利益。

 

有分析认为，苏联在芯片上的落后一大原因是缺乏国际供应链。硅谷与美国盟友合作打造的全球化分工极有效率。当时日本主要生产内存芯片，美国生产较多的微处理器，日本的尼康与佳能以及荷兰的ASML瓜分了光刻机设备市场。 东南亚的工人负责大部分的最后组装。 美国、日本、欧洲的公司在这个链条上争夺地位，但它们却都能够把研发成本分摊到一个远比苏联还大的半导体市场上，因而受益。

 

如何利用好国际供应链，如何定位自己在国际供应链中的位置，这是每个芯片行业后来者该认真思考的问题。

 

本文综合自：

（荷）瑞尼·雷吉梅克著；金捷幡译：《光刻巨人：ASML崛起之路》，人民邮电出版社，2020.10。

（美）克里斯·米勒著；蔡树军译：《芯片战争：世界最关键技术的争夺战》，浙江人民出版社，2023.5。

余盛：《芯片战争》，华中科技大学出版社，2021.11。

“金捷幡”公众号“光刻机之战”系列组文

B站UP主“谈三圈”光刻机与芯片系列科普视频。

（本文刊发于《中国经济周刊》2023年第22期）​​​​

 

 

本文转自于   中国经济周刊