陳啟

提起荷蘭，大多數(shù)人的第一反應(yīng)是郁金香的國(guó)度。

但除了郁金香，還有一家曾默默無(wú)聞的半導(dǎo)體設(shè)備公司—光刻機(jī)設(shè)備制造商ASML（阿斯麥）。

這家公司的成長(zhǎng)經(jīng)歷頗為傳奇，成立初期便遇上半導(dǎo)體低谷期，一臺(tái)設(shè)備都賣(mài)不出去，虧損近10年，一度徘徊在生死邊緣，在老東家飛利浦眼里食之無(wú)味，棄之可惜。但頑強(qiáng)的ASML最終挺了過(guò)來(lái)，逆襲成為當(dāng)下光刻機(jī)領(lǐng)域的絕對(duì)王者，目前在高端光刻機(jī)市場(chǎng)占據(jù)90%以上份額，成為現(xiàn)在EUV光刻機(jī)唯一的供應(yīng)商。

本文將結(jié)合光刻機(jī)發(fā)展歷程，呈現(xiàn)如今38歲的ASML是如何一步步登峰的。

芯片產(chǎn)業(yè)是信息時(shí)代的基石產(chǎn)業(yè)。有了更先進(jìn)的光刻機(jī)，人類得以不斷挑戰(zhàn)芯片制造工藝極限，摩爾定律不斷延續(xù)，計(jì)算機(jī)、手機(jī)等電子產(chǎn)品性能才能越來(lái)越強(qiáng)、功能越來(lái)越豐富。

從集成電路工藝的角度而言，芯片制造就是在硅片上指甲蓋大小的面積里放下幾億個(gè)甚至幾十億個(gè)晶體管，并且一次性生產(chǎn)幾千片，甚至幾萬(wàn)片這樣的硅晶圓。同樣面積內(nèi)的晶體管數(shù)量要翻倍，就意味著每個(gè)晶體管就必須不斷縮小。

要做更小的晶體管，需要更小的曝光技術(shù)，光刻機(jī)就成了最關(guān)鍵的設(shè)備。因此，光刻機(jī)的水平?jīng)Q定了一家芯片制造公司的工藝水平。

1904年，美國(guó)科學(xué)家約翰·安部羅斯·弗萊明，為自己發(fā)明的電子管弗萊明閥申請(qǐng)了專利，這標(biāo)志著人類歷史上第一只電子管誕生，世界開(kāi)始邁向電子時(shí)代。

1942年，在賓夕法尼亞大學(xué)莫爾電機(jī)工程學(xué)院的莫希利教授，以及計(jì)算機(jī)之父約翰·馮·諾伊曼的努力下，第一臺(tái)電子管計(jì)算機(jī)“ENIAC”被制造出來(lái)，計(jì)算速度提升了上千倍，但體積大、功耗大、易發(fā)熱，且極易損壞。

1945年夏天，貝爾實(shí)驗(yàn)室制定了一個(gè)龐大的研究計(jì)劃：以固體物理為主要研究方向，希望用半導(dǎo)體技術(shù)替代真空電子管。

1947年12月，人類第一個(gè)點(diǎn)接觸晶體管在威廉·肖克利、沃爾特·布拉頓、約翰·巴丁3人手中誕生，這是一個(gè)跨時(shí)代的偉大發(fā)明。1956年，3人共獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

1959年，在晶體管發(fā)明10年后，德儀工程師基爾比和英特爾的諾伊斯幾乎在同一時(shí)期發(fā)明了集成電路，人類進(jìn)入集成電路的新世界。

1965年，英特爾創(chuàng)始人戈登·摩爾預(yù)言了未來(lái)集成電路的發(fā)展規(guī)律：每18個(gè)月，同樣面積下的晶體管數(shù)量翻倍，但價(jià)格不變（摩爾定律）。這意味著晶體管尺寸將不斷縮小，晶體管的制程工藝不斷微縮。從制造簡(jiǎn)單的分立器件到復(fù)雜集成電路，光刻機(jī)作為關(guān)鍵核心設(shè)備登上舞臺(tái)。

早在1930年代時(shí)，哈佛大學(xué)杰斐遜物理實(shí)驗(yàn)室的天文學(xué)家David Mann就制作了一個(gè)帶有導(dǎo)程螺絲桿和微米線的測(cè)量引擎，使其能夠高精度地測(cè)量和定性光譜。在同事鼓勵(lì)下，David Mann以自己的名字創(chuàng)立了一家機(jī)械測(cè)量?jī)x器公司。當(dāng)時(shí)，David Mann的“微米輪”可達(dá)1/1 000毫米的精度，是個(gè)難以置信的成就。

1959年，傳奇公司GCA（Geophsical Corporation of America）收購(gòu)了這家小公司，David Mann成了GCA公司的一個(gè)事業(yè)部。

1960年，David Mann的工程師利用博士倫光學(xué)顯微鏡的物鏡部分，制造了第一臺(tái)完全手動(dòng)的分布重復(fù)照相機(jī)，即分步重復(fù)曝光光刻機(jī)。

次年，David Mann向市場(chǎng)推出了第一臺(tái)光刻機(jī)—971型，盡管這臺(tái)機(jī)器有瑕疵，但足以滿足當(dāng)時(shí)晶體管的制造水平，包括太平洋半導(dǎo)體、IBM、肖克利半導(dǎo)體、德儀及飛利浦的電子制造部門(mén)Elcoma都采購(gòu)了這臺(tái)光刻機(jī)。

David Mann公司的成功，促使好幾家公司開(kāi)始效仿，踏入了這個(gè)新興的市場(chǎng)。不過(guò)當(dāng)時(shí)光刻機(jī)市場(chǎng)規(guī)模還太小。

除了David Mann，其他美國(guó)廠商也向顯微鏡制造商博士倫訂購(gòu)光學(xué)元件，但隨著退貨次數(shù)增加，供應(yīng)商名單換成了日本尼康。尼康開(kāi)始進(jìn)入半導(dǎo)體光學(xué)領(lǐng)域，為其日后推出自家的光刻機(jī)打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

1960-1974年，當(dāng)時(shí)光刻機(jī)所使用的掩膜板是1 ：1的，沒(méi)有復(fù)雜的光學(xué)投影系統(tǒng)。彼時(shí)市面有兩種光刻機(jī)，接觸式光刻機(jī)和漸進(jìn)式光刻機(jī)。

接觸式光刻機(jī)，即把光掩膜板蓋在涂有光刻膠的硅片上，然后打開(kāi)光源，“咔嚓”一下，完成曝光。這個(gè)方法使得光刻膠很容易造成污染，且隨著曝光次數(shù)增加掩模容易損壞，因此失敗率很高，芯片良率奇低，成本非常昂貴。

漸進(jìn)式光刻機(jī)，光掩膜板不與硅片直接接觸，光刻機(jī)里加入了量測(cè)工具，讓兩者盡可能接近。但新的問(wèn)題隨之而來(lái)，光有衍射效應(yīng)，投影時(shí)邊緣會(huì)變模糊，造成光刻機(jī)精度下降，出現(xiàn)較大的投影誤差。

因良率太低，一片4英寸硅片壓根生產(chǎn)不了幾顆芯片，所以當(dāng)年的芯片極其昂貴。

1967年，美國(guó)軍方聯(lián)系老牌光學(xué)設(shè)備廠商Perkin Elmer（珀金埃爾默，哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的鏡片制造商），希望能做出一種精度高，又不用把掩膜板壓在光刻膠上的光刻機(jī)。

經(jīng)過(guò)數(shù)年開(kāi)發(fā)，Perkins Elmer在1974年推出了劃時(shí)代的光刻機(jī)：Micralign 100。自此，光刻技術(shù)進(jìn)入投影式時(shí)代。

Micralign的誕生大大提高了光刻工藝的良率，良率從接觸式光刻的約10%提高到了70%。技術(shù)的更新，芯片制造廠的良率大幅提高，芯片價(jià)格立竿見(jiàn)影大幅下跌。

1974年，摩托羅拉的6800微處理器要賣(mài)295美元/顆。1年后，摩托羅拉的工程師查爾斯·恰克·佩德?tīng)枎е蝗盒』锇榧尤肓薓OS科技。在MOS科技，他們使用Micralign 100光刻機(jī)生產(chǎn)出了MOS 6502處理器，只賣(mài)25美元。

MOS 6502引起了一位年輕商人的興趣，他就是蘋(píng)果的創(chuàng)始人斯蒂芬·喬布斯，隨后蘋(píng)果電腦上用上了這顆芯片。

MOS 6502大賣(mài)，僅25美元的價(jià)格讓一切變得可能，市場(chǎng)上基于MOS 6502的微型電腦如雨后春筍般出現(xiàn)，從數(shù)千美元一臺(tái)的商用微型計(jì)算機(jī)，到只有幾百美元的家用計(jì)算機(jī)都能看到它的身影。大名鼎鼎的任天堂紅白機(jī)，以及國(guó)內(nèi)曾紅極一時(shí)的文曲星也使用了這款芯片。

英特爾、德儀等公司的訂單如雪花一樣飛來(lái)，Perkins Elmer因Micralign 100光刻機(jī)的大賣(mài)賺了一把。盡管售價(jià)是漸進(jìn)式光刻機(jī)的3倍，但良率提高最終能得到的芯片更多，反而讓所有采購(gòu)Micralign 100的客戶賺得盆滿缽滿。

進(jìn)入半導(dǎo)體設(shè)備領(lǐng)域不到3年，Perkins Elmer變成了當(dāng)時(shí)最大的半導(dǎo)體設(shè)備公司。

但好景不長(zhǎng)，隨著摩爾定律繼續(xù)發(fā)展，芯片制程繼續(xù)縮小，Perkins Elmer基于1 ：1純反射式光刻機(jī)的缺點(diǎn)越來(lái)越明顯。Perkins Elmer開(kāi)始追不上更精密的芯片制程，步進(jìn)式光刻機(jī)（stepper）開(kāi)始嶄露頭角，光刻技術(shù)進(jìn)入縮放投影時(shí)代。

1978年，GCA公司率先推出首款步進(jìn)式光刻機(jī)DSW 4800并迅速占領(lǐng)市場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)了高達(dá)70%的市占率。緊接著日本雙雄—尼康和佳能也開(kāi)始發(fā)力。而Perkins Elmer繼續(xù)沉迷在過(guò)去的成功中，既沒(méi)有投入資源研發(fā)下一代光刻機(jī)，也沒(méi)有認(rèn)真聽(tīng)取客戶意見(jiàn)故步自封。

丟失市場(chǎng)后的Perkins Elmer醒悟時(shí)已為時(shí)已晚，最后孤注一擲研發(fā)EUV，結(jié)果也以失敗告終。之后，Perkins Elmer的半導(dǎo)體光刻機(jī)事業(yè)部賣(mài)給了SVG，2001年SVG又被ASML以16億美元收購(gòu)。

盡管Perkins Elmer在后續(xù)競(jìng)爭(zhēng)中失敗，但不可否認(rèn)Perkins Elmer的Micralign 100光刻機(jī)的貢獻(xiàn)。Micralign 100光刻機(jī)大幅提高了芯片制造的良率，芯片價(jià)格降了下來(lái)，由此讓更多電子產(chǎn)品走進(jìn)了尋常百姓家。

至此第一次光刻機(jī)大戰(zhàn)結(jié)束，美國(guó)幾個(gè)廠家你追我趕，最終GCA笑到了最后。但意想不到的是，接下來(lái)GCA也因傲慢付出了慘痛的代價(jià)。

GCA公司因研發(fā)出倍縮光掩模的步進(jìn)式光刻機(jī)—DSW 4800，奪回了失去的市場(chǎng)和客戶。70年代初，GCA把鏡頭供應(yīng)商從博士倫換成了尼康，但為了獲得所需的遠(yuǎn)心式鏡頭，GCA拋棄尼康，轉(zhuǎn)頭和德國(guó)蔡司合作。

而這家被GCA拋棄的日本公司，最終成了GCA的掘墓人。

正當(dāng)GCA與Perkins Elmer兩家美國(guó)廠商打得火熱時(shí)，1982年在IBM和德儀的工廠里，出現(xiàn)了一臺(tái)來(lái)自日本的光刻機(jī)，不管是光學(xué)系統(tǒng)，還是硅片工件臺(tái)，看上去都和GCA的步進(jìn)式光刻機(jī)相差無(wú)幾，這就是尼康當(dāng)年推出的NSR-1010G。

這家在鏡頭配件只配做GCA小弟的日本廠商，如何能在短短幾年內(nèi)打破GCA的技術(shù)壟斷，研發(fā)出自己的步進(jìn)式光刻機(jī)？故事要從1976年說(shuō)起。

1976年，日本通信產(chǎn)業(yè)省開(kāi)啟了超大規(guī)模集成電路計(jì)劃，簡(jiǎn)稱VLSI項(xiàng)目—“超LSI技術(shù)研究組合”。

這是一個(gè)舉日本全國(guó)之力推動(dòng)電子產(chǎn)業(yè)升級(jí)的4年規(guī)劃，政府每年投入180億日元，組織日本國(guó)內(nèi)最大的5家半導(dǎo)體廠家東芝、日立、富士通、三菱電機(jī)、日本電氣在內(nèi)的技術(shù)聯(lián)盟，彼此合作，集中力量辦大事。

在4年規(guī)劃中，日本選擇了幾個(gè)重點(diǎn)突破技術(shù)路線，光刻技術(shù)和設(shè)備就是其中之一。

作為老牌光學(xué)廠商的尼康和佳能，雖明面上沒(méi)有加入該項(xiàng)目，但也在通產(chǎn)省組織的合作框架下，開(kāi)始了各自的光刻機(jī)研發(fā)任務(wù)。

佳能此前主要做相機(jī)鏡頭，在精密測(cè)量部分尚有欠缺，因此仿制的是門(mén)檻較低的Micralign對(duì)準(zhǔn)儀。而尼康前身是成立于1917年的日本光學(xué)株式會(huì)社，在鏡片制造和精密測(cè)量技術(shù)方面有深厚的技術(shù)功底，既能做高分辨率的相機(jī)鏡頭，又能做天文望遠(yuǎn)鏡，甚至軍工級(jí)的光學(xué)測(cè)距儀。此外，在GCA踢除安捷倫時(shí)，用過(guò)一段時(shí)間的尼康鏡片，讓尼康得以了解半導(dǎo)體光學(xué)的最新技術(shù)。

精密光學(xué)鏡片加工能力和精密測(cè)量技術(shù)，這兩者都是解鎖步進(jìn)式光刻機(jī)的前置技能，因此尼康被寄予厚望。

盡管自身技術(shù)積累不俗，但尼康要想實(shí)現(xiàn)從無(wú)到有，也非易事。日本電氣把買(mǎi)到的GCA光刻機(jī)交給尼康拆解分析研究。不久后的1980年，尼康推出了首臺(tái)步進(jìn)式光刻機(jī)。

初代尼康光刻機(jī)有不少問(wèn)題，但在日本電氣和東芝支持下，多方技術(shù)人員通力合作，及時(shí)反饋實(shí)際工作過(guò)程中的問(wèn)題，幫助尼康更新迭代技術(shù)，尼康光刻機(jī)水平迅速提高。

1982年，尼康成功把機(jī)器賣(mài)到了IBM和德儀。美國(guó)人驚訝地發(fā)現(xiàn)，尼康的“山寨”光刻機(jī)有不輸GCA的性能，而鏡頭穩(wěn)定性和自動(dòng)化程度在GCA之上，更重要的是其服務(wù)態(tài)度，非傲慢的美系廠商可比。

當(dāng)時(shí)，美國(guó)廠商設(shè)備賣(mài)出去就不管了，而日本廠家還贈(zèng)送5名工程師組成的服務(wù)團(tuán)隊(duì)，隨時(shí)提供技術(shù)支持，保證光刻機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行。

當(dāng)尼康一路高歌猛進(jìn)時(shí)，GCA的產(chǎn)能問(wèn)題遲遲沒(méi)有改善，其鏡頭供應(yīng)商蔡司當(dāng)時(shí)正值低谷期，鏡頭頻頻出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，延遲交貨，無(wú)法滿足GCA擴(kuò)大產(chǎn)能的需求。此消彼長(zhǎng)之后，其他廠商逐漸失去了對(duì)GCA的耐心。

1984年，尼康出貨量基本與GCA持平，甚至還先于GCA推出升級(jí)光源后的i線光刻機(jī)NSR-1010i3型，廣受客戶好評(píng)。此時(shí)，另一家日本光刻機(jī)廠商佳能，也推出了自己的首款步進(jìn)式光刻機(jī)FPA-1500FA。

同年4月1日，在歐洲荷蘭的一個(gè)小城市，還誕生了一家脫胎于飛利浦Natlab的小公司，即日后的光刻機(jī)霸主—ASML（阿斯麥），但當(dāng)時(shí)ASML還完全沒(méi)法與尼康及GCA競(jìng)爭(zhēng)。

1985年，尼康正式超過(guò)GCA，成為業(yè)界第一大光刻機(jī)供應(yīng)商。這一年GCA大虧1.45億美元，次年放棄低端機(jī)型斷臂求生，把全部身價(jià)壓在了高端機(jī)上，但因資金鏈斷裂無(wú)力支撐后續(xù)研發(fā)，而蔡司退出合作給了GCA致命一擊。

1988年，走投無(wú)路的GCA被出售給了General Signal，幾年后GCA因找不到買(mǎi)主被迫關(guān)閉，當(dāng)年的美系光刻機(jī)龍頭就這樣消亡了。

80年代初還占據(jù)大半壁江山的美系三雄，到80年代末已搖搖欲墜，而日本光刻機(jī)雙雄尼康和佳能強(qiáng)勢(shì)崛起，超越美系廠商占據(jù)了超70%的市場(chǎng)份額。

十年不到，風(fēng)光一時(shí)的美系廠商被日系廠商反超，日系光刻機(jī)廠商如何能迅速崛起打破美系廠商壟斷？可以總結(jié)出以下這些經(jīng)驗(yàn)。

首先，內(nèi)因方面：

一是日本兩家公司在光學(xué)設(shè)備及精密機(jī)械上擁有深厚功底。這是研發(fā)光刻機(jī)的前置技能。

二是日本集中力量辦大事，給予了優(yōu)厚的政策和豐厚資金。VLSI項(xiàng)目出錢(qián)，成立聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，實(shí)現(xiàn)上下游廠商通力協(xié)作。而美國(guó)芯片廠不愿和GCA分享信息怕泄露技術(shù)細(xì)節(jié)，導(dǎo)致GCA不知道客戶的真實(shí)情況。

三是日本廠商垂直整合度更高。尼康和佳能不管是鏡頭、平臺(tái)，還是自動(dòng)化技術(shù)全部自研，從源頭解決需求，研發(fā)溝通更迅速，技術(shù)迭代更精準(zhǔn)，生產(chǎn)成本更低廉。而GCA完全依賴蔡司鏡頭，一旦蔡司品控和溝通出現(xiàn)問(wèn)題，會(huì)造成災(zāi)難性后果。這個(gè)問(wèn)題在ASML和蔡司的早期合作中也出現(xiàn)了，ASML對(duì)蔡司進(jìn)行了徹底改造，才消除了這個(gè)短板。

四是美國(guó)廠商的守舊與傲慢。Perkins Elmer故步自封，死守Micralign系列，看不到縮影式的發(fā)展，丟失市場(chǎng)后著急轉(zhuǎn)型EUV，但已為時(shí)已晚；GCA則目空一切，當(dāng)客戶反饋尼康和佳能的設(shè)備性能更好時(shí)，管理層甩鍋給銷售團(tuán)隊(duì)，而不是反思自己的設(shè)備為什么不如競(jìng)品。

五是日本廠商的經(jīng)營(yíng)理念和服務(wù)支持。GCA在亞洲的服務(wù)團(tuán)隊(duì)，都是外派的美國(guó)人，無(wú)法融入當(dāng)?shù)乜蛻簦欢峥捣浅Ｖ匾暱蛻粜枨?，?982年第一臺(tái)設(shè)備交付美國(guó)客戶時(shí)，就開(kāi)始雇傭當(dāng)?shù)毓こ處熃⒐韫确?wù)中心。

其次，外因方面：

一是70年代末半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展前期，各種光刻技術(shù)路線層出不窮，光刻機(jī)還處于草莽時(shí)代，日本可以用高效和低成本打法反超美系競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。放到現(xiàn)在則很難，在光刻技術(shù)路線基本成熟、尖端研發(fā)陷入停滯的當(dāng)下，中國(guó)廠商很難復(fù)制當(dāng)年尼康的成功路線。

二是在當(dāng)時(shí)的經(jīng)濟(jì)大背景下，美國(guó)處于石油危機(jī)所引發(fā)的經(jīng)濟(jì)衰退中，GDP下降、失業(yè)率上升，美聯(lián)儲(chǔ)不得不實(shí)行貨幣緊縮政策，而日本經(jīng)濟(jì)則處于景氣周期，尤其是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)。

因此，80年代的日系廠商，不僅在光刻機(jī)領(lǐng)域把美系廠商按在地上摩擦，在內(nèi)存等其他芯片市場(chǎng)也攻城略地，打得美國(guó)芯片公司節(jié)節(jié)敗退。那些年無(wú)論是德儀、仙童，還是AMD都自身難保，英特爾甚至因?yàn)橥顺鰞?nèi)存市場(chǎng)而被迫裁員。

但好景不長(zhǎng)，在產(chǎn)業(yè)層面日系公司把美系公司打得毫無(wú)招架之力，回頭美國(guó)就把日本放到案板上狠狠宰了下去，這一刀讓日本大失血，好多年都回不過(guò)神來(lái)。

這一刀就是著名的美日《廣場(chǎng)協(xié)議》。

1985年，著名的《廣場(chǎng)協(xié)議》誕生，在協(xié)議生效后3個(gè)月內(nèi)，日元兌美元快速升值20%，不到3年升值接近100%，削弱了日本出口商品的競(jìng)爭(zhēng)力。1986年9月出臺(tái)的《美日半導(dǎo)體協(xié)議》，對(duì)日本芯片強(qiáng)制征收100%的懲罰性關(guān)稅。

盡管日系公司依靠之前的技術(shù)積累繼續(xù)保持市場(chǎng)份額，但這兩刀砍得實(shí)在太狠，自此日本芯片產(chǎn)業(yè)盛極而衰，在政策大刀下被迫退守。行業(yè)景氣周期還能吃肉，一旦出現(xiàn)經(jīng)濟(jì)下滑遇到行業(yè)冷周期，日系廠商便死傷無(wú)數(shù)。

在臺(tái)積電以及韓國(guó)三星們的進(jìn)攻下，日系企業(yè)在內(nèi)存及先進(jìn)數(shù)字芯片制造方面節(jié)節(jié)敗退，而三星和臺(tái)積電發(fā)展壯大至今，成為半導(dǎo)體行業(yè)兩大巨頭。

2012年，日系內(nèi)存最后的獨(dú)苗爾必達(dá)公司被美光以25億美元的“白菜價(jià)”收購(gòu)；2017年，東芝存儲(chǔ)也因東芝集團(tuán)自身深陷財(cái)務(wù)問(wèn)題，最終被美系的貝恩資本以180億美元收購(gòu)，后改名鎧俠，曾輝煌一時(shí)的日系存儲(chǔ)基本消失殆盡。

日系光刻機(jī)廠商全面打敗美系廠商贏得了光刻機(jī)戰(zhàn)爭(zhēng)，但對(duì)日本而言，兩個(gè)不平等協(xié)議一簽，輸?shù)袅税雽?dǎo)體的一個(gè)時(shí)代。

正當(dāng)美系和日系廠家競(jìng)爭(zhēng)白熱化時(shí)，沒(méi)人注意到歐洲的飛利浦也在自主研發(fā)光刻機(jī)。

平房里誕生的巨頭

1950年代，作為歐洲老牌工業(yè)巨頭的飛利浦集團(tuán)也開(kāi)始進(jìn)入微電子領(lǐng)域。

1952年4月，飛利浦的物理實(shí)驗(yàn)室Natlab派代表團(tuán)從荷蘭到達(dá)美國(guó)AT&T的貝爾實(shí)驗(yàn)室，參觀學(xué)習(xí)半導(dǎo)體技術(shù)。貝爾實(shí)驗(yàn)室向參會(huì)者分享了所有晶體管技術(shù)，專利授權(quán)費(fèi)僅2.5萬(wàn)美元。

1952年底，Natlab嘗試生產(chǎn)了數(shù)百個(gè)結(jié)式晶體管。到1958年，飛利浦的技術(shù)已經(jīng)非常成熟，推出了各種元件，在商業(yè)上大獲成功。

1963年，當(dāng)David Mann的新一代1080型光刻機(jī)設(shè)備出現(xiàn)在飛利浦的半導(dǎo)體和材料事業(yè)部Elcoma時(shí)，年輕工程師克洛斯特曼（后來(lái)的光刻機(jī)構(gòu)架師）仔細(xì)學(xué)習(xí)之后，覺(jué)得它還有很大的改進(jìn)空間，于是決定自己做一臺(tái)。

1966年秋，克洛斯特曼四處學(xué)習(xí)積累了豐富的光刻經(jīng)驗(yàn)。1年后，成功制造出了6個(gè)鏡頭的重復(fù)曝光光刻機(jī)的原型機(jī)。這臺(tái)設(shè)備在當(dāng)時(shí)已經(jīng)是最先進(jìn)的技術(shù)了，但畢竟是原型機(jī)，設(shè)備還不夠成熟，且當(dāng)時(shí)光刻機(jī)市場(chǎng)不大，飛利浦還沒(méi)想好到底要不要將其商業(yè)化，因此一拖再拖。

到1980年代初，財(cái)務(wù)狀況不佳的飛利浦決定關(guān)停光刻機(jī)項(xiàng)目，去美國(guó)找了Perkins Elmer、GCA、Cobilt、IBM等公司，都沒(méi)人愿意合作。

1983年，ASM International（ASM國(guó)際）創(chuàng)始人普拉多（Athur Del Prado）聽(tīng)說(shuō)后，主動(dòng)找到了飛利浦。1年后，飛利浦同意與其設(shè)立持股50 ：50的合資公司。飛利浦和ASMi各自出資210萬(wàn)美元，而飛利浦把16臺(tái)還沒(méi)做好的庫(kù)存PAS 2000光刻機(jī)折價(jià)180萬(wàn)美元算作出資款。

就這樣，1984年4月1日，新生的ASML呱呱墜地，盡管頂著脫胎于飛利浦的光環(huán)，但之后10年間，ASML都不曾盈利，飛利浦和ASM一度失去信心，甚至ASM吃不消無(wú)止境的燒錢(qián)，把股份賣(mài)了，虧了3 500萬(wàn)美元。誰(shuí)也不曾料到，從生死邊緣站起來(lái)的ASML，成了當(dāng)今世界最炙手可熱的科技公司。

2022年4月25日，其他歐洲知名公司如飛利浦、空客、寶馬，市值分別為234億歐元、819億歐元、489億歐元，加一起1 542億歐元，而ASML為2 414億美元（約2 245億歐元），市值僅次于LV集團(tuán)。

自信的CEO

新公司建立之初，雖頂著飛利浦Natlab的光環(huán)，但當(dāng)時(shí)ASML的光刻機(jī)無(wú)人問(wèn)津。

彼時(shí)的光刻機(jī)巨頭是美國(guó)的GCA和新崛起的日本尼康。裝機(jī)量是所有人關(guān)心的關(guān)鍵指標(biāo)，GCA和尼康已達(dá)數(shù)百臺(tái)，而ASML還是零。

盡管其他人都認(rèn)為ASML不可能突出重圍，但ASML首任CEO斯密特（Gjalt Smit）斷言，從大規(guī)模集成電路（LSI）到超大規(guī)模集成電路（VLSI）的一步顯然就在眼前，芯片的晶體管尺寸將縮短至1/1 000毫米以下，光刻機(jī)也不再處理4英寸晶圓，而是轉(zhuǎn)向6英寸。

這種變化下，產(chǎn)業(yè)需要新一代光刻機(jī)，它必須可以將0.7微米的細(xì)節(jié)成像到晶圓上，并實(shí)現(xiàn)更緊密的微電子集成，但目前沒(méi)人做成這一套光刻解決方案。

美國(guó)和日本的步進(jìn)式光刻機(jī)達(dá)不到生產(chǎn)VLSI的水準(zhǔn)，包括佳能、GCA、尼康和Perkins Elmer公司制造的光刻機(jī)，還在用導(dǎo)程螺絲桿來(lái)移動(dòng)晶圓臺(tái)，這意味著它們的圖像細(xì)節(jié)達(dá)不到1微米的定位精度，而精度恰恰是ASML的技術(shù)優(yōu)勢(shì)所在。

斯密特認(rèn)為，大家都低估了ASML的技術(shù)潛力。盡管當(dāng)時(shí)ASML排在光刻機(jī)設(shè)備供應(yīng)商的末尾，但他堅(jiān)信可以成功，特別是ASML精確的對(duì)準(zhǔn)技術(shù)當(dāng)時(shí)是無(wú)與倫比的。

要么開(kāi)業(yè)就關(guān)門(mén)，要么交付一臺(tái)可靠的VLSI光刻機(jī)，讓ASML的光刻設(shè)備征服客戶和市場(chǎng)。斯密特堅(jiān)信新世界的大門(mén)會(huì)對(duì)勇敢的創(chuàng)新者打開(kāi)。

帶著這樣的精神，ASML推開(kāi)了光刻機(jī)世界的大門(mén)。

初露鋒芒的PAS 2500

斯密特發(fā)現(xiàn)，PAS 2000之所以不符合客戶需求，是因?yàn)橛蛪涸O(shè)備對(duì)晶圓廠干凈的潔凈間而言是個(gè)巨大的災(zāi)難。于是，他決定開(kāi)發(fā)新一代采用電動(dòng)晶圓臺(tái)的光刻機(jī)，型號(hào)PAS 2500。但留給ASML的時(shí)間只有2年，2年內(nèi)如果不能把PAS 2500制造出來(lái)并順利交到客戶手上，市場(chǎng)就會(huì)被虎視眈眈的巨頭們瓜分，ASML就真的要關(guān)門(mén)了。

為了最短時(shí)間把PAS 2500造出來(lái)，斯密特做了巨大的改變和嘗試。

斯密特覺(jué)得，如果ASML打算一年制造數(shù)百臺(tái)設(shè)備，有太多部件加工工作需要自己完成，對(duì)于初生的ASML來(lái)講，成本完全不能接受。

于是，ASML成立之初就定位為：一家只進(jìn)行研發(fā)和組裝的公司。別人都覺(jué)得ASML完全瘋了，但正是ASML這種開(kāi)放的理念，反而讓ASML變得更加高效。日后也為與尼康在世紀(jì)大戰(zhàn)中的逆轉(zhuǎn)埋下伏筆，后者因?yàn)檫^(guò)于封閉和保守的體系而陷入泥潭。

對(duì)ASML而言，必須要快。斯密特打破傳統(tǒng)，把光刻機(jī)拆分成各個(gè)模塊，專業(yè)團(tuán)隊(duì)并行開(kāi)發(fā)每個(gè)模塊，每個(gè)模塊都有自動(dòng)通信接口，最終模塊組裝成整個(gè)光刻機(jī)。這種模塊化研發(fā)安排，大大提高了效率。

當(dāng)時(shí)的步進(jìn)式光刻機(jī)有數(shù)千個(gè)零部件，ASML花費(fèi)數(shù)百萬(wàn)美元采購(gòu)了美國(guó)施樂(lè)的XBMS系統(tǒng)，這在當(dāng)時(shí)是最快的物料管理系統(tǒng)。同時(shí)，ASML和供應(yīng)商建立了深度合作關(guān)系，告訴供應(yīng)商需要什么、什么時(shí)候要，打通整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈，確保新技術(shù)能快速有效轉(zhuǎn)化為可靠的產(chǎn)品。ASML的理念就是開(kāi)放創(chuàng)新，同時(shí)管理好供應(yīng)商物料，高效低成本解決所有問(wèn)題。

接著，ASML又花了不少錢(qián)建無(wú)塵車間，確保機(jī)器組裝不受外界因素干擾。

在研發(fā)中，ASML比同行更進(jìn)一步的是，拒絕閉門(mén)造車，邀請(qǐng)客戶共同開(kāi)發(fā)測(cè)試。

現(xiàn)在，芯片制造公司與供應(yīng)商通力合作已經(jīng)成為行業(yè)文化，于是有了“一代設(shè)備，一代工藝，一代器件”的說(shuō)法，新工藝都是大家配合搞出來(lái)的。英特爾、臺(tái)積電、三星等制造大廠和設(shè)備大廠AMAT、LAM、TEL等都是這樣過(guò)來(lái)的，通力協(xié)作，共同進(jìn)步。

1986年，ASML和德國(guó)蔡司深入合作下，終于推出了第二代產(chǎn)品PAS 2500，并第一次將其賣(mài)給了美國(guó)當(dāng)時(shí)的創(chuàng)業(yè)公司、今天的NOR Flash（非易失閃存技術(shù)）巨頭賽普拉斯（Cypress，2022年被英飛凌以101億美元收購(gòu)）。

救急的大單

80年代，為了不被勢(shì)頭強(qiáng)勁的美日甩開(kāi)距離，歐洲共同體在高科技領(lǐng)域推出了政府資助主導(dǎo)的“尤里卡計(jì)劃”。

在該計(jì)劃框架內(nèi)，有關(guān)集成電路的子計(jì)劃叫作JESSI，其中最重要的一個(gè)項(xiàng)目叫MEGA，即做Megabit（1Mb）的內(nèi)存。內(nèi)存是電子業(yè)的石油，幾乎所有的電子產(chǎn)品都需要用到。目前內(nèi)存已經(jīng)成為集成電路領(lǐng)域最大的一塊細(xì)分市場(chǎng)，每年有近1 000億美元的市場(chǎng)規(guī)模。

而MEGA項(xiàng)目的核心主導(dǎo)者就是飛利浦和西門(mén)子，考慮到內(nèi)存業(yè)巨大的技術(shù)和投資風(fēng)險(xiǎn)，兩公司的分工是：飛利浦負(fù)責(zé)SRAM（靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器），西門(mén)子負(fù)責(zé)DRAM（動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器）。

1984年，MEGA項(xiàng)目正式啟動(dòng)。然而，SRAM的市場(chǎng)需求并不大，且英特爾還把它集成到CPU里變成了Cache（緩存）。最終飛利浦的MEGA項(xiàng)目失敗了。

有意思的是，飛利浦MEGA的失敗卻醞釀著一個(gè)巨大的成功：臺(tái)積電。

臺(tái)積電1987年誕生時(shí)，是中國(guó)臺(tái)灣工研院和飛利浦的合資公司。在臺(tái)積電里，飛利浦占了27.5%股份，是最大的外部股東。飛利浦毫無(wú)保留地把MEGA生產(chǎn)線開(kāi)放給臺(tái)積電學(xué)習(xí)，還把整條生產(chǎn)線搬到了臺(tái)積電。

意外的是，1988年底新生產(chǎn)線快裝好時(shí)發(fā)生了一場(chǎng)火災(zāi)，臺(tái)積電把被煙熏了的光刻機(jī)退回ASML，并下了一個(gè)17臺(tái)新機(jī)的訂單。

這筆訂單幫了大忙。

當(dāng)時(shí)ASML剛好缺錢(qián)，這些訂單在關(guān)鍵時(shí)刻救了急。結(jié)果為火災(zāi)買(mǎi)單的保險(xiǎn)公司成了1989年ASML最大的客戶，ASML勉強(qiáng)盈利了1年。

時(shí)勢(shì)造英雄。ASML和臺(tái)積電兩個(gè)當(dāng)時(shí)默默無(wú)聞的小公司，因緣巧合互相扶持，成了今天半導(dǎo)體行業(yè)的絕代雙驕。

網(wǎng)紅爆款光刻機(jī)的誕生——PAS 5500

盡管臺(tái)積電17臺(tái)訂單替ASML救了急，但彼時(shí)的光刻機(jī)市場(chǎng)依然是日本雙雄尼康和佳能的天下。

尼康一年出貨400臺(tái)設(shè)備，顯然ASML還無(wú)力挑戰(zhàn)尼康。

最終1991年，ASML漸進(jìn)式創(chuàng)新，穩(wěn)扎穩(wěn)打，催生了真正的翻身之作—PAS 5500。而在PAS 5500的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，ASML還征服了一個(gè)重量級(jí)客戶—藍(lán)色巨人IBM。

1988年，IBM宣布將成為第一家在更大晶圓（8英寸）上制造芯片的公司，為此孤注一擲砸了10億美元，開(kāi)發(fā)了業(yè)界第一條8英寸產(chǎn)線及配套工藝。

如果ASML能把光刻機(jī)賣(mài)給IBM，那么同行都會(huì)來(lái)找ASML，這就是頭部標(biāo)桿客戶的示范效應(yīng)。但想要爭(zhēng)取到IBM的青睞并不是一件易事，ASML將希望寄托在了PAS 5500上。

當(dāng)時(shí)，世界上沒(méi)有一臺(tái)光刻機(jī)可以像模型積木一樣拆裝。就傳統(tǒng)光刻機(jī)而言，當(dāng)光刻機(jī)出問(wèn)題要更換零部件時(shí)，芯片制造商通常需要停產(chǎn)數(shù)周花費(fèi)大量資金，而ASML模塊化的設(shè)計(jì)在設(shè)備出問(wèn)題時(shí)，只需及時(shí)更換問(wèn)題部件，就能在最短時(shí)間內(nèi)讓光刻機(jī)重新投入生產(chǎn)。時(shí)間就是金錢(qián)，ASML堅(jiān)信這套技術(shù)足以打動(dòng)IBM。

1991年，PAS項(xiàng)目經(jīng)理波拉克用攝像頭記錄下光刻機(jī)組裝的全過(guò)程，然后帶著錄像帶直沖美國(guó)東海岸。在IBM會(huì)議室，看到視頻播放后，IBM的人大吃一驚，他們從未見(jiàn)過(guò)如此先進(jìn)的設(shè)備。

這臺(tái)ASML眼中的“夢(mèng)想機(jī)器”P(pán)AS 5500，看到了勝利的曙光。

PAS 5500模塊化的設(shè)計(jì)使客戶可以根據(jù)不同工藝隨意選配不同部件包，因此子型號(hào)層出不窮，甚至多到連ASML員工都搞不清楚到底有多少個(gè)型號(hào)。ASML利用PAS 5500的技術(shù)平臺(tái)做到了百花齊放。

電話那端的奇怪口音

90年代初，三星在美國(guó)的技術(shù)幫助下，發(fā)起了對(duì)日本同行一輪輪的進(jìn)攻。彼時(shí)微軟的Windows操作系統(tǒng)走進(jìn)千家萬(wàn)戶，這是PC歷史上的黃金時(shí)期，催生了對(duì)內(nèi)存的巨大需求。

到1993年，三星成了全球最大的內(nèi)存制造商，這一年三星內(nèi)存增長(zhǎng)72%，營(yíng)收超20億美元，反超日立、日本電氣、東芝等日系傳統(tǒng)內(nèi)存巨頭。

同年秋天，ASML的銷售總監(jiān)道格·馬什接到了一通電話，電話那頭是韓國(guó)三星的一名采購(gòu)經(jīng)理，他問(wèn)馬什是否有興趣來(lái)首爾談?wù)撐磥?lái)的合作機(jī)會(huì)。

盡管三星畫(huà)的餅非常誘人，但提出了各種新技術(shù)要求。

當(dāng)時(shí)，不同產(chǎn)線對(duì)光刻工藝要求不同，ASML規(guī)模較小，無(wú)法為每個(gè)客戶提供半定制化服務(wù)，更沒(méi)精力為單個(gè)客戶進(jìn)行新設(shè)備的大規(guī)模研發(fā)，所以ASML只能做一些標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。

但如果抓住三星，那么未來(lái)幾年可以交付100臺(tái)光刻機(jī)，其價(jià)值超過(guò)5億美元，這是一個(gè)可觀的數(shù)字。最終ASML答應(yīng)為三星的內(nèi)存光刻工藝做一些改進(jìn)。

1995年2月，第一臺(tái)PAS 5500到達(dá)三星工廠。三星用它開(kāi)發(fā)了一項(xiàng)0.25微米工藝用于生產(chǎn) 16Mb內(nèi)存顆粒。不久后，韓國(guó)另一家內(nèi)存廠商海力士也開(kāi)始使用PAS 5500。次年10月，海力士裝機(jī)了第一臺(tái)PAS 5500，到1998年，這個(gè)內(nèi)存巨頭一躍成為ASML的最大客戶。

盡管PAS 5500通過(guò)了IBM驗(yàn)證，但并沒(méi)有下大訂單給ASML。因?yàn)槟峥档腘SR-S204同樣優(yōu)秀，美系廠商對(duì)尼康的依賴程度很高，客戶慣性依然強(qiáng)大。結(jié)果是三星、海力士這些存儲(chǔ)大廠成了ASML的大客戶。

但面對(duì)這么多訂單，ASML又犯難了。

改變這個(gè)老古董

ASML在韓國(guó)市場(chǎng)大獲成功，但要如何滿足源源不斷的訂單需求？蔡司何時(shí)能及時(shí)交付鏡頭？

ASML在踢掉法國(guó)CERCO后，蔡司成了其核心部件鏡頭組的供應(yīng)商。但蔡司和ASML兩家公司文化差異極大，ASML是一家年輕且雄心勃勃的公司，蔡司是一家歷史可追溯到19世紀(jì)中葉的家族企業(yè)，一個(gè)不折不扣的老古董。

1990年時(shí)，蔡司6名頂級(jí)技工1年只能磨出10套i線光刻鏡頭。ASML必須說(shuō)服蔡司增加產(chǎn)能，準(zhǔn)時(shí)交付高質(zhì)量的鏡頭。

ASML意識(shí)到，越來(lái)越先進(jìn)的光學(xué)鏡頭已經(jīng)讓蔡司引以為豪的工匠們的“金手指”越來(lái)越吃力。工匠們打磨鏡頭完全靠手感，顯然舊方法已經(jīng)不能滿足PAS 5500所需。如果蔡司不改變，ASML可能因?yàn)椴趟镜牡托В尯貌蝗菀谞?zhēng)取來(lái)的訂單飛走。

于是，對(duì)這個(gè)老古董的改造開(kāi)始了。從觀念灌輸?shù)叫录夹g(shù)新設(shè)備，蔡司百年以來(lái)的老生產(chǎn)線被改造成符合ASML要求的柔性生產(chǎn)線。最終，交付的鏡頭品質(zhì)和效率大幅提高。

之后，ASML和蔡司還簽署了一份契約，ASML在蔡司半導(dǎo)體光學(xué)部門(mén)（SMT）擁有24.9%股權(quán)，兩者牢牢綁在了一起。

此后，蔡司不斷提高技術(shù)成為全球最強(qiáng)光學(xué)公司，沒(méi)有之一。

成功上市

無(wú)論是韓國(guó)客戶的大訂單，還是下一代DUV研發(fā)，都需要投入重金，錢(qián)從哪來(lái)？此時(shí)的飛利浦已經(jīng)失去了往日的輝煌，再靠老東家輸血不太現(xiàn)實(shí)。

于是，ASML監(jiān)事會(huì)成員亨克·博特想了一個(gè)辦法：讓投資者掏錢(qián)，讓ASML上市。

1994年春天，飛利浦和ASML的高管們緊鑼密鼓為在納斯達(dá)克的路演做好了準(zhǔn)備。經(jīng)濟(jì)和行業(yè)仍處于上升期，博特希望在新危機(jī)再次出現(xiàn)之前，完成上市。

在舉步維艱的一年里，ASML收到了來(lái)自三星的大訂單。蔡司CEO利希滕貝格聽(tīng)到巨額訂單消息后，選擇賭一把，砍掉部分業(yè)務(wù)部門(mén)，把剩余部門(mén)整合到一起，按照ASML的要求改造生產(chǎn)線。

利希滕貝格賭對(duì)了，蔡司解決了鏡頭生產(chǎn)對(duì)人手的依賴。隨著PAS 5500簽下一個(gè)又一個(gè)訂單，蔡司也搭上ASML的東風(fēng)，一掃陰霾。

1995年3月14日，ASML在美國(guó)納斯達(dá)克上市，獲得發(fā)展急需資金。其PAS 5500i線步進(jìn)式光刻機(jī)成為了芯片廠的主要設(shè)備。

1996年初，ASML又推出了DUV 248nm版本，這些設(shè)備單價(jià)售價(jià)高達(dá)600萬(wàn)美元。

而彼時(shí)，尼康依然是橫在ASML面前的強(qiáng)大競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。

兵敗157nm

憑借PAS 5500，當(dāng)時(shí)除日本和美國(guó)市場(chǎng)外，ASML勢(shì)如破竹。但由于客戶慣性，英特爾、IBM們依然選擇了尼康的光刻機(jī)。

1990年代末，集成電路工藝開(kāi)始從130nm進(jìn)入90nm，晶圓尺寸也從8英寸升級(jí)到12英寸。與此同時(shí)，光刻機(jī)的波長(zhǎng)也從248nm進(jìn)入到193nm。

干式193nm光刻機(jī)的極限工藝是65nm，再往下就很難實(shí)現(xiàn)了。如何跨入40nm工藝，成為阻擋在所有半導(dǎo)體廠商門(mén)口的攔路虎。

2000年，ASML收購(gòu)SVG，擁有了157nm技術(shù)，砸了數(shù)億美元進(jìn)行研發(fā)。此外也嘗試開(kāi)發(fā)EUV光刻機(jī)。沒(méi)想到的是，“雙保險(xiǎn)”一時(shí)半會(huì)沒(méi)用上，一個(gè)更巧妙的技術(shù)解決方案出現(xiàn)了。

2002年7月，在比利時(shí)布魯塞爾舉行的157nm微影技術(shù)研討會(huì)上，臺(tái)積電的林本堅(jiān)在介紹“浸潤(rùn)原理”的專題演講時(shí)，宣布找到了 134nm波長(zhǎng)的光波。林本堅(jiān)回到中國(guó)臺(tái)灣后，在張忠謀及蔣尚義的支持下，臺(tái)積電開(kāi)始了“浸潤(rùn)原理”的商業(yè)化研究。

“浸潤(rùn)原理”，即在晶圓光刻膠上方加一層水，水的介質(zhì)折射率是1.44，193nm/1.44≈134nm。因此，在不改變光刻機(jī)波長(zhǎng)的情況下，193nm波長(zhǎng)能等效出134nm的波長(zhǎng)，屬于小工程改動(dòng)但得到最大效果。

2004年12月，ASML正式推出浸沒(méi)式光刻機(jī)的原型機(jī)，并證明了浸沒(méi)式光刻機(jī)方案具備可行性。

2006年，ASML的XT 1400i進(jìn)入英特爾并順利通過(guò)40nm工藝驗(yàn)證。1年后英特爾向ASML下了大訂單，其余廠商紛紛效仿。而尼康花費(fèi)心血搞出來(lái)的157nm光刻機(jī)無(wú)人問(wèn)津。

尼康在2000年還是光刻機(jī)領(lǐng)域的老大，但到2009年被ASML反超，只剩下3成市場(chǎng)份額，ASML占了近7成。尼康的干式157nm敗給了ASML的193nm+浸沒(méi)式方案，這一仗輸?shù)靡粩⊥康亍?/p>

193nm浸沒(méi)式光刻成功翻越157nm大關(guān)，把工藝帶到了40nm以下。隨著技術(shù)的改進(jìn)，193nm浸沒(méi)式光刻機(jī)一直做到了今天的7nm工藝。

TWINSCAN系統(tǒng)

2020年，ASML出貨了史上第一套能夠每小時(shí)處理超過(guò)300片晶圓的光刻系統(tǒng)，這得益于該系統(tǒng)上最新的TWINSCAN平臺(tái)技術(shù)。

TWINSCAN，即雙掃描工件臺(tái)，這項(xiàng)技術(shù)是ASML保持競(jìng)爭(zhēng)力的秘訣之一。

對(duì)于壟斷CPU市場(chǎng)的英特爾而言，市場(chǎng)蛋糕足夠大，完全可以躺賺，因此未要求高產(chǎn)能，一度英特爾的產(chǎn)能利用率只有60%。但臺(tái)積電們不一樣，產(chǎn)能就是生命線。對(duì)臺(tái)積電這類晶圓代工企業(yè)而言，必須在成本、效率、產(chǎn)能上有優(yōu)勢(shì)，才能在競(jìng)爭(zhēng)中站穩(wěn)腳跟。ASML準(zhǔn)備用更高產(chǎn)能的光刻機(jī)抓住臺(tái)積電們的心。

如同許多突破性技術(shù)一樣，回顧起來(lái)解決方案其實(shí)很簡(jiǎn)單。圖案在被曝光到晶圓前，必須對(duì)晶圓進(jìn)行精準(zhǔn)量測(cè)。量測(cè)和曝光都需要時(shí)間，為提升效率，為什么不在曝光一個(gè)晶圓的同時(shí)，對(duì)后一個(gè)晶圓進(jìn)行量測(cè)和對(duì)準(zhǔn)工作呢？就這樣，TWINSCAN系統(tǒng)誕生了。

TWINSCAN是第一個(gè)也是唯一一個(gè)具有雙晶圓工作平臺(tái)的光刻系統(tǒng)，量測(cè)對(duì)準(zhǔn)和曝光同時(shí)進(jìn)行，極大提高了光刻機(jī)單位小時(shí)內(nèi)的產(chǎn)能，幫助臺(tái)積電們提高了生產(chǎn)效率。

TWINCAN系統(tǒng)與浸沒(méi)式系統(tǒng)雙劍合璧，讓尼康徹底敗下陣來(lái)。

時(shí)至今日，受制于專利和技術(shù)，尼康依然在追尋能對(duì)標(biāo)ASML的TWINSCAN的方案。

外星科技般的EUV

如果世界沒(méi)有EUV，也許就永遠(yuǎn)卡在7nm工藝上了。

如今，ASML的NXE系列EUV光刻機(jī)一臺(tái)賣(mài)到1億多美元，高NA版本的EXE 5000系列每臺(tái)要賣(mài)3億～4億美元，客戶仍排隊(duì)下單。有人說(shuō)，ASML躺著就把錢(qián)賺了。

實(shí)際上為研發(fā)EUV系統(tǒng)，ASML近20年時(shí)間投入了上百億美元研發(fā)費(fèi)用。若從成本角度考慮，一臺(tái)EXE 5000賣(mài)3億多美元算不上躺賺，畢竟就算是EUV光刻機(jī)也就50%出頭的毛利率，成本之貴可想而知。

1997年，英特爾看到了跨越193nm的巨大難度，決心集結(jié)精英一起愚公移山，以公司形式發(fā)起了EUV LLC的合作組織。

該組織由英特爾和美國(guó)能源部牽頭，集合了當(dāng)時(shí)如日中天的摩托羅拉、AMD，以及享有盛譽(yù)的美國(guó)三大國(guó)家實(shí)驗(yàn)室：勞倫斯利弗莫爾實(shí)驗(yàn)室、勞倫斯伯克利實(shí)驗(yàn)室和桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室，投資2億美元，集合百位科學(xué)家，從理論上驗(yàn)證EUV可能存在的技術(shù)問(wèn)題。

英特爾還力邀ASML和尼康加入，因?yàn)楫?dāng)時(shí)美國(guó)光刻設(shè)備公司基本已經(jīng)凋零。最終尼康被排除在外，更為開(kāi)放的ASML做了一堆許諾后被允許加入。

2006年，在ASML實(shí)驗(yàn)室里有了EUV的原型機(jī)。4年后，在ASML手中誕生了人類第一臺(tái)EUV工程樣機(jī)：NXE 3100。

珍貴的門(mén)票

2000年，ASML以16億美元收購(gòu)了市值僅10億美元的SVG。當(dāng)時(shí)SVG年?duì)I業(yè)額2.7億美元，光刻制程水平遠(yuǎn)不如ASML，市場(chǎng)并不看好這次收購(gòu)，消息一出，當(dāng)天ASML股價(jià)大跌7.5%。

但這次收購(gòu)ASML得到了最寶貴的兩樣?xùn)|西—技術(shù)專利和門(mén)票。

SVG曾通過(guò)收購(gòu)Perkins Elmer有了EUV及反射鏡技術(shù)專利，而現(xiàn)在被ASML收入囊中，ASML有了EUV相關(guān)專利技術(shù)。

最重要的是，收購(gòu)SVG還收獲了另外一樣?xùn)|西—英特爾的供應(yīng)商資格，這是一張彌足珍貴的門(mén)票。ASML曾數(shù)次敲響英特爾的大門(mén)而不開(kāi)，這次終于叩開(kāi)了，得到業(yè)內(nèi)大客戶的認(rèn)可才算真正成功。

探索永無(wú)止境

第一臺(tái)驗(yàn)證機(jī)NXE 3100只能做到每小時(shí)曝光30片晶圓，無(wú)法滿足客戶要求，最大的問(wèn)題卡在光源強(qiáng)度上，想要增加產(chǎn)能，就必須增大光源功率。

當(dāng)時(shí)負(fù)責(zé)光源的Cymer是一家美國(guó)公司。目前，全球僅2家有能力生產(chǎn)光刻機(jī)光源的公司，除Cymer外還有日本的Gigaphoton（小松），但EUV光源主要是Cymer負(fù)責(zé)。

2012年，ASML花費(fèi)26億美元收購(gòu)了Cymer，隨后投入人力物力，把光源功率從30W提升到了250W，產(chǎn)能提高到每小時(shí)125片，勉強(qiáng)達(dá)到商用標(biāo)準(zhǔn)。2018年，正式商用版的EUV光刻機(jī)NXE 3300開(kāi)始出貨。

ASML在EUV上的成功徹底斷了尼康的念想。目前而言，尼康不可能在短期內(nèi)研發(fā)出比ASML更強(qiáng)的設(shè)備。

如今在光刻機(jī)領(lǐng)域，ASML占據(jù)了90%以上份額。

從90年代末到現(xiàn)在的20多年時(shí)間里，ASML依靠“TWINSCAN系統(tǒng)”“浸沒(méi)式系統(tǒng)”“EUV系統(tǒng)”三大戰(zhàn)役，徹底把昔日的光刻巨頭尼康踩在了腳下，ASML也從當(dāng)年那個(gè)平房里不起眼的小公司，成長(zhǎng)為半導(dǎo)設(shè)備領(lǐng)域的絕對(duì)霸主。

如果你覺(jué)得ASML成功研發(fā)出EUV光刻機(jī)，把工藝帶到7nm就大功告成準(zhǔn)備躺賺就錯(cuò)了。在5nm以內(nèi)，以及英特爾路線圖上的18A工藝需要更先進(jìn)的光刻機(jī)。

新技術(shù)探索的道路是永無(wú)止境的。

有人贊嘆誕生于飛利浦的ASML是天之驕子，但縱觀ASML的38年發(fā)展史，很難說(shuō)過(guò)程是一帆風(fēng)順的。

創(chuàng)業(yè)前10年，虧損有9年，前期一臺(tái)設(shè)備都賣(mài)不出去，但ASML并沒(méi)有放棄，而是緊緊抓住機(jī)會(huì)，一步步走到了舞臺(tái)中央。ASML不斷尋找對(duì)手設(shè)備缺陷并加以改正，不斷自我突破。合作、開(kāi)放、創(chuàng)新、進(jìn)取，是ASML能成為現(xiàn)在光刻設(shè)備霸主的內(nèi)在精神。

很多人一直在思考：為什么ASML能做出這樣先進(jìn)的光刻機(jī)？

從產(chǎn)業(yè)實(shí)際角度出發(fā)，光刻機(jī)是人類科技之集大成，是全球頂尖公司、頂尖科學(xué)家和眾多工程師們共同努力的結(jié)果。

研發(fā)光刻機(jī)需要眾多前期技術(shù)做鋪墊，是一個(gè)厚積薄發(fā)的漫長(zhǎng)過(guò)程。核心技術(shù)當(dāng)然要掌握，但開(kāi)放創(chuàng)新融入全球產(chǎn)業(yè)鏈，提出更好的技術(shù)和做出更好的產(chǎn)品才是正確出路。

在眾多半導(dǎo)體設(shè)備商中，ASML除了EUV，其他光刻機(jī)都能買(mǎi)到。

全球環(huán)境風(fēng)云突變，有挑戰(zhàn)也有機(jī)會(huì)。我們不僅需要加大底層技術(shù)研發(fā)力度，更要吸取各方長(zhǎng)處，不僅是技術(shù)，還包括管理、文化、市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)、團(tuán)體配合、產(chǎn)業(yè)鏈搭建等，只有這樣我們前進(jìn)的動(dòng)力才更足更穩(wěn)。

ASML之所以能成為現(xiàn)在的樣子，是在成立之初就計(jì)劃好的。

（本文來(lái)源于公眾號(hào)啟哥有何妙計(jì)。）