芯片破壁者（九）：荷蘭半導體明珠ASML是如何煉成的？_風聞

在《光刻技術的“鬼斧”之變》中，我們已經粗略地回顧了光刻機產業的發展史。在上世紀殘酷的光刻機淘汰賽中，1984年最後登上光刻機舞台的荷蘭光刻機公司ASML（全稱Advanced Semiconductor Material Lithography，先進半導體材料光刻公司），成為最後的勝利者。

直到今天，ASML仍然是光刻機企業當中的翹楚，而且是世界上唯一能夠生產最先進EUV光刻機的製造商。這個被譽為半導體皇冠上明珠的ASML，對於芯片製造產業來説到底有多重要呢？用ASML總裁彼得·温寧克在2017年接受《天下》雜誌專訪時説的一句話就是：

“如果我們交不出EUV，摩爾定律就會從此停止。”

目前，摩爾定律的極限已實現5nm製程，接近3nm、2nm製程工藝，想要實現這一製程節點，就一定要用到荷蘭ASML的EUV光刻機。

2019年，ASML一共銷售了229台光刻機，其中EUV售出26台。即使每一台的售價高達1.2億美元，卻依然是全球頂尖芯片製造商爭先訂購的搶手貨。所以，這26台EUV光刻機的營收已經佔到ASML全部營收的三分之一，預計隨着芯片製造商的換代升級，2025年將增長到四分之三。

ASML如何從飛利浦的一家不起眼的合資公司，成長為可以左右全球芯片產業格局的光刻機巨擘？到底是什麼原因使得身處歐洲小國荷蘭的ASML取得如此巨大的成功，成為我們值得去回顧和學習的重要經驗。

兩次關鍵選擇，後進生ASML的艱難上位

如果瞭解光刻技術的發展史，你就會知道光刻技術的原理並不複雜，還在微米制程時代的芯片產業對於光刻機的要求並不高。七十年代那個時候，就連英特爾也能買來各種零件，自己組裝光刻機。

不過，光刻機的專業化很快成為主流趨勢。

（尼康1980年推出的光刻機NSR-1010G）

在八十年代初，佔據光刻機主要市場的還是美國的GCA、日本的尼康。1980年，尼康推出了商用的步進式光刻機Stepper，隨後逐漸取代GCA，成為80年代光刻機產業的翹楚。

1984年，ASML由荷蘭飛利浦公司與一家荷蘭芯片設備代理商 ASMI合資成立，此後就一直專注從事光刻機設備的研發和生產。

ASML雖然有飛利浦的背景，但並沒有含着金鑰匙出生。成立之初，ASML只有31名員工，辦公地點也僅是飛利浦總部外面空地上的一排簡易廠房，這些至今被人們當做ASML傳奇的開篇而津津樂道。當時，ASML面臨自身技術落後、市場競爭激烈、資金不足等諸多難題。

不過，ASML一開始就本着“初生牛犢不怕虎”的勁頭，成立第一年就克服種種技術困難，推出了第一代的步進式掃描光刻機PAS2000，獲得了市場初步認可，也讓ASML得以生存下去。

（ASML步進式光刻機PAS 2500）

在20世紀90年代，ASML憑藉持續的產品改進和出色的銷售能力，終於在光刻機市場站穩了腳跟。直到1995年，ASML在美國的納斯達克和荷蘭阿姆斯特丹交易所同時成功上市，並且從飛利浦回購全部的股份，實現了完全獨立，也獲得了充裕的資金讓公司加速發展。

十年生長，十年蓄力。冉冉升起的ASML終於有了挑戰強勁對手尼康的機會。此時，一次有關光刻技術路線的選擇，成為決定ASML和尼康此後成敗的關鍵點。

90年代末，受制於乾式微影技術的限制，摩爾定律的延續被卡在光刻機的193納米的光源波長上面。尼康選擇走穩健路線，繼續自己在乾式微影技術的優勢，繼續開發157納米的F2激光光源。

（台積電工程師林本堅）

而當時處於落後位置的ASML則決定賭一把，採用了一種被稱作“浸潤式光刻”的技術方案。這一方案由在台積電的工程師林本堅在2002年提出，他在拿着這項“浸潤式光刻”技術方案，幾乎遊説了全球所有光刻機廠商之後，最終只打動了後進生ASML。

2004年，經過雙方一年的通力合作之後，ASML全力趕出了第一台浸潤式光刻機樣機，並先後拿下IBM和台積電等大客户的訂單。雖然尼康很快推出了乾式微影157納米的產品，但和已經實現132納米波長技術的ASML相比，已然落後一程。

2007年，ASML拿到60%的光刻機市場份額，首次超過尼康。而下一次，ASML在EUV光刻技術的突破，則將尼康遠遠甩在後面，再無還手之力。

這次機會還得從1997年英特爾和美國能源部牽頭成立的EUV LLC聯盟説起。當時，同樣為攻克193納米光源的限制，英特爾寄希望在更為激進的EUV光源上。

由於這項技術的研究難度極高，英特爾聯合美國能源部及其下屬三大國家實驗室：勞倫斯利弗莫爾國家實驗室、桑迪亞國家實驗室和勞倫斯伯克利實驗室，還有摩托羅拉、AMD、IBM等科技公司一同來研究EUV光刻技術。

（極紫外光刻機內部結構）

EUV LLC聯盟還需要從尼康和AMSL這兩家當時發展最好的光刻機企業中，挑選一家加入聯盟。經過一番博弈，美國最終選中了後進生ASML加入EUV聯盟。

ASML由此獲得了美國最領先的半導體技術、材料學、光學以及精密製造等相關技術的優先使用的資格，同時ASML也將自己的生產、接受監管的權限交給了美國政府。

2003年EUV LLC聯盟解散時，其使命已經完成。6年時間裏，EUV LLC的研發人員發表了數百篇論文，大幅推進了EUV技術的研究進展，證明了EUV光刻技術的可行。這些成果讓聯盟成員的ASML佔得先機。

但是研製出一台真正的EUV光刻機則並不容易，最終能否研製成果也還存在着巨大的不確定性。從2005年到2010年，ASML花費5年時間，跨越了資金、技術等諸多難題，才終於生產出第一台型號為NXE3100的EUV光刻機，並交付給台積電投入使用。

（ASML最新EUV光刻機TWINSCAN NXE3400C）

接下來，整個高端光刻機領域就成了ASML的獨角戲。此後幾年經過一系列技術併購和升級，ASML又在2016年推出首台可量產的最先進EUV光刻機NXE3400B並獲得訂單，從2017年第二季度起開始出貨，售價約為每台1.2億美元，成為台積電、三星、英特爾等排隊搶購的爆款設備。

從1997年到2010年，ASML歷經13年時間，終於成為了光刻機產業的“頭號玩家”。2010年至今，ASML更是所向披靡，牢牢佔據高端EUV市場的技術高地，至今再無對手。

創新視野和變革勇氣，ASML後發制人的根底

從ASML數次關鍵選擇中，我們既能看到外在機遇的青睞，也能看到其自身所具有的特質。正是ASML從無到有，從弱到強的發展過程中，保持了靈活性、創新性以及敏鋭的戰略眼光與勇敢投入，才使其能夠在勁敵環伺的光刻機產業當中生存壯大。

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

在第一個階段，缺錢一直是ASML發展的瓶頸。1988年，ASML進軍台灣市場時，曾經因為兩位老東家的撤資一度瀕臨破產。幸好後來時任CEO的Smit向飛利浦董事會“化緣”了1億美元，才幸運度過了難關。靠着這筆救命錢，ASML在台灣市場站穩腳跟。隨後幾年ASML步進式掃描光刻機的熱銷扭虧為盈，度過了艱苦創業的十年歲月。

在第二個階段，上市之後的ASML一定程度解決了資金困境，而兩次關鍵的選擇，則幫助其完成了對尼康的逆襲。

在加入美國能源部主導的EUV LLC聯盟的過程中，除了英特爾的從中牽線以及美國政府對於日本半導體產業的忌憚和對尼康的不信任這些外在因素，ASML的積極斡旋和主動示好，才是其能進入美國核心技術領地的關鍵。

ASML當時做了兩件事情，一是願意出資在美國建廠和研究中心，二是保證55%的原材料都從美國採購，相當於無條件“投誠”美國，終於換來美國政府的信任。

當然，ASML所在的國家荷蘭，因為本身的地緣位置和國家實力，使得美國政府不用過於擔心核心技術被ASML掌握而無法控制的局面。而ASML的全球化的戰略視野以及靈活性的合作政策，也是其能獲得美國信任的關鍵。

而在浸潤式光刻技術路線的選擇上，則更能看出作為後進生的ASML的靈活、務實和敢於嚐鮮的勇氣，明智地選擇了浸潤式光刻技術，反而是過於強調自主研發的尼康，敗在了路徑依賴的大企業的窠臼當中。

第三階段，由於在加入EUV LLC聯盟後獲得了EUV技術的研究成果，取得市場領先的ASML又全力投入到EUV光刻機的研發上面，成為引領光刻機發展方向的那隻“頭雁”。

為突破技術難題，ASML又聯合了3所大學、10個研究所、15家公司，開展“More Moore”項目，着力進行技術攻堅。

為解決資金困境，ASML在2012年提出一項“客户聯合投資計劃”（CCIP），也就是ASML的客户可以通過注資，成為股東並擁有優先訂貨權。這一計劃立刻得到芯片製造行業的三巨頭英特爾、台積電和三星的響應，一共投入數十億歐元支持EUV光刻機的研發。

這一舉措無疑實現了雙贏的局面。ASML將研發資金的壓力轉移了出去，讓頭部客户為EUV光刻技術研發買單；同時又確保了客户對先進光刻技術的優先使用權和股權收益。至此ASML與其大客户形成了一個利益共同體，共擔風險，共享回報，維持了EUV光科技術的穩步迭代。

（賽迪智庫整理：ASML上下游產業鏈）

ASML的成功，還離不開一直以來對於上游產業鏈的持續投資併購，來構建完整的上游供應鏈，以攫取技術上的領先優勢。

2001年收購美國光刻機巨頭硅谷集團（SVGL），獲得當時新一代157nm激光所需的反折射鏡頭技術，推動了市場份額快速提升。2007年，其收購美國Brion公司，又奠定其光刻機產品整體戰略的基石。

在CCIP計劃之後，ASML又收購了全球領先的準分子激光器廠商Cymer，獲得了EUV最需要的先進光源技術；此後又收購了電子束檢測設備商HMI，以及入股了光學鏡頭領頭的卡爾蔡司。由此ASML構建起完整的上游供應鏈，獲得了佈局EUV光刻機的領先技術。

此外，就是ASML在研發上面不惜重金投入，並且依託自身資源和技術積累，與眾多研究機構、學校和外部技術合作夥伴一起，建立了一個巨大的開放式研究機構，共享全球前沿技術知識和能力。

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

在研發投入上面，ASML近五年的研發投入都保持在營收的13%-20%之間，其中，2019年度，阿斯麥投入了20億歐元用於技術研發，佔到淨銷售額（118.2億歐元）的16.9%。

正是在ASML不斷地研發投入、積極向外尋求資金、研發技術支持，並且帶動下游客户共同投資參與，才最終推動了EUV技術的研發進程，成為全球唯一一家能夠設計和製造EUV光刻機設備的獨家壟斷者。

光刻機的“窄道”，ASML的成功難以複製？

光刻機技術發展到今天EUV時代，已經進入一個全球化高度分工、前沿技術高度聚集、資本高度密集，甚至政治化高度博弈的局勢。

首先，ASML早期的成功得益於荷蘭半導體產業的基礎實力和產業開拓者前瞻性視野的支持。ASML的技術基礎來源於飛利浦的光刻設備研發部門，從1971年起飛利浦就開始了透鏡式非接觸光刻設備的研發。ASML能成立的另一原因，就是另外一個投資公司ASMI的傳奇創始人，也是荷蘭半導體設備開創者的Arthur Pardo。

（ASMI傳奇創始人Arthur del Prado）

極富戰略眼光的Parodo和從威廉·肖克利實驗室裏離開創業的Dean Knapic相識，獲得了在歐洲開拓半導體市場的機會。連同先進的硅晶體制造工藝帶回來的，還有就是硅谷的創業精神。

（威廉·肖克利和Dean Knapic<右一>在Shockley半導體實驗室工作）

當時，由於成本高昂，技術問題等原因，飛利浦計劃要關停光刻設備研發小組。正是在Arthur Rrado的堅持遊説下，飛利浦才同意與ASMI成立合資公司，ASML才得以誕生。

其次，光刻機產業就是一個天然趨向壟斷性的產業。由於高端光刻機的研發投入巨大、技術難度極高，而需求市場又僅限於為數不多的芯片製造企業。一旦某家企業提前實現技術突破和穩定量產，就會產生“贏家通吃”的局面，拿到下游芯片廠商的絕大多數訂單，而落後者幾乎再無能力實現技術突破。

第三，ASML的壟斷也有着商業上的現實原因。事實上，主要半導體企業英特爾、IBM、三星等也曾想嘗試扶持一家硅谷光刻機廠商來制約ASML，但最終以慘敗收場。技術壁壘和有限的市場需求，決定了光刻機產業只需要一個高端光刻機供應商即可。如果同時並存兩家或多家高端光刻機供應商，只會因為激烈的價格競爭而導致兩敗俱傷，延緩整個半導體產業的升級速度。

另外，ASML已經與上下游產業鏈，形成了穩定的利益共同體。特別是CCIP計劃的提出，以接受股東注資的方式引入英特爾、三星、台積電等全球半導體巨頭作為戰略合作方，並給予股東優先供貨權，從而結成緊密的利益共同體，在共享股東先進科技的同時降低自身的研發風險。這種利益共享，風險共擔的方式更加鞏固了ASML無可替代的壟斷地位。

最後，ASML的長期發展，還得益於荷蘭自身的外向型經濟的區位優勢，涵蓋能源、機械製造、電子、船舶等發達工業體系，以及重視科研、教育和技術創新的基礎條件。這些帶給ASML優渥的技術設備優勢、人才優勢和開放性的外貿環境優勢。

當然，除了自身優勢之外，ASML的成功自然離不開整個西方半導體產業的扶持，美國政府和投資機構在其中扮演着至關重要的角色。在美國主導的《瓦森納協議》體系和美國投資機構、核心技術研發等方面的制約下，ASML嚴格來説是一家同時受美國扶持和默許其“壟斷地位”的企業。

所以，ASML的成功，本質上既是一場荷蘭半導體產業創新突圍的結果，完成一次從小到大，從弱到強的蝶變過程；又是ASML享受全球科技高度分工的結果，成為全球如此複雜的光刻技術鏈的整合者角色；同時也源於以美國為首的科技霸權的一次“合謀”的結果，ASML以其開放、合作的運營機制，充當其半導體上游高端設備鏈供應者的角色。

因此，ASML能夠成就今天的光刻機霸主地位集合了複雜的商業、技術、政治的因素。ASML的成功，對於我國的光刻機產業的發展來説，也就既有借鑑意義，也有難以複製的關鍵因素。而具體有何可以學習之處，我們留待未來再討論。