500美元起家，光刻機霸主，憑什麼是一家荷蘭小公司？_風聞

【文/科工力量 陳辰  柳葉刀】

大家好，我是觀察者網《科工力量》欄目主播，冬曉。10月14日，ASML公司發佈財報，2020年第三季度，光刻機淨銷售額31億歐元，其中，中國大陸市場的營收佔到26%，超過6億歐元。而這麼亮眼的業績，很大一部分都是EUV光刻機貢獻的。

發佈財報後，該公司的CFO接受了媒體採訪。當被問及美國半導體禁令對ASML業務有什麼影響時，這高管表示：我們可以直接向中國出口深紫外光刻機DUV，不需要任何出口許可。

與EUV光刻機不同，DUV是193nm波長的光刻機，一次曝光可以生產45~28nm的芯片，價格比EUV便宜一半。這種光刻機雖然不是最先進的，但是在多重曝光的情況下，也能做到10nm的製程。但是要達到10nm以下，還是得使用EUV。2018年4月，中芯國際曾向ASML訂購了一台EUV光刻機，但是在美國政府的圍堵下，荷蘭政府已經暫緩了這台設備的出口許可，直到現在都沒有批准。

對於ASML公司高管的最新發言，國內給出了不同的解讀。有人説，這是國產DUV光刻機突破了。也有人説這是變相的打壓中國半導體。這些發聲的本意固然是好的，但是多少也有些誤解。ASML之所以在中國有這麼大的銷售額，是因為它雖然不賣最先進的光刻機給我們，但是DUV這樣中端的產品，一直給長江存儲、上海華虹、中芯國際等廠商供貨。企業都是以盈利為目的，ASML公司本身也想推動高端光刻機交易，但在美國政府的制裁措施變本加厲的情況下，科技霸主也得屈服於政治霸權。

很多人好奇，一家歐洲小國誕生的公司，究竟經歷了什麼成為行業先鋒？又做了什麼，被美國政府把控？

追溯ASML的歷史，就不得不提到一位傳奇人物，德爾·普拉多。他1931年出生在荷蘭殖民地，印尼雅加達，父母都是荷蘭公民。因為父親有猶太血統，日本侵略佔領南亞後，他們一家被關到了當地集中營。戰爭結束後，普拉多回到荷蘭學習化學和經濟學，之後前往美國哈佛商學院繼續學習。在此期間，他被美國硅谷創造的芯片深深吸引，1958年，從哈佛畢業，帶着一片晶圓和500美金回到國內，創建了先進半導體材料公司（ASM）。

普拉多準備在半導體領域大幹一場。最開始，從分銷商做起，積累原始資本，後來轉型設備製造商，營收開始爆發式增長。到了1978年，年收入已經達到1400萬美元。普拉多準確的預判到芯片產業的廣闊前景，夢想打造歐洲的硅谷，想和當時的飛利浦這樣的半導體大廠合作。但是在這些大企業怎麼會去理會一家小公司。普拉多曾抱怨説：他在美國可以很容易約到IBM或HP談合作，但在家鄉很難約到本土巨頭。直到1983年，ASM在納斯達克上市兩年後，飛利浦一位高管讀報時，發現普拉多還是有些資本的。於是，雙方決定成立一家合資企業，飛利浦和一傢俬募各佔股30%，ASM佔股40%。

可是這項合作談了近一年，飛利浦仍不看好合資公司，在出資註冊的時候，本來是各出210萬美元，結果飛利浦將沒有做好的光刻機，折現180萬美元，算作出資。普拉多可能不知道，這些光刻機性能非常差，客户都不願意買。最終，新公司在1984年愚人節的那天成立，取名為ASML。

新公司剛建立，普拉多瘋狂招人，軟件、電子、機械、光學、測量，各個領域的工程師，他都要。然而，理想很豐滿，現實很骨感。初出茅廬的ASML，既缺顧客，又缺錢，甚至連寫字樓都租不起，員工只能在飛利浦大廈外的木板房裏工作。

而此時的日本半導體產業已經全面崛起，超越美國。全球前10大半導體公司，日本佔了6家，而且前三名都是日本企業。當時，日立、東芝、富士通的產品，成為“高質量”的代名詞，良品率遠高於英特爾、德州儀器。而佳能、尼康研製的光刻機，佔據近一半的市場份額，IBM、AMD幾乎是堵在它們生產線門口，等着產品下線搶購，就跟我們今天急切等待EUV光刻機交貨一樣。日本的半導體產品瘋狂湧入美國，美國公司的市場份額直線下降，英特爾甚至準備放棄抵抗，宣佈破產。

與尼康、佳能兩大光刻機巨頭相比，ASML顯然處於劣勢。前兩者在國內有日立、住友、東京電子等一系列配套廠商支持，而後者，既沒錢，又缺光學器件。從理論上來説，光刻機的原理其實很簡單，把光透過帶電路圖的掩膜，投影到塗有光敏膠的晶圓上，進行刻蝕。早期，硅片上集成的晶體管少，光刻不需要多高的科技。可後來，集成的晶體管越來越多，一平方毫米里面有一億根，顯然需要更精密的光刻設備。

為了提升光刻技術，ASML與德國蔡司達成合作協議，改進光學系統，推出能與日本公司相媲美的光刻機PAS2500，而且還賣到了美國。不過，賣產品的收入，還是難以支撐高額的研發費用，ASML很快又發不出工資了。幸好在這樣的緊急時刻，大股東飛利浦並沒有不管不問，拉了一把。

80年代末，半導體市場大滑坡，美國光刻機廠商江河日下，日本的尼康、佳能成為雙雄，而ASML也已經有大約10%的市場份額。在公司剛成立時，創始人普拉多等人，已經決定好了主攻方向，“定位精準”、“唯快不破”、“不踩剎車”。在該公司，加班是常有的事，大樓燈光徹夜不滅，危機處理會議每天都開。員工們把睡袋放在汽車上，隨時準備“自願”通宵。

1994年，ASML的市場份額提升到18%，超前設計的光刻機PAS5500，被台積電、三星、海力士採用，後來這些公司決定，全部的光刻機都改用ASML的產品。光刻機是個小市場，一年賣幾十台的就算大廠了。因為半導體廠就這麼多，一台機器又能用好多年，這導致你的機器落後一點，就沒人願意買。技術領先是奪取市場的關鍵，贏家通吃。ASML光刻機的設計原則是，儘量不考慮成本和售價，要做到最精密、最可靠。PAS5500如今還能在官網翻新出售。

90年代末，芯片的集成度越來越高，製造難度也越來越大，光刻機的重要性，越來越突出。為了擺脱對日本企業的依賴，英特爾牽頭組織了極紫外聯盟，研究最先進的光刻技術。但此時，美國的光刻機廠商已經被尼康、佳能等公司打得七零八落。既然國內沒有合適的企業，那就國外找，於是英特爾決定拉ASML入夥。但是，加入新組織是有條件的，必須在美國建立工廠和研發中心，滿足美國本土需求，55%的零部件要從美國廠商採購，並接受定期審查。美國為什麼能讓荷蘭對華禁售EUV光刻機，原因就在這。

雖然條件有些苛刻，但這讓ASML成為了半個美國公司，帶來的好處很多。2000年，成功收購Silicon Valley Group，獲得了投影掩罩瞄準技術、掃描技術，極大地提升了公司產品的質量，並在美國擁有了研發生產基地。

雖然全球半導體隨着摩爾定律不斷發展，但是在90年代末，光刻的光源卡在了193nm，難以突破。在之前的視頻中，我們聊到過，這裏的193nm，説的是光的波長，它和芯片製程的概念不一樣。光的波長相當於刻刀的寬度，芯片的製程指的是，刻刀在硅片上刻出溝槽的最小寬度。從60年代開始，這把刻刀，從436nm、365nm、248nm，到如今的193nm。再往下，刻刀就要磨得更鋒利，但技術出現分水嶺。尼康希望穩步前進，選擇157nm的激光，作為下一代刻刀。新成立的極紫外聯盟押注更加激進的方案，選擇幾十納米的極紫外光。不過，當時這些嘗試都失敗了。

2002年，台積電一個叫林本堅的工程師提出，浸潤式光刻工藝。利用了一個很簡單的原理，光在水中會產生折射。在光刻機的透鏡和硅片之間加一層水，原來的193nm激光，經過液體發射折射，波長直接降到132nm，刻刀突破之前的瓶頸，變得更鋒利。林本堅拿着方案去找日本公司，希望他們採納，結果吃了閉門羹。ASML決定賭一把，採用林本堅的方案，以小博大，僅用一年時間，就趕製出樣機。新型光刻機經過測試，性能優異，獲得IBM、台積電的大量訂單。光刻機不是快消品，企業花錢肯定是買最好的產品。

日本企業堅持在原有的技術上改進，沒有達到預想的效果，沒有客户願意訂購他們的產品，於是被迫宣佈，也要去做浸潤式光刻工藝。可前面我們説過，光刻領域，贏者通吃。而且，新產品總是需要至少1到3年的時間，還要跟上下游廠商不斷磨合，別人比你早量產，就比你有更多的時間改善問題，提高良品率。半導體廠商更願意去買成熟的ASML產品，不想去給日本企業當實驗小白鼠。這也導致後來尼康的大潰敗，2000年還是老大，但到了2009年，ASML的市佔率達到了70%，遙遙領先。

ASML公司內部有這樣一句話：想要征服世界，只有用一台革命性的機器，一台讓競爭對手望塵莫及的機器才能做到。極紫外聯盟曾提出用極紫外光雕刻芯片的想法，因為技術原因，沒有取得成功。但是ASML並未放棄，雖然聯盟已經解散，但該公司還一直在持續探索，為了製造出最先進的EUV光刻機，2012年，該公司提出了客户投資計劃，在沒有足夠資金的情況下，拿出25%的股份請主要客户做聯合投資。英特爾認購了15%，有5%是對EUV的投資。另外，台積電認購5%，三星想了半天認購3%。由於技術難度實在太大，三巨頭其實對EUV光刻機都不看好，投資很大程度上是給個面子。但ASML依然馬不停蹄研發。

2015 年，ASML的第一台可量產的EUV樣機終於正式發佈。這樣一台機器重達180噸，有超過10萬個零件，需要40個集裝箱運輸，安裝調試都要超過一年時間。 雖然售價高達1.2億美元一台，但還是收到雪片一樣的訂單。排隊等交貨，都要等好幾年。

光刻機被稱作“工業皇冠上的明珠”，與航空發動機並列，是人類工業難度極限。而要想保證光刻機良好運轉，每個環節的成功率都要高於99.99%。這是工程學上的巨大挑戰。正是因為ASML員工們不屈不撓地持續努力攻堅，才使得人類在這個一切由芯片驅動的時代，享受着各種手機、電腦、家電、通信基站和互聯網帶來的精彩生活。毫無疑問，這是ASML的重要歷史功績。

然而，受到政策、技術、資本的控制，ASML已經順理成章地成為半個美國公司。在現代中美科技競爭的背景下，美國必然會極力掌控ASML這個“變量”。因此，對中國同行來説，要打破ASML等西方企業既定的技術規則和壟斷優勢，同時讓多國一起共同參與精細零部件的供應及開發，才有機會讓“中國芯”不再捉襟見肘。