“殺死”光刻機全球第一，比造一台光刻機容易多了（萬字長文） （下）_風聞

在展會上老賈還發現一個好消息：

他們的PAS 2400幾乎一直正常運行。

而尼康等企業的光刻機在演示過程中都出了問題。

為了維修設備，對手的展台經常閉門謝客。

那年夏天，阿斯麥終於拿下了AMD的一台測試樣機訂單。客户反饋不錯，但就是不下訂單。

當年全球半導體市場進入下行週期，光刻機買家很少，美國和日本企業還是佔據主導地位。

老賈有些灰心了：沒有一家正經廠商下訂，連飛利浦都拒絕承諾購買。

與此同時，母公司ASM也陷入困境，虧損580萬美元。

為了幫阿斯麥找市場，老普甚至跑到保加利亞拿到了一台訂單。

員工説：“沒客户，沒機器。老闆像瘋子一樣到處跑，到處花錢，就好像錢會過期一樣。”

1986年，阿斯麥依然沒客户，而每個月的開支高達數百萬美元。

市場變化太快了，PAS 2500也不能滿足需求了。美國企業正朝着專用集成電路（ASIC）發展，阿斯麥需要研發新一代升級版——PAS 3000，並實現高度的自動化。

很多研發人員陷入了長期“996”和“007”的狀態裏。

阿斯麥在當地租了一棟樓供加班員工睡覺，另一些人把睡袋放在後備箱，以防“睡樓”裏住滿了人。

1986年，市場復甦，AMD訂購2台PAS 2500，中國訂購了一台油壓驅動的舊式PAS 2000。

那些想在VLSI領域大幹一場的芯片製造商開始關注日本之外的設備廠商。

老賈給大家鼓勁：“今年我們賣多少台，那就是基數，明年就能翻5~10倍！”

1986年5月，第一台PAS 2500量產光刻機終於下線了。

當第一台交付給客户的光刻機用叉車裝進卡車的時候，負責維護機器的工程師維克的心提到了嗓子眼。

他發現有一個標記某部件的氣球漏氣了，他跳進卡車裏，把氣球吹了起來。

同事哈哈大笑，説他就好像在給機器做人工呼吸。

卡車一路緩緩行駛，阿斯麥沒有聯繫交警開道。

每當車隊停在十字路口，員工們一窩蜂地走上去指揮交通。

這台機器的正常交付給阿斯麥員工注入了強心劑，大家工作熱情高漲，自願加班，有時候甚至晝夜不停。

但無論這時故事充滿多少温情與熱情，他們都不是國際舞台的主角。

阿斯麥市佔率只有5%，只能靠荷蘭政府提供的研發撥款和補貼來維生。

蔡司的鏡頭問題最終把G公司拉下王座，而尼康改進了自家的光學系統，乘勢而上，在80年代後期成為全球光刻機的新霸主。

老普在接盤以後對阿斯麥無法盈利的處境越來越憤怒，1986年母公司虧損2500萬美元，阿斯麥虧了1400萬美元。

而這時蔡司的鏡頭有一半都不合格，另一半還遲遲不到貨。

老普壓力大到頂不住了，母公司在芯片爐等設備上掙的錢全都用來給阿斯麥填窟窿了，即便這樣阿斯麥工資也快發不出來了，老賈還要母公司追加投資，老普和老賈甚至會在走廊裏互相咆哮。

老普只能考慮出售阿斯麥，斷尾求生。

他聯繫了日本的三井物產、住友集團洽談收購，未果。

直到1987年6月1日，AMD終於下了25台PAS 2500的訂單，那天老賈高興得在走廊裏吹了一天的口哨。

但是兩個月後，他卸任的日子也到來了，另一家德國公司把他挖走了。

300多人給他籌集的離職紅包，放在一個帽子裏，不到80美元。

至此，阿斯麥燒錢規模已累計5000萬美元。

還能再糟糕一點嗎？

不會了，因為天降猛男了。

1986年，張忠謀受邀回到中國台灣，出任台灣工研院的院長。

1987年，工研院和飛利浦成立了一家合資公司，名叫“台積電”，飛利浦佔股27.5%，是台積電最大的外部股東，還將一些芯片生產線轉移到了中國台灣。

結果1988年底，台積電新產線就快裝好的時候，發生了一場大火。

台積電把所有煙熏火燎過的光刻機退回了阿斯麥，還下了17台新訂單。

阿斯麥發現這些退回來的機器，有的只讓煙燻了一下，很容易修好。

而為火災買單的保險公司成了阿斯麥1989年最大的客户。

當年的74台訂單讓阿斯麥利潤翻了一番，達到700萬美元，全球市佔率達到15%。

但是大火不是年年有，阿斯麥怎麼才能更上一層樓，超過尼康和佳能呢？

你需要把事情做對，然後耐心等着對手出錯。

1988年，合資企業解散，阿斯麥從兩個爸爸手中獨立了出來。如果有朝一日阿斯麥上市或出售，老普的ASM將受益。

為了抓住DRAM（一種內存）市場蓬勃發展的機會，所有光刻機廠商都在佈局。

光刻機中不同波長的光對應着不同的製程工藝。

總體上，光刻機用的光線一直是往更短波長髮展的，從紫外、深紫外到極紫外，都快接近X射線了。

佳能和尼康選擇“跳過i線”，直接從g線跳到深紫外線（DUV，圖中的KrF和ArF），但碰到了棘手的技術問題，當時連適合248納米DUV的光刻膠都沒有。

而阿斯麥剛剛歷盡劫難，沒能力大舉投入DUV，只能老老實實做i線。

從荷蘭政府和歐共體那裏，阿斯麥拿到了1650萬美元用來研發新的PAS 5500，也就是i線的步進式光刻機。

這時候，阿斯麥遇到了台積電之後的第二個貴人——IBM。

IBM財大氣粗，為了從6英寸晶圓升級到8英寸，他們決定第一個吃螃蟹，業內第一套8英寸設備的研發費用他們包圓了。

8英寸晶圓面積是6英寸的1.778倍，能切出的晶粒（Die）就更多，浪費更少，幫企業掙到更多的錢。

最後IBM投入的這筆金額是——10億美元。

但對阿斯麥不利的是，他們在IBM的供應商名單中排在最後一名，第5名。

IBM大部分人傾向於尼康這些“老牌”巨頭。

巧的是，在美國紐約州達奇斯縣的東菲什基爾，IBM全新工廠的負責人凱利沒有墨守成規，而是對所有供應商一視同仁。

相比於對手，阿斯麥的優勢是精確的曝光對準。

IBM的高管希望來到阿斯麥公司考察新機。

PAS 5500的總架構師老範（範登布林克）要求所有人嚴陣以待，各司其職，演示10個子系統模塊，比如鏡頭組、電動晶圓台。

在IBM高管來訪前的週末，老範親自給所有工程師的老婆們打電話：

“對不起，您的丈夫這週末必須加班，我們需要他。”

但是1991年1月11日，老範接到IBM的電話：他們來不了了。

海灣戰爭打響，IBM不讓高管坐飛機，因為那樣會有風險。

老範急眼了，在公司裏瘋狂咆哮，因為如果拿不下IBM，阿斯麥可能離倒閉關門就不遠了。

同事老波（波拉克）看着他發泄完，點了一支煙：“你知道不，咱們應該直搗黃龍，去他們IBM。”

老範驚了：“但咱沒法帶機器過去啊。”

老波説，立馬成立一個攝製組，把原本要展示的所有內容拍成錄像帶。

老範喜出望外。

他們找了一家專業的影視公司，拍攝剪輯好以後第二天就飛到了IBM總部。

凱利等高管看了影片，有人差點從椅子上摔了下來。

用他們的原話來説：“我們從來沒見過這麼先進的設備。”

PAS 5500在業內率先使用模塊化設計，並行開發，每個模塊都留有自動通信接口，最終拼裝成一台光刻機。

這種設計的研發、生產效率都大大提高。

而且模塊化設計可以讓客户隨意選配各種部件包，包括各種鏡頭，各種尺寸，各種光源，各種投影模式，應有盡有。

所以阿斯麥把這一代光刻機做成了一代光刻平台。

就這樣，阿斯麥實現了IBM的破冰之旅。

為了大批量供應光刻機，阿斯麥轉過頭去開始倒逼蔡司轉型升級。

蔡司6個“金手指”辛苦一年，只能交付10個i線光學元件。

產能低得像一個噩夢。

他們必須摒棄過去“金手指”工匠純手工打磨鏡片的方式，加入全自動化設備。

隨着PAS 5500的普及，蔡司終於解決了鏡頭生產對人工的依賴問題。

1996年，拋光機器人就可以讓鏡頭元件的精度達到原子級別，只需要80個人就能年產200多個複雜鏡頭。

再後來，蔡司高管加入阿斯麥監事會，雙方建立獨家排他關係，阿斯麥入股蔡司，還為後來的EUV光刻機蔡司光學系統研發提供資金支持。雙方緊緊地綁在了一條船上。

但回到90年代初期，阿斯麥最大的問題還是缺錢。

1991年，阿斯麥虧損了500萬美元。

飛利浦併購部門建議關掉阿斯麥。

阿斯麥方面表示PAS 5500訂單能讓公司起死回生，懇求老東家不要斷奶！

他們還腆着臉找飛利浦借了2100萬美元來發工資。

1993年，情況開始改善，訂單量、交付量顯著提升，公司現金流第一次開始正向淨流入，盈利1100萬美元。

他們拿着2100萬美元的支票拍到了飛利浦同事的桌上，笑得像個傻子一樣，其他在場的人都使勁鼓掌。

第二天飛利浦財務部的人打電話來把他們罵了一頓：“下次別再用支票付這麼多錢了，集團損失了兩天的利息呢！”

這一時期，阿斯麥的步進光刻機比競品貴25%，但是生產精度和生產率都更高，能很快幫客户把錢掙回來。

他們甚至有信心跟客户籤“不賺錢不付款”的合同，一開始只收80%的錢，尾款根據客户業績支付。

為了籌到更多的錢擴大生產，阿斯麥在90年代初期選擇上市，並拿下了韓國三星等大企業的訂單。

飛利浦通過阿斯麥上市獲得了1.25億美元。

1996年，荷蘭新聞週刊Elsevier將阿斯麥排在值得購買的股票列表的第一名。

20世紀末，他們離登頂全球光刻機霸主只剩一步之遙。

那時候，阿斯麥的一些員工穿着T恤衫走來走去。

衣服上印着一行大字：我們會打敗日本人。

那麼尼康，是如何走下神壇的？

03

20世紀末，當時先進的製程工藝從130納米來到90納米，晶圓尺寸從8英寸來到12英寸，光刻機的波長也從248納米進入193納米。

用乾式193納米（波長）光刻機，極限的製程工藝是65納米。

怎麼做出40納米以下製程的芯片，所有半導體專家都在探索。

當時給出的方案包括157納米F2激光、電子束投射、離子投射、EUV(13.5納米)和X光等。

尼康等企業都選擇了157納米激光方案，因為難度低一些。

阿斯麥沒想好，於是決定157納米和EUV兩條路線齊頭並進。

結果尼康做了半天，樣機測試結果並不理想，一直琢磨怎麼縮短光的波長，沒弄好。

而2004年，阿斯麥利用當時最新的“浸潤原理”，做出了浸沒式光刻機。

而浸潤原理很簡單，就是在光刻膠上方抹一層水，水的介質折射率是1.44，那麼193納米÷1.44≈134納米。

2006年，阿斯麥的新款光刻機在英特爾順利通過40納米工藝驗證，拿下了英特爾的大訂單。

而此時尼康在157納米路線上積重難返，新型光刻機也無人問津。

因為阿斯麥光刻機最後一片鏡片是純平的（能放水），而尼康的是曲面鏡片。

如果尼康要改用浸沒式系統，整個鏡頭光路都要推倒重來，至少需要2年時間。

2009年，阿斯麥反超尼康，首次佔據了光刻機7成的市場份額，把尼康逼到了牆角，此後再無翻身的餘地。

而阿斯麥利用193納米浸沒式光刻機一路做到了7納米制程工藝。

但是即便如此，這也只是停留在深紫外（DUV）的領域，還沒有達到今天登峯造極的極紫外（EUV）光刻機領域。

從1997年開始，英特爾為了突破193納米的限制，發起了EUV LLC聯盟，集合阿斯麥、AMD、摩托羅拉、美國三大國家實驗室，召集幾百名頂級科學家，投入2億美元，發表幾百篇論文，只為了從理論上驗證EUV的可行性。

EUV使用的13.5納米光線，波長太短，連空氣都穿不透，只能在真空環境中傳播，現實中沒有任何單層材料可以反射它，而是需要幾十層鉬和硅層層疊疊摞起來，在鏡片上鍍膜才能完成，每一層只有納米級別的厚度，且每層誤差不能超過0.01納米，相當於京滬高鐵一根鐵軌，起伏不能超過1毫米。

鉬反射鏡

2003年，理論驗證完成，聯盟解散，球傳到了阿斯麥腳下。

這個聯盟成立的一個特殊背景是，美國人要不要向外國企業開放研究成果？

美國政界多數人認為荷蘭是美國可靠的合作伙伴，但不包括日本。

就這樣，美國允許了阿斯麥獲得美國國家實驗室最先進的光刻研究成果，而把尼康和佳能排除在外。

在聯盟尚在的2001年，阿斯麥還收購了美國最後一家頭部光刻企業SVG，阿斯麥獲得了一些EUV光刻方面的專利技術。

2010年，阿斯麥造出了人類第一台EUV工程樣機。

直到今天，它都是世界上唯一一家量產EUV光刻機的企業。

它已經成為荷蘭最大的出口企業，全球最大的芯片設備製造商。

這就是阿斯麥的故事。

開頭我説了，這是一個能讓國人既振奮又沮喪的故事。

振奮的地方在於，我們看阿斯麥的成長，跟一家創業公司九死一生的故事沒什麼兩樣。

從一小撮人開始，他們甚至都沒有信心活下去，隨時想着“跑路”回飛利浦上班，到挺過一道道難關，實現出貨，實現簽單，實現逆襲。

這樣的事荷蘭人能做到，中國人能做不到？

但是讓人沮喪的地方在於，我們在國內和友邦當中，可能嚴重缺乏像蔡司、尼康這樣的頂級光學儀器製造商。

以智能手機鏡頭為例，國內雖然有舜宇光學這樣的企業可以提供相機模組了。

但是國產旗艦機的頂級光學解決方案依然嚴重依賴海外供應商，比如蔡司和索尼。

更不要提什麼EUV光刻機的國產光學解決方案了。

從蔡司的發展史來看，培養頂級半導體光學系統的技術能力可能是一個比打造光刻機系統更漫長的過程。

因為光刻機的鏡頭是全世界最大、最精細的單反。

玩過攝影的人都知道，好鏡頭和差鏡頭的一大區別在於圖像畸變的程度。

攝影的時候畸變，你還可以後期處理，但光刻機的成像必須矯正到0，就要靠插入鏡頭來解決鏡頭帶來的問題。

結果就是一套套越來越複雜的光學系統。

各種光刻機鏡頭光路對比

來源：啓哥有何妙計

這其中很多鏡片都是來修正成像質量的。

最後導致一個光刻機鏡頭可能1米多高、1噸多重。

你需要能把光路精確地算出來，把鏡頭組合設計出來、製造出來，達到極高的工藝精度，還能完成整個鏡頭組的定心安裝。

蔡司表示，如果把EUV光刻機鏡片的面積放大到德國國土面積，那麼鏡頭的高低誤差也只有0.1毫米。

如果想要做好國產光刻機，我們第一步要做的就是培育好國產的光刻機供應鏈體系。

人才供給、高端材料供給、零部件和機加工設備供給，缺一不可。

研發一台光刻機，需要光學、數學、物理、化學、力學、材料、精密儀器、機械、自動化、軟件識別等多學科人才通力合作。

而據阿斯麥老總自己估計，他們自己只生產EUV光刻機15%的零部件，其餘都是從上千家公司購買的。他們有一整套嚴謹細密的供應商監控手段。

讀過今天的故事，相信你已經理解了，這家公司一開始連工作日誌都懶得記，能達到今天的供應鏈管理水平都是一點點積累起來的。

產業升級，國產替代，沒有什麼神話，只有一磚一瓦。

現在，我們應該像阿斯麥當年一樣，先定個小目標：打敗日本人。

因為中低端光刻機，比如28納米、90納米制程設備，由於較低的技術壁壘，競爭者數量多，尼康與佳能憑藉價格優勢佔據中低端市場主導地位。

從中低端慢慢做起，培育產業鏈，一步步往上走。

就像上週阿斯麥的CEO温寧克説的：“如果中國得不到這些機器，他們就會自己研發。這需要時間，但最終他們會實現目標。”

“中國的‘物理定律’和我們這兒的一樣，你越給他們施加壓力，他們越有可能加倍努力。”

所以不要急，不要像日本人當年那樣，連國產DUV光刻膠都沒有的時候，就急着去做EUV。

EUV只佔全球光刻機市場的8%，剩下的92%等着我們去搶。

搶到了，那就是給中國EUV鋪好的墊腳石。

我們這一代人，等着看中國EUV摘桃子的那一天。

參考文獻：

瑞尼·雷吉梅克：《光刻巨人：ASML崛起之路》，478頁

Chris Miller: Chip War: The Fight for the World’s Most Critical Technology，464頁

啓哥有何妙計：ASML的登峯之路，給你帶來不一樣的光刻機故事……