光刻机是什么 500美元起家，光刻机霸主，凭什么是一家荷兰小公司？

大家好，我是观察者网“科技力量”栏目的主播东晓。10月14日，ASML发布了其财务报告。2020年第三季度，光刻机净销售额为31亿欧元，其中中国大陆市场收入占26%，超过6亿欧元。大多数杰出的成就都是由EUV光刻机贡献的。

财务报告发布后，公司CFO接受媒体采访。当被问及美国半导体禁令对ASML业务的影响时，这位高管表示:我们可以直接向中国出口DUV的深紫外光刻机，无需任何出口许可证。

与EUV光刻机不同，DUV是一台193nm光刻机，一次曝光可以生产45~28nm波长的芯片，价格比EUV便宜一半。虽然这台光刻机不是最先进的，但它可以在多次曝光的情况下实现10纳米的工艺。但是要达到10纳米以下，必须使用EUV。2018年4月，SMIC从ASML订购了一台EUV光刻机，但在美国政府的遏制下，荷兰政府暂停了该设备的出口许可证，直到现在。

ASML高管的最新讲话在中国得到了不同的解读。有人说这是国产DUV光刻机的突破。还有人说这是变相打压中国半导体。这些声音的初衷是好的，但是有一些误解。ASML之所以在中国有如此大的销量，是因为虽然它没有向我们销售最先进的光刻机，但像DUV这样的中端产品已经供应给长江仓储、上海华虹、SMIC等厂商。企业都是为了盈利，ASML本身就想推动高端光刻机的交易。然而，当美国政府的制裁力度加大时，技术霸主不得不向政治霸权屈服。

很多人想知道一个出生在欧洲小国的公司经历了什么，才成为行业先锋。你做了什么，被美国政府起诉了？

追溯ASML的历史，我们不得不提到一个传奇人物，德尔普拉多。他于1931年出生在印度尼西亚雅加达的荷兰殖民地。他的父母是荷兰公民。因为他父亲是犹太人后裔，日本侵略占领南亚后，他们一家被关进当地的集中营。战后，普拉多回到荷兰学习化学和经济学，然后去哈佛商学院继续深造。在此期间，他被美国硅谷创造的芯片深深吸引。1958年，他从哈佛毕业，带着一个晶圆和500美元回到中国，创办了先进半导体材料公司。

普拉多准备在半导体领域大展拳脚。一开始是做经销商起家，积累原始资本。后来转型设备厂商，收入开始爆炸。到1978年，年收入已达1400万美元。普拉多准确预测了芯片行业的广阔前景，梦想在欧洲建设硅谷，想与当时的飞利浦这样的半导体巨头合作。但是在这些大公司里，怎么能忽视一个小公司呢？普拉多曾抱怨说，他可以很容易地在美国遇到IBM或惠普讨论合作事宜，但在家乡却很难遇到当地的巨头。直到1983年，也就是ASM在纳斯达克上市两年后，一位飞利浦高管在看报纸的时候，发现普拉多还有一些资本。因此，双方决定成立合资公司，飞利浦和私募持有30%的股份，ASM持有40%的股份。

不过这次合作谈了快一年了，飞利浦还是不看好合资公司。当初投资注册的时候，每个210万美元。结果飞利浦把未完工的光刻机打折到180万美元，算作出资。Prado可能不知道这些光刻机太差了，客户都不愿意买。最终，这家新公司在1984年愚人节成立，并被命名为ASML。

新公司刚成立，Prado疯狂招聘软件、电子、机械、光学、测量等领域的工程师。然而理想很丰满，现实很骨感。初出茅庐的ASML缺乏顾客和资金，甚至租不起办公楼。员工只能在飞利浦大厦外的木屋工作。

此时，日本半导体产业全面崛起，超过美国。世界十大半导体公司中日本占了六家，前三名都是日本公司。当时日立、东芝、富士通的产品成了“高品质”的代名词，产出率远高于英特尔、德州仪器。佳能和尼康开发的光刻机占据了近一半的市场份额，而IBM和AMD几乎被困在生产线门口，等待产品下线抢购，就像我们今天急切等待EUV光刻机的交货一样。日本半导体产品疯狂涌入美国，美国公司市场份额暴跌。英特尔甚至准备放弃抵抗，宣布破产。

与尼康和佳能相比，ASML显然处于劣势。前两者在中国得到日立、住友、东京电子的支持，后者既没有钱，也没有光学设备。从理论上讲，光刻机的原理其实很简单，通过一个带有电路图的掩膜把光透射出来，投射到涂有光敏胶的晶圆上进行刻蚀。早期集成在硅片上的晶体管很少，所以光刻不需要高技术。后来集成的晶体管越来越多，每平方毫米1亿个晶体管，显然需要更精密的光刻设备。

为了提高光刻技术，ASML与德国蔡司达成合作协议，改进光学系统，推出了与日本公司相当的光刻机PAS2500，也销往美国。然而，销售产品的收入仍然难以支撑高昂的R&D费用，ASML将很快失去工资。幸运的是，在这样的紧急情况下，大股东飞利浦并没有置之不理，出手相助。

80年代末，半导体市场大幅下滑，美国光刻机厂商衰落。日本的尼康和佳能成为搭档，ASML已经拥有10%的市场份额。公司成立时，创始人普拉多等人就已经确定了主攻方向，即“精准定位”、“快不刹车”、“不刹车”。在这家公司，加班是常事。大楼的灯整夜亮着，每天都要召开危机管理会议。员工把睡袋放在车上，准备通宵“志愿”。

1994年，ASML的市场份额增加到18%，先进的光刻机PAS5500被TSMC、三星和海力士采用。后来，这些公司决定将ASML产品用于所有光刻机。光刻机是个小市场，就算一年卖几十台，也是个大厂。因为半导体厂就这么多，一台机器能用很多年，导致你的机器落后了，所以没人愿意买。技术领先是抢占市场的关键，赢家全拿。ASML光刻机的设计原则是在不考虑成本和售价的情况下尽可能精确可靠。PAS5500今天还可以在官网翻新出售。

90年代末，芯片集成度越来越高，制造难度越来越大。光刻机的重要性越来越突出。为了摆脱对日本企业的依赖，英特尔牵头组织极紫外联盟研究最先进的光刻技术。但是这个时候，美国光刻机厂商已经被尼康、佳能等公司打败了。既然国内没有合适的企业，那就去国外找吧，所以英特尔决定把ASML带进公司。但是，加入新组织是有条件的。为了满足美国的需要，有必要在美国建立工厂和R&D中心。55%的零部件应从美国制造商处购买，并接受定期审查。这就是为什么美国可以让荷兰禁止EUV光刻机进入中国。

虽然条件有些苛刻，但是让ASML成为半个美国公司，带来很多好处。2000年成功收购硅谷集团，收购投影掩膜瞄准技术和扫描技术，大幅提升公司产品质量，在美国拥有研发生产基地。

虽然全球半导体一直在用摩尔定律发展，但在90年代末，光刻的光源卡在193nm，难以突破。在之前的视频中，我们谈到这里的193nm指的是光的波长，与芯片制造工艺的概念不同。光的波长相当于划片机的宽度，芯片的制造工艺是指划片机在硅片上刻出的凹槽的最小宽度。从20世纪60年代开始，这把切肉刀从436纳米、365纳米和248纳米发展到今天的193纳米。再往下，雕刻刀会磨快，但技术上有个分水岭。尼康希望稳步前进，选择157nm激光作为下一代刻刀。新成立的极紫外联盟押注于更激进的方案，选择几十纳米的极紫外光。然而，这些尝试在当时都失败了。

2002年，来自TSMC的工程师林本健提出了浸没式光刻工艺。用一个很简单的原理，光在水中会折射。在光刻机的镜头和硅片之间加了一层水。原193nm激光经液体发射折射后，波长直接降低到132nm。刻刀突破了之前的瓶颈，变得更加锋利。林本健带着计划去日本公司，希望他们采纳，结果被拒绝了。ASML决定赌一把，采纳林本健的计划，只用一年就做出了原型。经过测试，新型光刻机性能优异，赢得了IBM和TSMC的大量订单。光刻机不是快速消费品，企业必须花钱购买最好的产品。

日本公司坚持改进原有技术，但未能达到预期效果。没有客户愿意订购他们的产品，所以他们被迫宣布他们也将进行浸没光刻。但正如我们之前所说，在光刻领域，赢家通吃。而且，新产品总是需要至少一到三年的时间，还要跟得上下游厂商。如果别人在你之前批量生产，他们会比你有更多的时间来改进问题，提高产量。半导体制造商更愿意购买成熟的ASML产品，而不是成为日本企业的实验室老鼠。这也导致了尼康在2000年的大败，但在2009年，ASML的市场份额达到了70%，遥遥领先。

ASML公司有一句话，如果你想征服世界，你只能用一台革命性的机器，一台竞争对手无法比拟的机器。极紫外光刻芯片的想法是由极紫外光联盟提出的，但因技术原因未能实现。然而，ASML没有放弃。虽然联盟已经解散，但公司一直在不断探索。为了制造最先进的EUV光刻机，2012年，公司提出了客户投资计划，在资金不足的情况下，拿出25%的股份，邀请大客户共同投资。英特尔认购了15%，并在EUV投资了5%。另外，TSMC认购5%，三星想了半天认购3%。因为技术难度太大，三大不看好EUV光刻机，投资很大程度上是给个面子。然而，ASML仍然没有停止研发。

2015年，ASML第一台EUV原型机正式发布。这样的机器重180吨，零件10多万，运输需要40个集装箱，安装调试一年多。虽然价格高达1.2亿美元，但还是收到了雪花般的订单。排队等候送货需要数年时间。

光刻机被称为“工业皇冠上的明珠”，是人类工业难度的极限，与航空空发动机并列。为了保证光刻机的良好运行，每个环节的成功率都高于99.99%。这在工程上是一个巨大的挑战。正是因为ASML员工孜孜不倦，不断克服困难，人类才在这个芯片驱动的时代，享受到各种手机、电脑、家电、通信基站、互联网带来的精彩生活。毫无疑问，这是ASML的一项重要历史成就。

然而，在政策、技术和资本的控制下，ASML自然成了半个美国公司。在现代中美科技竞争的背景下，美国必然会把ASML作为一个“变量”来控制。因此，对于中国同行来说，有必要打破ASML等西方企业既定的技术规则和垄断优势，同时让许多国家共同参与到精细零部件的供应和开发中来，让“中国核心”不再捉襟见肘。