在《光刻技術(shù)的“鬼斧”之變》中，我們已經(jīng)粗略地回顧了光刻機產(chǎn)業(yè)的發(fā)展史。在上世紀殘酷的光刻機淘汰賽中，1984 年最后登上光刻機舞臺的荷蘭光刻機公司 ASML（全稱 Advanced Semiconductor Material Lithography，先進半導體材料光刻公司），成為最后的勝利者。

直到今天，ASML 仍然是光刻機企業(yè)當中的翹楚，而且是世界上唯一能夠生產(chǎn)最先進 EUV 光刻機的制造商。這個被譽為半導體皇冠上明珠的 ASML，對于芯片制造產(chǎn)業(yè)來說到底有多重要呢？用 ASML 總裁彼得·溫寧克在 2017 年接受《天下》雜志專訪時說的一句話就是：

“如果我們交不出 EUV，摩爾定律就會從此停止?！?/p>

目前，摩爾定律的極限已實現(xiàn) 5nm 制程，接近 3nm、2nm 制程工藝，想要實現(xiàn)這一制程節(jié)點，就一定要用到荷蘭 ASML 的 EUV 光刻機。

2019 年，ASML 一共銷售了 229 臺光刻機，其中 EUV 售出 26 臺。即使每一臺的售價高達 1.2 億美元，卻依然是全球頂尖芯片制造商爭先訂購的搶手貨。所以，這 26 臺 EUV 光刻機的營收已經(jīng)占到 ASML 全部營收的三分之一，預計隨著芯片制造商的換代升級，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(chǎn)業(yè)格局的光刻機巨擘？到底是什么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(jīng)驗。

兩次關(guān)鍵選擇，后進生 ASML 的艱難上位

如果了解光刻技術(shù)的發(fā)展史，你就會知道光刻技術(shù)的原理并不復雜，還在微米制程時代的芯片產(chǎn)業(yè)對于光刻機的要求并不高。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(yè)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，占據(jù)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，隨后逐漸取代 GCA，成為 80 年代光刻機產(chǎn)業(yè)的翹楚。

1984 年，ASML 由荷蘭飛利浦公司與一家荷蘭芯片設(shè)備代理商 ASMI 合資成立，此后就一直專注從事光刻機設(shè)備的研發(fā)和生產(chǎn)。

ASML 雖然有飛利浦的背景，但并沒有含著金鑰匙出生。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(shù)落后、市場競爭激烈、資金不足等諸多難題。

不過，ASML 一開始就本著“初生牛犢不怕虎”的勁頭，成立第一年就克服種種技術(shù)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 憑借持續(xù)的產(chǎn)品改進和出色的銷售能力，終于在光刻機市場站穩(wěn)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，并且從飛利浦回購全部的股份，實現(xiàn)了完全獨立，也獲得了充裕的資金讓公司加速發(fā)展。

十年生長，十年蓄力。冉冉升起的 ASML 終于有了挑戰(zhàn)強勁對手尼康的機會。此時，一次有關(guān)光刻技術(shù)路線的選擇，成為決定 ASML 和尼康此后成敗的關(guān)鍵點。

90 年代末，受制于干式微影技術(shù)的限制，摩爾定律的延續(xù)被卡在光刻機的 193 納米的光源波長上面。尼康選擇走穩(wěn)健路線，繼續(xù)自己在干式微影技術(shù)的優(yōu)勢，繼續(xù)開發(fā) 157 納米的 F2 激光光源。

（臺積電工程師林本堅）

而當時處于落后位置的 ASML 則決定賭一把，采用了一種被稱作“浸潤式光刻”的技術(shù)方案。這一方案由在臺積電的工程師林本堅在 2002 年提出，他在拿著這項“浸潤式光刻”技術(shù)方案，幾乎游說了全球所有光刻機廠商之后，最終只打動了后進生 ASML。

2004 年，經(jīng)過雙方一年的通力合作之后，ASML 全力趕出了第一臺浸潤式光刻機樣機，并先后拿下 IBM 和臺積電等大客戶的訂單。雖然尼康很快推出了干式微影 157 納米的產(chǎn)品，但和已經(jīng)實現(xiàn) 132 納米波長技術(shù)的 ASML 相比，已然落后一程。

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(shù)的突破，則將尼康遠遠甩在后面，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(lián)盟說起。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。

由于這項技術(shù)的研究難度極高，英特爾聯(lián)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(shù)。

（極紫外光刻機內(nèi)部結(jié)構(gòu)）

EUV LLC 聯(lián)盟還需要從尼康和 AMSL 這兩家當時發(fā)展最好的光刻機企業(yè)中，挑選一家加入聯(lián)盟。經(jīng)過一番博弈，美國最終選中了后進生 ASML 加入 EUV 聯(lián)盟。

ASML 由此獲得了美國最領(lǐng)先的半導體技術(shù)、材料學、光學以及精密制造等相關(guān)技術(shù)的優(yōu)先使用的資格，同時 ASML 也將自己的生產(chǎn)、接受監(jiān)管的權(quán)限交給了美國政府。

2003 年 EUV LLC 聯(lián)盟解散時，其使命已經(jīng)完成。6 年時間里，EUV LLC 的研發(fā)人員發(fā)表了數(shù)百篇論文，大幅推進了 EUV 技術(shù)的研究進展，證明了 EUV 光刻技術(shù)的可行。這些成果讓聯(lián)盟成員的 ASML 占得先機。

但是研制出一臺真正的 EUV 光刻機則并不容易，最終能否研制成果也還存在著巨大的不確定性。從 2005 年到 2010 年，ASML 花費 5 年時間，跨越了資金、技術(shù)等諸多難題，才終于生產(chǎn)出第一臺型號為 NXE3100 的 EUV 光刻機，并交付給臺積電投入使用。

（ASML 最新 EUV 光刻機 TWINSCAN NXE3400C）

接下來，整個高端光刻機領(lǐng)域就成了 ASML 的獨角戲。此后幾年經(jīng)過一系列技術(shù)并購和升級，ASML 又在 2016 年推出首臺可量產(chǎn)的最先進 EUV 光刻機 NXE3400B 并獲得訂單，從 2017 年第二季度起開始出貨，售價約為每臺 1.2 億美元，成為臺積電、三星、英特爾等排隊搶購的爆款設(shè)備。

從 1997 年到 2010 年，ASML 歷經(jīng) 13 年時間，終于成為了光刻機產(chǎn)業(yè)的“頭號玩家”。2010 年至今，ASML 更是所向披靡，牢牢占據(jù)高端 EUV 市場的技術(shù)高地，至今再無對手。

創(chuàng)新視野和變革勇氣，ASML 后發(fā)制人的根底

從 ASML 數(shù)次關(guān)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(zhì)。正是 ASML 從無到有，從弱到強的發(fā)展過程中，保持了靈活性、創(chuàng)新性以及敏銳的戰(zhàn)略眼光與勇敢投入，才使其能夠在勁敵環(huán)伺的光刻機產(chǎn)業(yè)當中生存壯大。

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

在第一個階段，缺錢一直是 ASML 發(fā)展的瓶頸。1988 年，ASML 進軍臺灣市場時，曾經(jīng)因為兩位老東家的撤資一度瀕臨破產(chǎn)。幸好后來時任 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(guān)。靠著這筆救命錢，ASML 在臺灣市場站穩(wěn)腳跟。隨后幾年 ASML 步進式掃描光刻機的熱銷扭虧為盈，度過了艱苦創(chuàng)業(yè)的十年歲月。

在第二個階段，上市之后的 ASML 一定程度解決了資金困境，而兩次關(guān)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(lián)盟的過程中，除了英特爾的從中牽線以及美國政府對于日本半導體產(chǎn)業(yè)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(shù)領(lǐng)地的關(guān)鍵。

ASML 當時做了兩件事情，一是愿意出資在美國建廠和研究中心，二是保證 55%的原材料都從美國采購，相當于無條件“投誠”美國，終于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于擔心核心技術(shù)被 ASML 掌握而無法控制的局面。而 ASML 的全球化的戰(zhàn)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(guān)鍵。

而在浸潤式光刻技術(shù)路線的選擇上，則更能看出作為后進生的 ASML 的靈活、務(wù)實和敢于嘗鮮的勇氣，明智地選擇了浸潤式光刻技術(shù)，反而是過于強調(diào)自主研發(fā)的尼康，敗在了路徑依賴的大企業(yè)的窠臼當中。

第三階段，由于在加入 EUV LLC 聯(lián)盟后獲得了 EUV 技術(shù)的研究成果，取得市場領(lǐng)先的 ASML 又全力投入到 EUV 光刻機的研發(fā)上面，成為引領(lǐng)光刻機發(fā)展方向的那只“頭雁”。

為突破技術(shù)難題，ASML 又聯(lián)合了 3 所大學、10 個研究所、15 家公司，開展“More Moore”項目，著力進行技術(shù)攻堅。

為解決資金困境，ASML 在 2012 年提出一項“客戶聯(lián)合投資計劃”（CCIP），也就是 ASML 的客戶可以通過注資，成為股東并擁有優(yōu)先訂貨權(quán)。這一計劃立刻得到芯片制造行業(yè)的三巨頭英特爾、臺積電和三星的響應(yīng)，一共投入數(shù)十億歐元支持 EUV 光刻機的研發(fā)。

這一舉措無疑實現(xiàn)了雙贏的局面。ASML 將研發(fā)資金的壓力轉(zhuǎn)移了出去，讓頭部客戶為 EUV 光刻技術(shù)研發(fā)買單；同時又確保了客戶對先進光刻技術(shù)的優(yōu)先使用權(quán)和股權(quán)收益。至此 ASML 與其大客戶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(shù)的穩(wěn)步迭代。

（賽迪智庫整理：ASML 上下游產(chǎn)業(yè)鏈）

ASML 的成功，還離不開一直以來對于上游產(chǎn)業(yè)鏈的持續(xù)投資并購，來構(gòu)建完整的上游供應(yīng)鏈，以攫取技術(shù)上的領(lǐng)先優(yōu)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(shù)，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(chǎn)品整體戰(zhàn)略的基石。

在 CCIP 計劃之后，ASML 又收購了全球領(lǐng)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(shù)；此后又收購了電子束檢測設(shè)備商 HMI，以及入股了光學鏡頭領(lǐng)頭的卡爾蔡司。由此 ASML 構(gòu)建起完整的上游供應(yīng)鏈，獲得了布局 EUV 光刻機的領(lǐng)先技術(shù)。

此外，就是 ASML 在研發(fā)上面不惜重金投入，并且依托自身資源和技術(shù)積累，與眾多研究機構(gòu)、學校和外部技術(shù)合作伙伴一起，建立了一個巨大的開放式研究機構(gòu)，共享全球前沿技術(shù)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(chuàng)新中心 IMEC 展開 EUV 光科技術(shù)的合作。

在研發(fā)投入上面，ASML 近五年的研發(fā)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 億歐元用于技術(shù)研發(fā)，占到凈銷售額（118.2 億歐元）的 16.9%。

正是在 ASML 不斷地研發(fā)投入、積極向外尋求資金、研發(fā)技術(shù)支持，并且?guī)酉掠慰蛻艄餐顿Y參與，才最終推動了 EUV 技術(shù)的研發(fā)進程，成為全球唯一一家能夠設(shè)計和制造 EUV 光刻機設(shè)備的獨家壟斷者。

光刻機的“窄道”，ASML 的成功難以復制？

光刻機技術(shù)發(fā)展到今天 EUV 時代，已經(jīng)進入一個全球化高度分工、前沿技術(shù)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 早期的成功得益于荷蘭半導體產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)實力和產(chǎn)業(yè)開拓者前瞻性視野的支持。ASML 的技術(shù)基礎(chǔ)來源于飛利浦的光刻設(shè)備研發(fā)部門，從 1971 年起飛利浦就開始了透鏡式非接觸光刻設(shè)備的研發(fā)。ASML 能成立的另一原因，就是另外一個投資公司 ASMI 的傳奇創(chuàng)始人，也是荷蘭半導體設(shè)備開創(chuàng)者的 Arthur Pardo。

（ASMI 傳奇創(chuàng)始人 Arthur del Prado）

極富戰(zhàn)略眼光的 Parodo 和從威廉·肖克利實驗室里離開創(chuàng)業(yè)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(chuàng)業(yè)精神。

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

當時，由于成本高昂，技術(shù)問題等原因，飛利浦計劃要關(guān)停光刻設(shè)備研發(fā)小組。正是在 Arthur Rrado 的堅持游說下，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(chǎn)業(yè)就是一個天然趨向壟斷性的產(chǎn)業(yè)。由于高端光刻機的研發(fā)投入巨大、技術(shù)難度極高，而需求市場又僅限于為數(shù)不多的芯片制造企業(yè)。一旦某家企業(yè)提前實現(xiàn)技術(shù)突破和穩(wěn)定量產(chǎn)，就會產(chǎn)生“贏家通吃”的局面，拿到下游芯片廠商的絕大多數(shù)訂單，而落后者幾乎再無能力實現(xiàn)技術(shù)突破。

第三，ASML 的壟斷也有著商業(yè)上的現(xiàn)實原因。事實上，主要半導體企業(yè)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(shù)壁壘和有限的市場需求，決定了光刻機產(chǎn)業(yè)只需要一個高端光刻機供應(yīng)商即可。如果同時并存兩家或多家高端光刻機供應(yīng)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(chǎn)業(yè)的升級速度。

另外，ASML 已經(jīng)與上下游產(chǎn)業(yè)鏈，形成了穩(wěn)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、臺積電等全球半導體巨頭作為戰(zhàn)略合作方，并給予股東優(yōu)先供貨權(quán)，從而結(jié)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(fā)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。

最后，ASML 的長期發(fā)展，還得益于荷蘭自身的外向型經(jīng)濟的區(qū)位優(yōu)勢，涵蓋能源、機械制造、電子、船舶等發(fā)達工業(yè)體系，以及重視科研、教育和技術(shù)創(chuàng)新的基礎(chǔ)條件。這些帶給 ASML 優(yōu)渥的技術(shù)設(shè)備優(yōu)勢、人才優(yōu)勢和開放性的外貿(mào)環(huán)境優(yōu)勢。

當然，除了自身優(yōu)勢之外，ASML 的成功自然離不開整個西方半導體產(chǎn)業(yè)的扶持，美國政府和投資機構(gòu)在其中扮演著至關(guān)重要的角色。在美國主導的《瓦森納協(xié)議》體系和美國投資機構(gòu)、核心技術(shù)研發(fā)等方面的制約下，ASML 嚴格來說是一家同時受美國扶持和默許其“壟斷地位”的企業(yè)。

所以，ASML 的成功，本質(zhì)上既是一場荷蘭半導體產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新突圍的結(jié)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(jié)果，成為全球如此復雜的光刻技術(shù)鏈的整合者角色；同時也源于以美國為首的科技霸權(quán)的一次“合謀”的結(jié)果，ASML 以其開放、合作的運營機制，充當其半導體上游高端設(shè)備鏈供應(yīng)者的角色。

因此，ASML 能夠成就今天的光刻機霸主地位集合了復雜的商業(yè)、技術(shù)、政治的因素。ASML 的成功，對于我國的光刻機產(chǎn)業(yè)的發(fā)展來說，也就既有借鑒意義，也有難以復制的關(guān)鍵因素。而具體有何可以學習之處，我們留待未來再討論。

審核編輯 黃昊宇