光刻机阿斯麦封神之路
The following article is from 芯东西 Author 温淑
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打开思维，打开心灵，打开意志
美国新一轮封杀，华为一张图一句话以对
阿斯麦封神之路
阿斯麦封神之路，让我想起了松下幸之助。在封神之路上，两者跳动的韵律是一致的。
松下帝国的创立者松下幸之助，成功后感觉大部分记者媒体人把他的封神之路神化了，完全不是本来的样子。一天，他终于忍耐不住了对记者说：
仔细研究芯片光刻机巨头阿斯麦封神之路，我发现跟松下幸之助高度同频共振。
松下幸之助是如何炼成的
01
无依则生，有一则活
荷兰阿斯麦初创时，也跟松下幸之助一样，没有人脉，没有资金，没有最先进的技术，一个小国，一个只有31人的小公司。荷兰也没有工业基础和高科技人才储备，看上去一点胜算也没有。
然而，无依则生。日本的尼康等巨头，太过有技术基础和抱团的供应链，美国不放心。美国的英特尔等公司和美国能源部，更看好没有背景、资源和技术基础的阿斯麦。
据刘茵、邓宇的文章《芯片光刻机大败局》，在美国的主导下，1997年攒起了一个叫EUV LLC的联盟。联盟中的名字个个如雷贯耳：除了英特尔和牵头的美国能源部以外，还有摩托罗拉、AMD、IBM，以及能源部下属三大国家实验室：劳伦斯利弗莫尔国家实验室、桑迪亚国家实验室和劳伦斯伯克利实验室。
这些实验室是美国科技发展的幕后英雄，之前的研究成果覆盖物理、化学、制造业、半导体产业的各种前沿方向，有核武器、超级计算机、国家点火装置，甚至还有二十多种新发现的化学元素。
阿斯麦因为一无所长，就一直俯下身来恳请美国带着他玩。阿斯麦同意在美国建立一所工厂和一个研发中心，以此满足所有美国本土的产能需求。另外，还保证55%的零部件均从美国供应商处采购，并接受定期审查。这是为什么美国可以控制阿斯麦不交付中芯国际的订单。甘愿做个随从跟着美国巨头一起玩。
美国对日本有戒心，对荷兰的小公司没有。而且主要科技资源也在严密控制中。于是，便带上一个主动效忠的小弟阿斯麦一起搞研发。
美国一流科学家更看重科学上的成就，而对把科学变成产品，则没有耐性和韧劲。联盟成立6年时间里，EUV LLC的研发人员发表了数百篇论文，大幅推进了EUV技术的研究进展。割地求和的阿斯麦虽然在研发上只是其中的小角色，但在科研产品化上，则是阿斯麦的所长。
2009年，美国的Cymer公司研发出EUV所需的大功率光源，这可是光刻机的核心零件或顶尖的技术，成为阿斯麦的供应商，更在四年后以25亿美元高价直接被并购。
缺乏资本，阿斯麦就直接拉客户入股。2012年，英特尔连同三星和台积电，三家企业共计投资52.29亿欧元，先后入股阿斯麦，以此获得优先供货权，结成紧密的利益共同体。
阿斯麦没有市场，没有资源，没有资本，没有科技基础，没有工业基础。这些看上去的弱点，却成了他真正的优势。本来就不在高位上，还能谦卑地俯下身来听话，哪里找这样的伙伴！放空了自己，没有了坛坛罐罐，没有了层层篱笆墙，可以直接连接全世界最先进的资源，弱小的阿斯麦反而可以活下来。
阿斯麦有什么？有一则活！
一如松下幸之助必须干啥啥牛，才有活下去的能力。阿斯麦知道自己所长，就是拿出不同凡响的产品，就是把产品做成与众不同的大美绝活。这是阿斯麦在丛林中生存唯一的依靠。这也是欧洲发达国家公司的根本生命力。
而阿斯麦的产品，不是自力更生，而是开放给全世界，融百家、千家资源所长。因为阿斯麦没有日本成体系的供应链，反而适应了这个虚拟互联网时代的特质——直供无间道。
站在EUV LLC的肩膀上，背靠美国支持，又有客户送钱，阿斯麦自此正式成为“全村的希望”，在摘取EUV光刻机这颗宝石的道路上，一路孤独的狂奔。
在2015年，第一台可量产的EUV样机正式发布。正所谓机器一响，黄金万两，当年只要能抢先拿到机器开工，就相当于直接开动了印钞产线，EUV光刻机也因此被冠上了“印钱许可证”的名号。
02
没有知识，没有科技基础
聚集全球最智慧的大脑
松下幸之助感念自己最没有知识。没有任何可以自以为是的东西。他对工艺、知识、科技如醉如痴。所有的发生，都是他的课程，每一个当下都是他的课堂，所有有智慧的大脑都是他的老师。他身怀一颗“素直之心”，吸纳整合能力在实践中越练越强，尤其是他来自潜意识中的直觉判断力，会迅速捕捉到最有效能的智慧点。
阿斯麦也是这样。阿斯麦是世界的，世界也不能没有阿斯麦！自力更生造车不是阿斯麦的方法，闭门出不了全球观的优秀思想！好产品是惠及人类的，当然要吸纳世界上最优秀的智慧资源，一起创造好产品。开眼看全球，千万不要看一个国家，一个地区或是一个组织。
EUV光刻机几乎逼近物理学、材料学以及精密制造的极限。光源功率要求极高，透镜和反射镜系统也极致精密，还需要真空环境，配套的抗蚀剂和防护膜的良品率也不高。别说是对小国荷兰，就算是美国，想要一己之力自主突破这项技术，也是痴人说梦。
立足荷兰，心怀世界。最新潮的WUV光刻机，价值1.2亿美元，重达180吨的巨无霸设备背后，实际上90%的部件均来自外部厂商，美国和欧洲的更是其中代表。阿斯麦把世界各地的供应商和客户都当成自己的亲人，这样世界最智慧的大脑也就接纳了阿斯麦。没有知识，反而可以聚集和吸纳世界上最智慧的创意、构想和工匠。这是阿斯麦封神的重要节点。
03
谦卑和敬畏是底盘思维
松下幸之助总结自己成功的第三条原因，就是无论什么时候，都保持谦卑。水往低处流，能量向洼处聚集。他感觉他真没做什么事，也就像水一样是顺势而为。他这样说，一般人听不懂。年轻的稻盛和夫听懂了“上善若水”。
“上善若水，水利万物而不争，处众人之所恶，故几于道。” 正因为阿斯麦心中无敌，举世无敌。他专心致志做与众不同的东西，不跟任何人去争斗，当然就没有争斗的困扰。
阿斯麦也有“上善若水”的智慧。
在2015年，第一台可量产的EUV样机正式发布。正所谓机器一响，黄金万两，当年只要能抢先拿到机器开工，就相当于直接开动了印钞产线，EUV光刻机也因此被冠上了“印钱许可证”的名号。
阿斯麦弱小的时候，俯下身来谦卑是自然的。可是阿斯麦封顶以后，依然没有掌控世界的霸蛮。2018年跟中芯国际签下了供货EUV协议，2019年交货。一场莫名的大火，把交货日期推到2020年中。现在正是中美科技较劲的紧要时刻，阿斯麦不会直接回绝，但是不说自明的原因还是让人困扰。中芯国际还是要有足够的耐心。因势利导，水才能流过来。
一切都在反转，一切都在生成。阿麦斯拥有“上善若水”的智慧，它懂得“处众人之所恶”，才有无上的丰富市场。谁知道下一个拐点会在什么时候出现？
04
结语
阿斯麦处于高科技漩涡的中心。但是，从它的历史上，找不到执掌乾坤的人物。从几篇有影响的文章中，比如本文和芯片光刻机大败局中，同时，也没有看到阿斯麦高调的喧嚣。好像这就是一家承传很多年的制表公司。外界再大的喧闹，跟他们安心做好产品没有什么关系。我们也看不出阿斯麦的民族精神，给人的印象他就是一个默默奋进的巨匠。
接近美，接近神。这就是阿斯麦的封神之路，说起来很简单：
照镜子，观自己，往返求。阿斯麦的封神之路，很值得华为借鉴，也很值得中国高科技公司借鉴。
少一点鼓噪，活久见！接近美，接近神！
王育琨手记
2020.6.21
（本提要受益《光刻机大败局》多多）
芯片光刻机内部视频曝光
像科幻片一样震撼！
一个科幻片曝光了光刻机内部底层逻辑
光刻机霸主阿斯麦封神之路
文 | 董温淑
来源：芯东西
现在，5nm制程芯片作为目前可量产的最先进芯片，将是顶级手机的标配，也是摩尔定律真正的捍卫者。年内将推出的华为Mate 40采用的麒麟1020芯片、苹果iPhone 12搭载的A14仿生芯片不出意外，都会采用5nm制程。
不少证据正在证实这一点，3月份，有爆料称台积电成功流片麒麟1020；4月份，台积电宣布为苹果代工A14芯片；在近期的中美贸易摩擦中，台积电是否能按时向华为出货Mate 40芯片也着实让人捏了一把汗。这一连串事件之中，为两大手机龙头代工芯片的台积电成为关键角色，举足之间关系着华为手机芯片供应的命运。
放眼全球，光刻机市场几乎被3家厂商瓜分：荷兰的阿斯麦（ASML）、日本的尼康（Nikon）和佳能（Canon）。
在这3家中，阿斯麦又是当之无愧的一哥。据中银国际报告，阿斯麦全球市场市占率高达89%！其余两家的份额分别是8%和3%，加起来仅有11%。在EUV光刻机市场中，阿斯麦的市占率则是100%。
要指出的是，阿斯麦并非生来就含着金汤匙。阿斯麦成立于1984年，入局光刻机市场晚于尼康（1917年成立，1980年发售其首款半导体光刻机）和佳能（1937年成立，1970年推出日本首台半导体光刻机）。成立之初，阿斯麦只有31名员工，还曾面临资金链断裂的窘境。
36年间，这家几近破产的小公司是怎样成长为光刻机一哥的？又是如何在十多年里占据第一宝座屹立不倒的？今天，智东西就来复盘这家荷兰光刻机之星的逆袭之路。
01
光刻机市场的传说，全球5nm产线的唯一选择
在郁金香国度荷兰的南部，坐落着一个居民人数20余万的市镇，艾恩德霍芬，阿斯麦（Advanced Semiconductor Material Lithography，直译：先进半导体材料光刻技术）总部就位于此。
阿斯麦是一家采用“无工厂模式”的光刻设备生产商，主要产品就是光刻机，还提供服务于光刻系统的计量和检测设备、管理系统等。
翻开全球芯片厂商的光刻机订货单，其中绝大多数都发给了阿斯麦。以2019年为例，阿斯麦共出货229台光刻机，净销售额为118.2亿欧元，净利润为25.2亿欧元。相比之下，尼康出货46台，佳能出货84台。
除了出货量占优，阿斯麦（ASML）也代表着全球最顶尖的光刻技术。在阿斯麦2019年卖出的229台光刻机中，有26台是当今最高端的EUV（极紫外线）光刻机。而在EUV光刻市场，阿斯麦是唯一的玩家。
EUV光刻机采用13.5nm波长的光源，是突破10nm芯片制程节点必不可少的工具。也就是说，就算DUV（深紫外线）光刻机能从尼康、佳能那里找到替代，但如果没有阿斯麦的EUV光刻机，芯片巨头台积电、三星、英特尔的5nm产线就无法投产。
时间迈进2020，光刻机市场三分的格局中，阿斯麦已稳居第一10多年。在“光刻机一哥”光环的背后，阿斯麦又有怎样的故事？
智东西从技术路线选择、先进技术攻关、资金支持、研发投入等方面入手，还原出这个故事真实、立体的脉络。
02
与台积电鬼才相互成就，21世纪阿斯麦冉冉升起
罗马不是一天建成的，阿斯麦的成功也绝非一蹴而就。今日风头无两的光刻机市场一哥背后，是一个卑微的开始和一段曲折的往事。
故事要从20世纪80年代讲起，那时候距离摩尔定律被正式提出（1975年）不到10年，增加芯片晶体管数目还不是让全球半导体学者挤破头的课题。相应地，对光刻机光源波长的要求较低。当时的光刻机采用干式微影技术，简言之，光源发光，光线在涂有光刻胶的硅基底上“画”就完了。
比如，1980年尼康推出的可商用步进式重复式光刻机（Stepper），光源波长为1微米。连芯片厂家英特尔也自己设了个光刻机部门，用买来的零件组装光刻机。
在这种背景下，荷兰电子产品公司飞利浦在实验室鼓捣出了步进式扫描光刻技术的雏型，但拿不准这项技术的商业价值。思前想后，它决定拉人入伙，让合作者继续研发，这样既有人分摊成本，也给了自己观望的机会。
在飞利浦的设想里，理想的合伙人当然是技术先进、实力雄厚的美国大厂，如IBM、GCA之流。但在美国走了一圈后，飞利浦意识到了现实的骨感：各大厂商纷纷表示拒绝。
但是，并非所有人都不看好飞利浦的光刻项目，就在飞利浦碰壁之际，荷兰小公司ASMI（ASM International，直译为ASM国际）的老板Arthur Del Prado跑来，自荐要接下飞利浦的光刻项目。
ASM International创立于1964年，是一家半导体设备代理商，对制造光刻机并无经验。因此，飞利浦犹豫了1年的时间。最终，1984年，飞利浦选择“屈就”，同意与ASMI公司各自出资210万美元，合资成立阿斯麦，由这才开启了阿斯麦的故事。
阿斯麦首任CEO为Gjalt Smit，任职时间为1984～1988年。据称，由于阿斯麦成立初期知名度较低，Gjalt Smit曾在未经授权的情况下在阿斯麦招聘广告中使用飞利浦的标志。
2013年至今，阿斯麦总裁兼CEO由Peter Wennink担任。Peter Wennink早在1999年就加入了阿斯麦，曾担任过执行副总裁、首席财务官等职。在加入阿斯麦之前，Peter就职于全球四大会计师事务所之一的德勤会计师事务所。
回到阿斯麦的故事，飞利浦同意出资210万美元成立阿斯麦，但拒绝提供更多资金和办公场地。成立之初的阿斯麦只有31名员工，由于没有办公室，这31名员工就窝在飞利浦大厦外的简易木板房里办公。当时，飞利浦绝不会想到，这个几乎被当作“弃子”的项目和退而求其次选择的小公司，孕育出的是能把尼康拉下马的光刻机新星。
如前所说，20世纪80年代还是光刻机的技术红利期。在干式微影技术的技术路线下，阿斯麦成立的第一年就造出了步进式扫描光刻机PAS 2000。但是，技术的红利期很快就会过去，之后发生的一切会造就光刻机市场的新格局。
进入21世纪，为了延续摩尔定律，人们改进了晶体管架构方式，但光刻机光源波长卡在了193nm上。这造成的后果是光刻“画”出的线条不够细致，阻碍晶体管架构的实现。要解决这个问题，最直接的方式就是把光源波长缩短，比如尼康、SVG等厂商试图采用157nm波长的光线。
实践中，实现157nm波长的光刻机并不容易。首先，157nm波长的光线极易被193nm光刻机使用的镜片吸收；其次，光刻胶也要重新研发；另外，相比于193nm波长，157nm波长进步不到25%，回报率较低。但在当时，这似乎是唯一的办法。
到了2002年，时任台积电研发副经理林本坚提出：为什么非要改变波长？在镜头和光刻胶之间加一层光线折射率更好的介质不就行了？那么什么介质能增加光的折射率呢？林本坚说，水就可以。与干式光刻技术相对，林本坚的技术方案被称为浸没式光刻技术。经过水的折射，光线波长可以由193nm变为132nm。
时间再往回推15年（1987年），林本坚就职于IBM，那时他就有了浸没式光刻技术的想法。2002年芯片制程卡在65nm之际，林本坚看到了浸没式光刻技术的机会。为了解决技术难题、消除厂商疑虑，林本坚花费半年时间带领团队发表3篇论文。
当时，业界质疑水作为一种清洁剂，会把镜头上的脏东西洗出来，还有人担忧水中的气泡、光线明暗等因素会影响折射效果。根据林本坚团队的研究，他们提出了一种曝光机，可以保持水的洁净度和温度，使水不起气泡。虽然这种曝光机并未在实际中被采用，但林本坚的研究证明了技术上的难题是可以被解决的。
他还亲自奔赴美国、日本、德国、荷兰等地，向光刻机厂商介绍浸没式光刻的想法。但是，有能力进行研发的大厂普遍不买账。
个中原因也不难理解，自20世纪60年代起，玩家入局光刻机市场，在干式光刻技术上投入了大量财力、人力、物力，好不容易踏出一条可行的技术路线。如果按照林本坚“加水”的想法，各位前辈就得“一夜回到解放前”，从技术到设备重新探索。很少有人舍得这么高的沉没成本。但是，“很少有人”不代表“没有人”。
奔波到荷兰后，林本坚终于听到了一个好消息：阿斯麦愿做这第一个吃螃蟹的勇士。2003年10月份，ASML和台积电研发出首台浸没式光刻设备——TWINSCAN XT：1150i。2004年，阿斯麦的浸没式光刻机改进成熟。同年，尼康宣布了157nm的干式光刻机和电子束投射产品样机。
但是，一面是改进成熟的132nm波长新技术，一面是157nm波长的样机，胜负不言而喻。
03
集合美国、欧洲科研力量，点亮EUV科技树
如果说推出浸没式光刻机让阿斯麦领先尼康一步，那么突破EUV光刻技术则让它成为了名副其实的光刻机一哥。2010年至今，EUV光刻市场中只有阿斯麦一位玩家。
突破10nm节点能够带来的经济效益不必赘述，在众多玩家中，为什么只有阿斯麦掌握了EUV光刻机的核心技术？实际上，这与它集合了美国、欧洲的顶级科研力量有关。这段故事还要从1997年讲起。
1997年，英特尔认识到跨越193nm波长的困难，渴望通过EUV来另辟蹊径。为了能从其他玩家处借力，英特尔说服了美国政府，二者一起组建了一个名为“EUV LLC（The Extreme Ultraviolet Limited Liability Company，极紫外线有限责任公司）”的组织。EUV LLC里可谓是群英荟萃，商业力量有摩托罗拉、AMD、英特尔等，还汇集了美国三大国家实验室。
EUV LLC里，美国成员构成了主体。在对外国成员的选择上，英特尔和白宫产生了分歧。英特尔看中阿斯麦和尼康在光刻机领域的经验，想拉他们入伙。但白宫认为如此重要的先进技术研发不该邀“外人”入局。
此时，阿斯麦显示出了惊人的前瞻能力，它向美国表示：我愿意出资在美国建工厂和研发中心，并保证55%的原材料都从美国采购，只求你们研究EUV一定要带我玩。
如此诚意让美国难以拒绝，就这样，阿斯麦成为EUV LLC里唯二的两家非美国公司之一，另一家是德国公司英飞凌。
反观尼康，这一次则完全是吃了国籍的亏。1998年发表的文件《合作研发协议和半导体技术：涉及DOE-Intel CRADA的事宜》，写明了尼康被排除在EUV LLC外的终极原因：“……有人担心尼康会成功将技术转移到日本，从而消灭美国的光刻工业。”
至此，在EUV市场，阿斯麦已经做到了人无我有，接下来的问题就是产品的迭代和进化。2013年，阿斯麦收购了光源提供商Cymer，为公司量产EUV设备打基础。经过几次升级，阿斯麦在2016年推出首台可量产的EUV光刻机NXE：3400B并获得订单。NXE：3400B售价约为1.2亿美元，从2017年第二季度起开始出货。直到今天，产品的迭代还在继续。根据阿斯麦的信息，EXE：5000系列光刻机样机最快在2021年问世。
从1997年到2010年，13年的艰难求索，终于让阿斯麦攻克了EUV的技术高地。辛勤付出终有回报，目前，阿斯麦仍是唯一掌握EUV光刻技术的厂商。
04
没钱？邀台积电、英特尔、三星入股，拉回53亿欧元
根据公开信息，一台EUV光刻机售价约为1.2亿美元，一台DUV光刻机的售价也要数千万美元。在高额售价的背后，是前期研发阶段巨量的资金投入。要支撑对光刻技术的研发，阿斯麦必须找到一条可持续的“财路”，否则就可能陷入困境。
为了能够获得充足的资金支持，2012年，阿斯麦提出一项“客户联合投资计划”（CCIP，Customer Co-Investment Program），简单来说，就是接受客户的注资，客户成为股东的同时拥有优先订货权。这无疑是一个双赢的举措：把阿斯麦的研发资金压力转移出去，让客户为先进光刻技术的研发买单，这样不仅使阿斯麦无后顾之忧地进行研发，也保证了客户对先进光刻技术的优先使用权。
最终，阿斯麦以23%的股权共筹得53亿欧元资金。要知道，2012年全年，阿斯麦的净销售额才约为47.3亿欧元。
05
长盛不衰的秘诀：大力搞研发的传统
早在2002年，阿斯麦就敢向浸没式光刻技术押注。到了今天，大力投资搞技术研发已经成为阿斯麦的传统。
根据2019年度财报，阿斯麦全年投入了20亿欧元用于技术研发，占到净销售额（118.2亿欧元）的16.9%。相比之下，2019年尼康在光刻系统上的投资为3.98亿日元，占到光刻系统营收（2397.28亿日元）的约0.17%。
另外，在专利网站Patentscope上的搜索结果显示，阿斯麦申请的专利数目已经达到14444项。阿斯麦虽然是一家商业公司，但支撑它走得更远的，不是对金钱的追求，而是对技术的长远投资。
06
结语：36年成就光刻机传奇
回顾过去36年，阿斯麦从一个蜷缩在木板房中的小公司成长为一代光刻机巨擘，其中原因少不了历史的机遇，如林本坚适时提出了浸没式光刻技术的想法。但是，更具决定性意义的是阿斯麦准确的前瞻和果断的选择，比如，在21世纪初，阿斯麦放弃干式微影，转投浸没式光刻技术；再比如，早在1997年，阿斯麦以自身妥协换来EUV LLC的入场券。对于商业与技术相互促进的关系，阿斯麦还有着深刻的理解，多年来对技术研发的大力投入，成为它屹立不倒的重要原因。手握顶尖的技术，阿斯麦还获得了客户的支持，从而在全球光刻机市场中走得更远。
以阿斯麦这36年的历程为鉴，对比我国。1977年，我国第一台光刻机诞生，加工晶片直径为75毫米。今天，国产光刻机制造商有上海微电子、中科院光电所等，最先进的设备推进至22nm节点，而国际最先进工艺已突破5nm节点。国产光刻机无疑还有很长的路要走。
芯片是“中国制造”的痛点。不论是近期华为被美国断供芯片的新闻，还是两会政府工作报告中“国产化”“功率半导体”“传感器芯片”等话题被一再提及，背后的事实都让人黯然：我们曾在一穷二白的条件下造出原子弹，但在GDP总量近100万亿人民币的今天，中国还是难以独立造“芯”。在种种困难中，光刻技术直接卡住了芯片制造的“脖子”。
要解决这一问题，技术攻关当然是必不可少的。另外，借力国外成熟产品或可帮助芯片制造商实现突破。2018年，我国芯片公司中芯国际花费约1.2亿美元，向阿斯麦订购了一台EUV光刻机。由于种种原因，目前，这台光刻机还未成功交付。我们期待它能够尽快落地中国，助力我国的芯片事业再上一个台阶。中国有市场、有人才，也不缺恒心与毅力，相信我国光刻机事业会有光明的未来。
参考文献：
1、《曾经的光刻机霸主：尼康营收暴减九成，裁员 700 人》EE Times China
2、《全球半导体设备龙头专题（一）》安信证券
3、《阿斯麦封神记：这家荷兰公司，扼住了全球半导体芯片的咽喉》魔铁的世界
4、《光刻机的发展与荷兰ASML公司的故事》光纤在线
5、《做成那不可能之梦：低调华人科学家颠覆技术 影响人类》知识分子
6、《More Moore” Shows European EUV Innovation at EUV 2006 in Barcelona》CORDIS
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