【要闻】芯片破壁者（九）：荷兰半导体明珠ASML是怎么炼成的？

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原标题:芯片破壁者(9) :荷兰半导体明珠asml是如何炼成的？

在“光刻技术的“鬼斧”之变”中，大致回顾了光刻机产业的迅速发展史。 在上世纪残酷的光刻机淘汰赛中，1984年最后登上光刻机舞台的荷兰光刻机企业asml (全名advancedsemiconductormateriallithography，先进的半导体材料光刻企业

即使在今天，asml也是光刻机公司的领导者，是世界上唯一能够生产最先进的euv光刻机的制造商。 这个半导体冠上被称为明珠的asml对芯片制造产业有多重要呢？ asml社长彼得·温宁克在年接受《天下》杂志采访时说:

“如果我们不能发出euv，摩尔定律就从那里停止。 ”。

现在摩尔定律的极限实现了5nm工艺，为了实现接近3nm、2nm工艺的工艺节点，需要荷兰asml的euv光刻机。

2019年，asml销售了229台光刻机，其中euv销售了26台。 即使每台售价达到1.2亿美元，依然是世界级芯片制造商争先恐后订购的抢劫品。 因此，这26台euv光刻机的收益占asml所有收益的三分之一，预计随着芯片制造商的更新换代升级，2025年将增加到四分之一。

asml从飞利浦看不见的合资企业成长为能左右世界芯片产业结构的光刻机了吗？ 欧洲小国荷兰的asml取得这么大成功的理由是什么，为什么成为了值得我们回顾和学习的重要经验？

两次重要选择，后进生asml困难上位

如果你知道光刻技术的迅速发展史，你会发现光刻技术的原理并不太复杂，微米工艺时代的芯片产业对光刻机的要求并不高。 20世纪70年代，甚至英特尔也购买了各种部件，自己组装光刻机。

但是，光刻机的专业化正在迅速成为主流。

80年代初，占据光刻机主要市场的还是美国的gca、日本的尼康。 1980年，尼康推出了商用光刻机stepper，之后取代gca成为80年代光刻机产业的领导者。

1984年，asml由荷兰飞利浦企业与荷兰芯片设备代理商asmi合资成立，之后专注于光刻机设备的研究开发和生产。

asml有飞利浦的背景，但不含金钥匙产生。 成立之初，asml只有31名员工。 工作场所也只是飞利浦总部外面空地上的简单工厂的队列。 这些至今仍作为asml传说的开始而成为话题。 当时，asml面临着自身技术落后、市场竞争加剧、资金不足等诸多课题。

但是，asml从一开始就以“初生牛犊不怕虎”的势头，从成立第一年开始克服了各种技术困难，推出了第一代步进pas2000，得到了市场的初步赞同，使asml得以生存。

20世纪90年代，asml凭借持续的产品技术革新和良好的销售能力，终于站稳了光刻机市场。 直到1995年，asml在美国纳斯达克和荷兰阿姆斯特丹交易所成功上市，从飞利浦赎回了所有股票，获得了足够的资金以完全独立，加快企业的快速发展。

十年的成长，十年的蓄力。 缓慢上升的asml终于有了挑战强敌尼康的机会。 这时，光刻技术路线的选择是决定asml和尼康之后成败的关键。

90年代末，受干式微影技术的限制，摩尔定律的继续卡在步进器的193纳米光源波长上。 尼康选择稳健的路线，继续开发干式微影技术的特征为157纳米的f2激光光源。

当时处于落后位置的asml下了赌注，使用了被称为“浸润式光刻”的技术方案。 这个事件是台湾积体电路制造工程师林本坚2002年提出的，他拥有这个“浸润式光刻”技术方案，几乎游说了全世界的光刻机制造商后，最终只感动了后进asml。

2004年，经过双方一年的合作，asml全力赶走了最初的浸润式光刻机原型，相继收到了ibm和台湾积体电路制造等大客户的订单。 尼康很快推出了干式微影157纳米的产品，但与实现132纳米波长技术的asml相比，已经落后了。

2007年，asml获得了60%的光刻机市场份额，首次超过尼康。 其次，euv光刻技术中asml的突破远远甩在尼康后面，无力还手。

这个机会也必须从1997年由英特尔和美国能源部主导成立的euv llc联盟那里说。 当时，同样为了克服193纳米光源的限制，英特尔期待着更激进的euv光源。

由于这项技术的研究非常困难，英特尔与美国能源部及其后三个国家实验室、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、摩托罗拉、amd、ibm等科技企业合作开发EV资源

euv llc联盟还需要从尼康和amsl这两家当时发展迅速的光刻机公司中选择一家加入联盟。 经过游戏，美国最终选择了后生asml加入了euv联盟。

asml由此获得了美国最领先的半导体技术、材料学、光学及精密制造等相关技术优先采用的资格，另外asml也将接受自身生产、监督管理的权限移交给了美国政府。

2003年euv llc联盟解散时，其使命已经完成。 euv llc的研究开发者在6年内发表了数百篇论文，大幅度推进了euv技术的研究进展，说明了euv光刻技术的可能性。 这些成果领导了联盟成员的asml。

但是，开发真正的euv光刻机并不容易，能否最终做出成果也存在很大的不明性。 从2005年到2005年，asml消费了5年，克服了资金、技术等诸多难题，终于第一个型号生产了nxe3100的euv光刻机，交给台湾积体电路制造投入采用。

其次，整个高端光刻机行业都变成了asml的独角戏。 之后几年经过一系列的技术收购和升级，asml又于年推出了第一批可量产的最先进euv光刻机nxe3400b获得订单，从年第二季度开始发货，售价约1.2亿美元，排在台湾积体电路制造、三星、英特尔等地。

从1997年到1997年，asml经过13年，终于成为光刻机产业的“顶级玩家”。 年以来，asml进一步增长势头，牢牢占据了高端euv市场的技术高地，至今没有对手。

创新视野与变革勇气，asml后开发者的根源

从asml的几个重要选择中，我们可以看到受到外在机会的喜爱，以及它本身所具有的特质。 asml只有在从无到有、从弱到强的快速发展过程中，保持灵活、创新、敏锐的战术眼光和勇敢的投入，才能在强敌待命的光刻机产业中生存下来。

今天，asml的快速发展过程分为从1894年诞生到1995年发售的生存快速发展期、1995年到2007年逆袭的超越期、2007年的领导地位三个阶段。

在第一阶段，缺钱已成为asml快速发展的瓶颈。 1988年，asml进入中国台湾市场时，两个老东家撤退濒临破产。 幸运的是，CEO SMIT向飞利浦董事会“化缘”了1亿美元，幸运地渡过了难关。 用这笔救命的钱，asml坚定地站在台湾地区的市场上。 之后几年的asml光刻机的畅销转为赤字，度过了艰苦创业的10年岁月。

第二阶段，上市后的asml在一定程度上处理了资金困境，两次重要的选择有助于完成对尼康的逆袭。

在加入美国能源部主导的euv llc联盟的过程中，除了美国政府对英特尔中介、日本半导体产业的恐惧和对尼康的不信任等外在因素以外，asml的积极调停和积极表明是进入美国核心技术领土的关键。

asml当时发生了两起事件:出资美国工厂建设和研究中心，保证55%的原材料来自美国。 相当于无条件地向美国“投降”，终于交换了美国政府的信任。

当然，有asml的国家荷兰，由于自身的地缘位置和国家实力，美国政府没有必要太担心核心技术被asml掌握无法控制的情况。 asml全球化的战术视野和灵活性合作政策也是获得美国信任的关键。

而且，在浸润式光刻技术的路线选择中，可以看到后进生asml的柔软性、实用性、大胆性，明智地选择了浸润式光刻技术，但反而过于强调自主开发的尼康，败给了依赖路径的大公司的臼。

第三阶段，由于加入euv llc联盟取得了euv技术的研究成果，获得了市场领先的asml，全力开发euv光刻机，成为引领光刻机快速发展方向的“雁”。

为了突破技术课题，asml联合了三所大学、十所研究所和十五家企业，开展了“摩托摩托”项目，致力于技术攻防。

为了处理资金困境，asml每年提出一个“客户共同投资计划”( ccip )，asml的客户可以通过供资成为股东，拥有优先订购权。 这个计划很快得到芯片制造领域的大型英特尔、台湾积体电路制造和三星的支持，总共投入数十亿欧元支持euv光刻机的开发。

这个措施确实实现了双赢的局面。 asml转移了研发资金的压力，让头部顾客为开发euv光刻技术而购买。 另外，确保了顾客对先进光刻技术的优先采用权和股权利益。 这样asml就和其大客户形成了优势共同体，共享风险，共享收益，维持了euv光学技术的稳步迭代。

asml的成功离不开对传统上游产业链的持续投资收购，无法构建完美的上游供应链，获得技术领先地位。

2001年收购了美国光刻机巨头硅谷集团( svgl )，获得了当时新一代157nm激光所需要的反折射镜头技术，推动了市场份额的迅速提高。 2007年，收购了美国brion企业，为整个光刻机产品的战术奠定了基础。

在ccip计划之后，asml收购了世界领先的准分子激光制造商cymer，获得了euv最需要的先进光源技术。 之后，收购了电子束检查仪器制造商hmi和光学镜头读取器卡尔蔡斯。 由此，asml构建了完美的上游供应链，获得了布局euv光刻机的最先进技术。

另外，asml在研发上不惜大量投资，同时依靠自身资源和技术的积累，与许多研究机构、学校和外部技术合作伙伴一起成立了巨大的开放研究机构，分享了全球的尖端技术知识和能力。

在研究合作的基础上，asml与卡尔蔡斯、cadence建立了长期合作，与世界著名的研究创新中心imec开展了euv光科技的合作。

在研究开发投资的基础上，asml最近5年的研究开发投资维持在收益的13%-20%之间，其中2019年度，阿斯玛在技术开发中投入20亿欧元，占净销售额( 118.2亿欧元)的16.9%。

只有asml不断投资研发，积极寻求资金、研发技术的支持，同时推进下游客户的共同投资，才能最终推进euv技术的研发流程，成为世界上唯一能设计和制造euv光刻机设备的垄断者。

光刻机的“窄道”，asml的成功难复制吗？

光刻机技术在今天的euv时代迅速发展，已经进入了全球化的高度分工、尖端技术的高度凝聚、资本的高度密集，甚至是政治化的高度游戏的形势。

首先，asml的早期成功归功于荷兰半导体产业的基础实力和产业开拓者积极的视野支持。 asml的技术基础来自飞利浦的光刻设备开发部门，从1971年开始飞利浦开始开发透镜式非接触光刻设备。 asml可以成立的另一个理由是另一家投资企业asmi的传奇创始人，也是荷兰半导体器件的创始人arthur pardo。

拥有极其战术观点的parodo认识了从威廉·肖克利研究所创业的dean knapic，有机会在欧洲开拓半导体市场。 和先进的硅晶体制造技术一起带来的是硅谷的创业精神。

(威廉·肖克利和dean knapic右一在shockley半导体实验室工作)

当时，由于昂贵和技术问题等原因，飞利浦计划关闭光刻设备的研究开发小组。 飞利浦同意在arthur rrado的再三游说下，与asmi成立合资企业，asml诞生了。

其次，光刻机产业是天然的垄断产业。 由于高端光刻机的开发投入巨大，技术难度极高，所以诉说市场的仅限于为数不多的芯片制造公司。 一家公司早期实现技术突破和稳定批量生产，就会产生“胜者吃”的局面，得到下游芯片制造商的大部分订单，落后的人几乎没有实现技术突破的能力。

第三，asml垄断也有商业现实的原因。 实际上，大型半导体公司的英特尔、ibm、三星等也试图支持硅谷的光刻机制造商制约asml，但最终以惨败告终。 技术壁垒和有限的市场诉求决定了光刻机产业只需要一个高端光刻机供应商。 而且，如果两个以上的高端光刻机供应商共存，则激烈的价格竞争会导致两个败北，只会减慢半导体产业整体的升级速度。

另外，asml已经与上下游产业链形成了稳定的优势共同体。 特别是ccip计划的提案，以接受股东资金的方式引进Intel、三星、台湾积体电路制造等全球半导体巨头作为战术合作者，通过给予股东优先的供给权，构筑紧密的好处共同体，共享股东的先进技术，自己的研究开发 共享这一好处和共享风险的方法使asml的不可替代的垄断地位更加稳固。

最后，asml的长时间快速发展，根据荷兰自身外向型经济的地区特点，涵盖了能源、机械制造、电子、船舶等先进工业系统，重视科学研究、教育和技术创新的基础条件。 这些asml优美带来的技术设备特征、人才特征和开放性对外贸易环境特征。

当然，asml的成功不仅仅是自己的特征，与西方半导体产业整体的支持分不开，美国政府和投资机构在其中发挥着重要的作用。 在美国主导的“瓦森纳协议”体系、美国投资机构、核心技术研究开发等制约下，asml严格来说是得到美国支持和默许的“垄断地位”公司。

所以，asml的成功，本质上是荷兰半导体产业创新突围的结果，从小到大，完成了从弱到强蝴蝶变化的过程。 asml享受全球科学技术高级分工的结果，成为了世界上许多复杂的光刻技术链整合者的角色，从以美国为首的科学技术强国的“共谋”结果来看，asml也是其开放、合作的运营机制，其半导体

因此，asml可以达成今天光刻机的霸主地位汇集了很多复杂的商业、技术和政治因素。 asml的成功对我国光刻机产业的迅速发展也有借鉴意义和难以复制的重要因素。 具体能学习什么，我们留待将来讨论。