全世界都要找这家荷兰公司买光刻机？揭秘ASML的崛起之路
中国经济周刊2021-02-07 13:31
《中国经济周刊》记者 周琦 | 北京—荷兰连线报道
华为、芯片、断供……一系列事件，把一家以前只有少数业内人士才熟悉的ASML（阿斯麦）推向前台。
上世纪80年代，ASML只是飞利浦旗下的一家小公司。如今，ASML不仅将昔日的光刻机大国美国、日本拉下神坛，还垄断了全球7nm及以下工艺的EUV光刻机技术。
ASML如何实现一路反超？为何如今只有它拥有先进的光刻机技术？ASML的成功能否被复制？荷兰Techwatch媒体公司CEO、荷兰高科技学院董事总经理瑞尼·雷吉梅克历经7年采访整理出的《光刻巨人：ASML的崛起之路》一书，揭开了ASML秘密的一角。
在接受《中国经济周刊》记者采访时，雷吉梅克表示，中国可能需要很长时间才能制造出晶圆步进器。但中国拥有足够的资金和知识储备，一旦拥有设备，就可以启动先进晶圆工厂项目。
两位“贵人”助其反超
1月20日,ASML公布2020年全年财报。2020全年，ASML销售额139.8亿欧元（约合人民币1098亿元），累计交付258台光刻系统——以此计算，平均一台光刻机的价格超过4亿元人民币（编者注：含安装管理费用）。
其中，中国大陆市场超过美国市场成为第三大市场，销售额增长约72％。在258台系统中，中国大陆占比为18%。也就是说，中国大陆2020年获得了约46台ASML光刻系统。
不过，据《中国经济周刊》记者了解，中国大陆获得的光刻系统中，并没有最先进的EUV（极紫外光）光刻机，而是DUV（深紫外光）光刻机。
EUV光刻技术相比DUV更加精准。据环球网报道，虽然DUV光刻机是目前大量应用的光刻机，但是7nm已经是DUV光刻的极限，所以Intel、三星、台积电等企业在7nm这个节点引入了EUV光刻技术。
诞生于2015年的EUV，是ASML 10年磨一剑的产品。而在之后的5年时间里，面对ASML的EUV优势，尼康节节败退，失去了50%以上的光刻机市场份额。如今的尼康已经放弃了对EUV的研发，在光刻机市场苦苦支撑。
据雷吉梅克介绍，ASML之所以能成为世界上唯一可以生产EUV光刻机的公司，离不开台积电和英特尔两位“贵人”的支持。
作为ASML遇到的第一个“贵人”。台积电在技术、人才、资金方面给了ASML很大帮助。凭借台积电的“浸入式光刻技术”方案，ASML将光源波长一举从193nm缩短到132nm。此后，ASML快速蚕食光刻机市场份额。
第二个“贵人”英特尔，则是帮助ASML把尼康、佳能两大光刻机巨头“踢出局”的重要推手。
1997年，英特尔和美国能源部牵头组建EUV LLC前沿技术组织，集成了通信巨头摩托罗拉、芯片巨头AMD、劳伦斯-利弗莫尔国家实验室等众多顶级单位。
ASML被允许加入EUV LLC，此后顺风顺水一飞冲天，而尼康、佳能却被排除在外，失去了未来的门票。
雷吉梅克介绍，享受EUV LLC的研究成果大大加快了ASML的EUV研发速度,但也因签订了一些协议，使得美国拥有光刻机出口话语权。
捆绑客户，形成利益集团
除了“贵人”之外，ASML的崛起，也有其自身优势。“ASML会倾听客户的意见，让先进技术快速迭代，获得客户青睐。” 雷吉梅克说。
例如，上文提到让ASML超越尼康的“浸入式光刻技术”，就是倾听了客户台积电的意见。
当时，整个光刻机领域在193nm向157nm波长进军时遇阻，尼康等公司主张在前代技术基础上走稳健道路。
台积电的林本坚则想出了利用水改变光折射率的“沉浸式光刻”方案，将193nm的激光经过折射后直接跨越157nm，降低到了132nm。
但是，林本坚跑遍美国、德国、日本等国游说各家半导体巨头，均告失败。而ASML则和他一拍即合，仅用一年时间就制作出了第一台样机，不仅拿下台积电的订单，还获得了IBM等大客户。
雷吉梅克还透露，此前，尽管尼康的光刻机比ASML的机器更可靠，但三星认为，尼康非常傲慢，不听取他们的意见。当三星联系ASML时，ASML听取了三星的意见。“一开始，由于三星的意见之一是对ASML的机器做一些改变，对于在过去，只有一种批次、一种类型光刻机的ASML来说，他们并不想接受。但当三星表示他们将购买大量的光刻机时，ASML便开始改变策略。不仅仅是上世纪90年代，即使在现在看来，上百台机器都是一个巨大的订购数量。”
雷吉梅克说，蚕食掉市场份额时，ASML并没有像竞争对手那样傲慢和无视，而是希望倾听客户意见，将技术不断升级打磨。“ASML第一任CEO 贾特上任后第一件事，就是去询问客户真正需要的是什么。现任CTO马丁也非常了解客户的心理和需求。”
ASML构建的“客户同盟”，也在其面临困境时给予了巨大帮助。为解决资金困境，2012年ASML提出“客户联合投资计划”，客户入股可以保证最先拿到最新设备。
从ASML的股东构成看，既有资本国际集团、贝莱德集团等投资管理企业，也有IBM、三星、海力士、台积电等客户。可以说，大半个半导体行业，都是ASML的合作伙伴，从而形成了庞大的利益集团。
这不仅可以帮助ASML稳固其行业垄断地位，也提高了行业壁垒。
政府补助不是绝对必要因素？
ASML的崛起，也离不开运气成分。
在尼康“点错科技树”之前，世界光刻机的领导者是美国公司GCA。
雷吉梅克回忆，1984—1986年的经济衰退，导致市场领导者GCA退出行业竞争。这家公司一度几乎破产，由于美国将其技术纳入国家战略，才得以继续存活。
GCA、尼康的“不幸”遭遇，使得ASML一路成为光刻领域的领导者。
但其实，ASML在成立之时，发展得并不顺利。得益于政府部门的补贴，才坚持下来。
“通过欧洲基金和荷兰政府早期的补贴，ASML获得了大量资金。飞利浦等在前3年向其投资了1.32亿荷兰盾。”雷吉梅克认为，尽管ASML一直处于政府支持状态，但也有中国企业不需要政府补助，也能独立生存下来，因此，这并不意味着更多企业应该效仿ASML的崛起之路。
“在某种程度上说，政府补助是件好事。政府有能力提供资金，确保在竞争中有充分的弹药支持，这是提高竞争力的重要因素之一。但同时，我不认为这是一个绝对必要的因素。”雷吉梅克说，对于这项具有战略意义的技术，即便一个国家不惜亏损地投入，也并不意味着一定能发展出一家龙头企业，“甚至美国都没有做到这一点。”
《光刻巨人：ASML的崛起之路》作者雷吉梅克
对话：
雷吉梅克：如果没有限制，中国肯定能在5至10年内完成追赶
《中国经济周刊》：中国市场对ASML意味着什么？鉴于当前的国际形势，ASML进入中国市场的前景如何？您认为ASML和中国可以在哪些方面进行合作？
雷吉梅克：ASML已经向中国供应机器。我认为中国将成为最大的芯片制造商。在过去的3年中，中国在ASML的销售额占比已达10％～15％，而且无论是否可以将EUV机器交付到中国，这种增长都会继续。
不允许ASML向中国交付EUV机器的原因是美国对荷兰政府施加的压力。
如果ASML能够将EUV机器出售给中国，会如何？如果把7nm看作一个成熟的节点，我希望中国能在两年左右的时间内进入量产阶段。这需要投入巨大的精力。而5nm则需要更长的时间。如果没有限制，中国肯定能在5至10年内完成追赶。届时，第二代EUV将投入生产（3nm及以上），我认为这将是最后一代EUV或芯片光刻机。
《中国经济周刊》：ASML在世界各地都有供应商，甚至有人认为ASML所做的只是集成各种设备。您认为，使ASML成为全球领导者的核心竞争力是什么？在其与世界各地供应商合作的背景下，为什么其他公司不能生产先进的光刻机？
雷吉梅克：ASML“只是集成各种设备”是一个谬论。
ASML最初只是一家小公司，除了外包生产（如精密零件和镜片）和购买标准零件（如激光器、传感器等）外，别无选择。
它的核心竞争力是其发明、设计和生产非常复杂的系统的能力。集成所有子系统和组件的能力，才是ASML真正的优势所在。这是最复杂的部分——确保所有内容无缝协同工作，以实现高速、高精度的24/7操作。
ASML已经收购了几家最初是子系统供应商的公司，例如Cymer（激光和EUV光源）和Berliner Glas（微晶玻璃和光学组件）。进行这些收购的原因是，各个部门的工程师无法将子系统与步进器（半导体制造的一种关键设备）的其余部分集成在一起，ASML必须接管控制权。
我认为对于ASML来说，有两个至关重要的关键点：
其一，ASML拥有大量的受保护的专利和知识产权。事实上，ASML是一个知识密集型企业。你可以理解为他们创建了一个新的实验室，做了很多新的发明。而且他们非常擅长系统集成方面的知识，他们的工程师了解如何将这些制作光刻机所需要的元件集成在一起，也知道如何组装一个光刻机。对于“ASML仅仅只拥有12%制造光刻机核心技术”的说法，我并不认同，我认为ASML已经掌握了超过一半的核心技术。
其二，ASML仍然会从许多供应商那里购买关键部件。如果技术不能很好地转让给ASML，ASML就会告诉研究人员，让他们按照公司的计划去开展研究。
在过去的36年中，ASML在研发方面投入了大量资金，如今每年在研发方面的支出约为20亿欧元。这个“研发机器”现在非常强大，可以在需要时充当问题解决者的角色。每当发生危机时，总会有ASML研发应急团队随时准备解决问题。例如，当该行业未能为EUV制造开发标准时，ASML在很短的时间内发明了该技术。
《中国经济周刊》：光刻机是工业制造的明珠。为什么美国、德国、英国等工业基础雄厚、科研实力强的国家没有像ASML这样的光刻行业巨头？日本的尼康和佳能为什么不能成为像ASML一样的公司？
雷吉梅克：这是由于光刻机行业的复杂性和资本密集性。对于ASML的成功，我认为在很大程度上有运气成分。
荷兰是一个小国，但它是飞利浦的故乡。当飞利浦和ASML决定共同开展业务并开发机器时，ASML实际上是一个濒死的婴儿——它排在光刻机行业的末位。
作为一家技术驱动的大型跨国公司，飞利浦在20世纪60年代和70年代取得了巨大成功。飞利浦研究中心在20世纪70年代开发了一种晶圆步进器，他们认为这会带来技术优势。幸运的是，晶圆步进器在飞利浦的一个技术角落中得以存活。
美国人退出光刻机行业的竞争，是因为他们没有长期计划，而且GCA（美国公司，上世纪80年代初光刻机行业的全球销量冠军）的技术确实无法令人满意。
虽然德国等其他国家也在努力开发步进器，但我认为可能是因为复杂性和资本密集度，导致最终失败。
我认为，摩尔定律奠定了半导体产业的基础，光刻机厂商之间必然存在激烈的竞争。如果他们无法及时地将自己的产品推向市场，就会退出光刻机的主流市场。自上世纪90年代中期开始，ASML将机器推向市场的速度就比尼康和佳能还快。
在1984年时，ASML还是这个行业名单上的倒数第一。尽管如此，他们仍然下定决心要成为光刻机的NO.1。用ASML的话说，争取第二名或第三名是没有用的，只有当你成为第一名，才能成为赢家。如果一开始没有成为第一名的雄心，就没必要开始，这个观点适用于任何将复杂产品或资本转化为生产或服务密集型的行业。
《中国经济周刊》：中科院宣布将攻坚光刻技术，您认为他们必须解决的问题和难点有哪些？ASML的成功能否被复制？
雷吉梅克：这项技术非常复杂，中国可能需要很长时间才能制造出晶圆步进器。我认为中国能够开发出相当先进的DUV机器，但是EUV将会面临所有挑战，例如真空、镜面投影、非常先进的控制系统。
即便是中国开发出了晶圆步进器，ASML将会有更先进的技术进入市场。
但毫无疑问的是，中国拥有足够的资金和知识储备，一旦拥有设备，就可以启动先进晶圆工厂项目。
我认为使用DUV技术和多重图案，也可以生产很多新一代的芯片。未来芯片的设计和应用创新是中国必须重点关注的领域。
即使是ASML的顶级技术人员，也不了解整个机器的全貌，只有少数人能够理解机器是如何工作的。即使其他国家的公司参与到光刻机的竞赛中，也没人会低估光刻设计的难度，而且它是极难复制的。
ASML在光刻机方面拥有大量的专利，且ASML非常重视专利保护，他们研发机器的所有技术都是最高机密。
过去，由于摩尔定律的存在，参与这场竞赛的唯一机会就是制造出一台比竞争对手更先进的机器，这是上世纪80年代的游戏规则，到上世纪90年代就已经不是这样了。
如果你想制造出一台光刻机，就需要在技术上投入大量的资金和人力，然而这样的技术也只能维持几代人。想复制ASML的成功，需要企业同时拥有资金、人才、政府支持以及历史性的机遇。对于中国来说，与其投资半导体这种已经很传统的技术，不如先购买ASML的产品，并专注于研发不同于光刻机的技术路线，从而在硅基技术之后打造未来的信息系统。
责编 | 姚坤
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