“殺死”光刻機全球第一，比造一臺光刻機容易多了（萬(wàn)字長(cháng)文）

 酷玩實(shí)驗室作品

最近幾天，從海外傳來(lái)了一則壞消息。

荷蘭、日本和美國達成了新的協(xié)議，要向中國限制出口先進(jìn)芯片制造設備，說(shuō)白了，就是光刻機。

拜登甚至親自會(huì )見(jiàn)日本、荷蘭領(lǐng)導人，討論了相關(guān)措施。

而就在短短半個(gè)月前，事情還不是這樣。1月15日，荷蘭外貿與發(fā)展合作大臣施賴(lài)納馬赫爾表示，荷蘭不會(huì )草率接受美國對向中國出口芯片制造技術(shù)實(shí)施的新限制。

現在比起幾年前，情況可能對我們更不利了。

1月30日，中國外交部長(cháng)秦剛同荷蘭副首相兼外交大臣胡克斯特拉通電話(huà)，就雙邊關(guān)系等問(wèn)題深入交換了意見(jiàn)。

繼去年的《芯片法案》之后，美國變本加厲，鼓動(dòng)其盟友一起限制中國半導體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

這次將被卷入其中的企業(yè)包括阿斯麥（ASML）、尼康、東京電子等。

雖然這份協(xié)議的詳細內容尚未公布，但根據業(yè)內人士了解，禁售范圍可能涉及EUV光刻機和最新一代DUV光刻機，而普通DUV大概率不在禁售名單。

也就是說(shuō)，我們要被卡脖子的是最先進(jìn)制程（比如5納米、7納米）的光刻機。

因為荷蘭和日本企業(yè)壟斷了全球高端光刻機市場(chǎng)。

從華為、中興事件至今，過(guò)去5年（是的已經(jīng)5年了），很多人談到光刻機，都是群情激昂，然后一聲嘆息。

這家叫阿斯麥的荷蘭企業(yè)，壟斷了全世界最先進(jìn)制程芯片的全部EUV光刻機市場(chǎng)，也就是高端里的高端。

很多人旗艦機里的5納米、4納米制程芯片，只能用阿斯麥的EUV（極紫外）光刻機來(lái)做，連日本人也做不了。

有人說(shuō)EUV光刻機就是“工業(yè)皇冠上的明珠”。

一臺先進(jìn)制程光刻機，可以賣(mài)到3~4億美金，比一架波音飛機都貴。

它的重量可以達到180噸，零件超過(guò)45萬(wàn)個(gè)。

運輸一臺光刻機，需要使用40多個(gè)恒溫恒濕專(zhuān)用箱、專(zhuān)業(yè)防震氣墊車(chē)來(lái)運輸，以及4架次的波音747貨機。

雖然這樣的產(chǎn)品已經(jīng)登峰造極，但是阿斯麥這家公司一點(diǎn)也不高大上，當我看完它的故事以后，我反而對我們更有信心。

今天我們先不討論中國光刻機研發(fā)的進(jìn)度，我們來(lái)看看荷蘭人當年到底是怎么做成的。

阿斯麥不該是一家被捧上神壇的企業(yè)。

相反，阿斯麥的成長(cháng)過(guò)程更像是一部創(chuàng )業(yè)爽?。?/span>

一家瀕臨倒閉的創(chuàng )業(yè)公司，是怎么從一個(gè)草臺班子開(kāi)始，九死一生，打敗所有巨人，然后登頂的故事。

我們前幾年看到的中國創(chuàng )業(yè)者熱血故事元素，阿斯麥一樣都不缺。

但看完它的故事，我也很矛盾，感到有些沮喪。

以史為鑒，中國人完全有可能做出像阿斯麥一樣的企業(yè)。

而有一些能卡住光刻機脖子的問(wèn)題，不是阿斯麥能夠解決的，也就不一定是中國人短時(shí)間能靠自己來(lái)解決的。

01

1952年，美國貝爾實(shí)驗室迎來(lái)了一批特殊的客人。

他們是來(lái)公開(kāi)“抄作業(yè)”的。

在這里舉辦的一場(chǎng)晶體管技術(shù)研討會(huì )上，貝爾實(shí)驗室同25家美國公司、10家外國公司分享了所有晶體管技術(shù)，收取專(zhuān)利授權費25000美元。

當時(shí)參會(huì )的有一家小公司，叫飛利浦物理實(shí)驗室，英文是Natlab（簡(jiǎn)稱(chēng)“N公司”），這就是光刻巨人阿斯麥的前身。

50年代，他們利用晶體管技術(shù)推出了各種元件，取得了巨大的商業(yè)成功。

60年代初，N公司的一位研發(fā)分部主任去美國出差，帶回來(lái)一枚美國人做的芯片。

荷蘭人意識到他們錯過(guò)了和世界先進(jìn)技術(shù)同步發(fā)展的機會(huì )。

飛利浦研發(fā)主管對年輕工程師克洛斯特曼（小克）提出要求，讓他放下手頭工作，集中精力制作一枚芯片。

當時(shí)N公司沒(méi)有相關(guān)的光刻技術(shù)，于是小克決定自己搞一臺機器出來(lái)。

那一年，美國的GCA（G公司）已經(jīng)賣(mài)出了幾十臺重復曝光光刻機。

嚴格來(lái)說(shuō)，光刻機應該叫曝光機，它的工作原理有點(diǎn)類(lèi)似于單反相機。

只不過(guò)高端的單反鏡頭支持6000萬(wàn)像素分辨率，而一臺7納米光刻機的像素可以達到1600億像素，是頂級單反的2666倍。

來(lái)源：?jiǎn)⒏缬泻蚊钣?/span>

它的作用是把掩膜板上的圖形，縮小以后投影到硅片上。

硅片上有光刻膠，膠里有光致敏劑，光一照就會(huì )變化。

曝光以后，經(jīng)過(guò)烘烤固化、顯影處理，掩膜版上的圖形就復制到了硅片表面。

至于“刻”硅片的過(guò)程，則是在曝光以后，由刻蝕機來(lái)完成的。

所以光刻機的作用就像用陽(yáng)光照剪紙（掩膜），再在桌上放一張紙（晶圓），把剪紙陰影的邊緣描出來(lái)。

然后刻蝕機再對準桌上的描邊，剪出一張微縮的圖案。

這個(gè)過(guò)程之所以是這樣，是因為20世紀50年代，化學(xué)家詹姆斯·納爾從顯微鏡當中獲得的啟示。

顯微鏡可以把小東西放大，那么如果把顯微鏡顛倒過(guò)來(lái)，是不是就可以讓大圖像變??？

人們可以利用這種原理，在微小臺面上“打印”復雜圖案，從而在半導體材料上繪制出集成電路，做成芯片。

早期掩膜（紅膜）有幾英尺大，可以人工繪制

那么當要打印的電路圖越來(lái)越復雜、細小，這個(gè)過(guò)程會(huì )出現什么困難呢？

一大難點(diǎn)在于光刻系統高速運行的過(guò)程中要保持精準。

比如一片晶圓上需要曝光的單元有幾百個(gè)。

晶圓在曝光運動(dòng)過(guò)程中，可能是鏡頭不動(dòng)，機器操縱晶圓動(dòng)來(lái)動(dòng)去，那么就涉及到加速-急停-加速-急停。

在晶圓“剎車(chē)”的時(shí)候，位置要對準到什么程度？要達到1納米以?xún)鹊膶R精度，也叫“套刻精度”（Overlay）。

不然你“刻”一會(huì )兒，該“刻”的位置就歪了，就像剪紙剪跑偏了。

有人比喻這個(gè)過(guò)程，相當于兩架飛機并排飛，一個(gè)人拿出刻刀，在另一架飛機表面一粒米大小的面積上刻字。

而阿斯麥的光刻機系統，在保持這種精度的前提下，全年可以穩定運行超過(guò)98%的時(shí)間，停機檢修工作只需要7天左右，剩下350多天都能幫你“印鈔”，阿斯麥設定的每一個(gè)部件正常工作時(shí)間要達到3萬(wàn)小時(shí)以上，也就是4年左右。

只不過(guò)小克剛上手研究的時(shí)候，阿斯麥（也就是N公司）離這種水平還差著(zhù)十萬(wàn)八千里。

小克的老板覺(jué)得自己人研究太慢了，就先找美國G公司買(mǎi)了一臺光刻機。

當時(shí)這臺機器粗糙到，如果想要移動(dòng)晶圓位置，還得手動(dòng)擰螺絲來(lái)調整。

每移動(dòng)幾厘米，誤差就會(huì )達到幾微米，也就是頭發(fā)絲十分之一的寬度。

小克覺(jué)得美國人的機器不是特別牛。

60年代后期，飛利浦的半導體材料部也發(fā)現美國人的光刻設備滿(mǎn)足不了生產(chǎn)需要了，就找到了自家N公司商量，雙方一拍即合：一起弄出來(lái)一臺光刻機。

當時(shí)N公司依托飛利浦，擁有很多精密技術(shù)和設備，比如一個(gè)光電標尺可以測出0.1微米的位移，在當年都是非常先進(jìn)的。

還有液壓軸承、空氣軸承，都是飛利浦沒(méi)有商業(yè)化的技術(shù)，但N公司內部可以生產(chǎn)，對滿(mǎn)足光刻機的精度要求非常重要。

光刻機1代的氣動(dòng)系統的一部分，通過(guò)壓縮空氣移動(dòng)晶圓

但他們搞不定鏡頭。

小克找到了德國蔡司，對方覺(jué)得N公司要的鏡頭數太少，拒絕給他們定制，隨后小克找到了法國的C公司（CERCO）解決了這個(gè)問(wèn)題。

就在同一時(shí)期，美國的G公司也找到了更好的鏡頭供應商——尼康。

但是飛利浦在用G公司光刻機的時(shí)候，發(fā)現他們的設備不可靠，第一套掩膜（也就是“剪紙”）良率高，之后的就很拉胯。

飛利浦在光刻機上貼了溫度計，發(fā)現電極讓滑軌變熱，滑軌熱脹冷縮就會(huì )翹曲，軌道從直線(xiàn)變成了弧線(xiàn)，雖然弧度很小，但是會(huì )破壞精度。

小克團隊注意到鎖定滑軌的約束螺栓，調整它的松緊，就能把晶圓臺的偏差校正到零點(diǎn)幾微米之內，隨后在自家的機器上改良了這一點(diǎn)。

1967年，小克信心滿(mǎn)滿(mǎn)地帶著(zhù)N公司的光刻機原型參加飛利浦的年度展覽。

飛利浦的董事會(huì )成員也來(lái)到了展臺旁。小克正在眉飛色舞地講解，董事卻溜到旁邊展臺看新款洗衣機了。

對飛利浦集團來(lái)說(shuō)，一臺能年銷(xiāo)幾萬(wàn)臺的“三大件”遠比一臺沒(méi)有商業(yè)前景的破機器誘人得多。

但飛利浦的半導體材料部是懂行的，他們訂購了1臺N公司的光刻機，非常滿(mǎn)意，每套掩膜之間的對齊精度也很高。

在1976年飛利浦的年度報告里寫(xiě)著(zhù)這樣一句話(huà)：

“由于在光學(xué)、機械和控制系統方面有著(zhù)豐富的經(jīng)驗，我們成功地在研發(fā)設備中實(shí)現了位置移動(dòng)10厘米而位移偏差只有0.1微米。”

但是這項技術(shù)除了用來(lái)自戀，沒(méi)有其他用處。

到80年代初，美國G公司的光刻機拿下了IBM、仙童、西門(mén)子等大客戶(hù)，1981年的銷(xiāo)售額達到了1.1億美元，3年翻了近10倍。

而N公司這邊研發(fā)一片混亂，一臺售出的光刻機都沒(méi)有。

油壓軸承也出了問(wèn)題。有一天，油泵機發(fā)出刺耳的嘶嘶聲，機油從導管?chē)娪慷?，整個(gè)超凈工作室沾滿(mǎn)了油污。

他們決定要改用永磁體來(lái)驅動(dòng)電機。

經(jīng)歷無(wú)數次失敗，他們的線(xiàn)性電機實(shí)現了兩個(gè)目標：

運動(dòng)時(shí)達到極高的加速度，帶來(lái)光刻機更高的吞吐效率；

靜止時(shí)停在該停的位置，達到極高的靜態(tài)精度。

但是大家不知道該怎么量產(chǎn)這臺機器。

因為大家不喜歡搞一大堆圖紙，出了問(wèn)題都是拿嘴溝通，解決了就拉倒。

結果所有知識分散在所有人的腦袋里，連第二臺機器都不知道該怎么“復制”出來(lái)。

N公司想了一招：懶得動(dòng)筆，那就把所有流程都用相機拍下來(lái)。

在經(jīng)歷了非常動(dòng)蕩的內部磨合之后，他們終于將一臺測試樣機送到了IBM。對方雖然提出了一些改善建議，但看上去就要下訂單了。

負責人喬治樂(lè )觀(guān)地說(shuō)：“他們會(huì )訂購三四十臺呢！”

但是接下來(lái)很長(cháng)時(shí)間，IBM都沒(méi)有下訂單。

團隊士氣低迷，而飛利浦內部對光刻機項目的質(zhì)疑也越來(lái)越大。

半導體材料部門(mén)從G公司訂購的設備總能按時(shí)交貨，但自家N公司的設備卻總是延期。

G公司一年能賣(mài)200臺光刻機，N公司只有5臺，還是供給飛利浦。

飛利浦CEO德克下令：“盡快結束光刻機這種沒(méi)意義的項目?！?/span>

他們打算叫?；虺鍪埏w利浦各種不賺錢(qián)的業(yè)務(wù)，這是西方大公司的常規操作。

有一家荷蘭本地的芯片設備廠(chǎng)商想要接盤(pán)，它的名字叫ASM（先進(jìn)半導體材料公司），但是N公司高層很快就把它的名字劃掉了，嫌人家體量太小。

這時(shí)候，美國G公司最大的競爭對手P公司（Perkin-Elmer）受邀來(lái)到飛利浦考察。

他們參觀(guān)完光刻機制造產(chǎn)線(xiàn)以后告訴他們：“你們這簡(jiǎn)直就是一間用金磚做的茅房?！?/span>

意思是雖然技術(shù)不錯，但是沒(méi)必要弄這么昂貴。

更讓P公司高管驚訝的是，飛利浦董事會(huì )高層對芯片市場(chǎng)一無(wú)所知，對光刻機業(yè)務(wù)滿(mǎn)臉嫌棄。

他們問(wèn)N公司的人：“呃，你們大領(lǐng)導知道自己在說(shuō)啥嗎？”

P公司有意愿收購，但隨后他們又參訪(fǎng)了另一家公司，就改了主意。

N公司覺(jué)得自己就像沒(méi)人要的孩子。

但只說(shuō)對了一半。

因為ASM的老板德?tīng)枴て绽啵?/span>老普）始終不死心。

他的公司在1978~1983年間收入增長(cháng)了6倍。

1983年春天，負責飛利浦光刻機業(yè)務(wù)的技術(shù)董事克魯伊夫（老克）在報紙上讀到了ASM成功地故事。他意識到：老普這家伙還挺有錢(qián)的。

當時(shí)飛利浦全新的步進(jìn)式光刻機距離完工只剩一步之遙，而ASM成了他們最后一根救命稻草。

1983年，當老克第一次走進(jìn)老普辦公室的那天，他們只用了不到1個(gè)小時(shí)就敲定了飛利浦和ASM建立合資企業(yè)的計劃。

也就是后來(lái)的阿斯麥（ASML）。

老普想做的事情很簡(jiǎn)單：他的公司生產(chǎn)其他幾乎所有種類(lèi)的芯片制造設備，除了光刻機。

收了N公司，他就能做成設備全產(chǎn)業(yè)鏈一條龍。

雙方股權50%對50%。

但實(shí)際上，只有老普拿著(zhù)真金白銀注資210萬(wàn)美元，而飛利浦幾乎“一毛不拔”，拿著(zhù)一批過(guò)時(shí)的設備、原料充抵注冊資金180萬(wàn)美元，只掏了30萬(wàn)現金。

連飛利浦的管理人員都看不下去了：“這家新公司買(mǎi)杯咖啡就能破產(chǎn)?！?/span>

在收購之后，老普才發(fā)現阿斯麥的產(chǎn)量真是馬尾巴穿豆腐——提不起來(lái)，連年產(chǎn)40臺的目標都達不到。

那家法國的C公司也很拉胯，供應的16個(gè)鏡頭里只有1個(gè)能滿(mǎn)足客戶(hù)IBM的要求。

一些著(zhù)名分析師表示：這家合資公司注定失敗。

1984年春天，阿斯麥擁有47名意志消沉的飛利浦員工。

他們之所以肯來(lái)，是因為集團保證4年后他們可以轉崗回到飛利浦。

那一年，G公司和尼康是全球光刻機的冠亞軍，而阿斯麥的市占率依然是0。而佳能、日立和其他國際公司也在爭搶蛋糕。

他們計劃在1986年參加硅谷的國際半導體展會(huì )，展示一款新光刻機來(lái)?yè)屨际袌?chǎng)。

但在兩年內量產(chǎn)一臺比對手更強的光刻機，幾乎不可能。

阿斯麥的第一任CEO賈特·斯密特（老賈）擔起了這副重擔。

在阿斯麥幾乎沒(méi)人喜歡他獨斷專(zhuān)行的風(fēng)格，多年后當他離職時(shí)，同事按慣例給他眾籌的離職紅包里只裝了80美元。

但他是帶著(zhù)阿斯麥起飛的第一人。

他逼著(zhù)大家改變工作流程，每天拿出一部分精力來(lái)記錄工作日志，整理文檔。

客戶(hù)明確告訴老賈，他們不需要歐洲的光刻機：“等你賣(mài)出去20臺，再來(lái)找我談吧?！?/span>

老賈沒(méi)有一蹶不振，而是發(fā)現了產(chǎn)業(yè)升級過(guò)程中的機會(huì )：

從大規模集成電路（LSI，細節大于1微米）到超大規模集成電路（VLSI，細節小于1微米），產(chǎn)業(yè)需要新一代光刻機，處理的晶圓尺寸也會(huì )從4英寸升級到6英寸。

而當時(shí)業(yè)界沒(méi)有形成解決方案。

尼康、G公司，都還在用導程螺絲桿來(lái)移動(dòng)晶圓臺，圖像細節定位精度大于1微米，而阿斯麥掌握著(zhù)技術(shù)優(yōu)勢。

老賈認為，這是阿斯麥彎道超車(chē)的機會(huì )——兩年后，交出一臺成熟的VLSI光刻機。

他估計，這需要投入1億美元。

他需要去求2個(gè)爸爸——兩個(gè)前期只投入了210萬(wàn)和30萬(wàn)美元的爸爸們。

老賈精心準備了一套PPT，給董事們畫(huà)出了新的大餅，指出阿斯麥的一些技術(shù)無(wú)人能比，行業(yè)未來(lái)一定會(huì )大洗牌，成為頭部公司的市占率和回報是非?？捎^(guān)的。

“我們可能需要多達1億美元，但只是一個(gè)粗略的估計。具體的數字可能更少，也許5000萬(wàn)就夠了?！?/span>

事后證明，老普估的很準。

包括老普在內，董事們很震驚，這個(gè)保底數字是當時(shí)母公司ASM全年的營(yíng)收，而ASM剛剛扭虧為盈。

最后老賈得到的回復是：你可以接著(zhù)搞，董事會(huì )追加300萬(wàn)美元（0.03億美元），剩下的錢(qián)你自己想辦法。

之后，老賈一邊找錢(qián)，一邊招人。

他們需要軟件、電子、機械、光學(xué)、測量和控制技術(shù)等各個(gè)學(xué)科的人才。

為了釣到更多的魚(yú)，他們在報紙上登招聘廣告，怕公司沒(méi)名氣，擅自用了飛利浦的標識——老賈假裝自己不知道，還被母公司罵了一頓。

結果收到了300份簡(jiǎn)歷，很多人的求職信上都標著(zhù)“請轉交飛利浦公司”，大家都是沖著(zhù)大廠(chǎng)來(lái)的。

02

20世紀80年代，隨著(zhù)日本半導體產(chǎn)業(yè)，尤其是內存產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，佳能和尼康獲得了巨大的發(fā)展機會(huì )。

從日本到美國，他們一步步蠶食著(zhù)G公司原本占有的市場(chǎng)。

1984年底，日本光刻機市場(chǎng)規模超過(guò)美國。

這一年，阿斯麥把公司搬到了荷蘭南部的費爾德霍芬，一座人口只有4.5萬(wàn)人的城市。

今天，全世界以萬(wàn)億美元計算產(chǎn)值的半導體產(chǎn)業(yè)都要看這座小城的臉色。

但是在當年，阿斯麥的大部分員工就是在這樣一些簡(jiǎn)易板房里開(kāi)發(fā)光刻機的。

為了這一次“彎道超車(chē)”計劃，阿斯麥開(kāi)始網(wǎng)羅供應商。

為了做出直線(xiàn)電動(dòng)機，他們需要50個(gè)定子，也就是發(fā)電機中保持固定不動(dòng)的部分。

他們在飛利浦的供應鏈當中尋找工廠(chǎng)，這些企業(yè)每年都是給飛利浦做上萬(wàn)件零部件配套的。

他們告訴對方一年只需要50個(gè)，談話(huà)就結束了。

阿斯麥的員工覺(jué)得自己像個(gè)沒(méi)人搭理的小娃娃。

但他們沒(méi)有退縮，而是找到飛利浦各個(gè)工廠(chǎng)求援，一開(kāi)始都吃了閉門(mén)羹。

這些工廠(chǎng)沒(méi)見(jiàn)過(guò)這么執拗的人，他們的態(tài)度也開(kāi)始松動(dòng)。

最終阿斯麥員工發(fā)現，只要穿過(guò)幾條街，就可以在飛利浦的玻璃工廠(chǎng)里找到一些精密的玻璃部件。

工人在A(yíng)SML樓內的新超凈室中組裝

供應鏈解決了，但交貨又成了問(wèn)題。缺少一個(gè)部件，光刻機就不能工作。

負責供應鏈的克拉森幾乎要崩潰了。

他周五下午問(wèn)飛利浦的司機，零件啥時(shí)候到。

司機說(shuō)：“都快五點(diǎn)啦，這周沒(méi)戲啦?！?/span>

因為飛利浦員工從不加班。

克拉森絞盡腦汁，想出一轍，沒(méi)想到真的管用：

給他們塞一筆加班費，送上幾杯啤酒，再來(lái)兩瓶葡萄酒。

所以他的后備箱里裝滿(mǎn)了各種酒。

為了確保不缺東西，他要求所有東西堆在他眼前。

結果他的辦公室里堆滿(mǎn)了電纜、插頭和成箱的零件。

克拉森與電動(dòng)機零件

在鏡頭方面，他們一腳踢開(kāi)了不靠譜的法國C公司，再次找到蔡司。

但對方再次拒絕為阿斯麥定制鏡頭，而是讓他們從庫存里挑。

阿斯麥給蔡司畫(huà)大餅，說(shuō)未來(lái)幾年會(huì )擴大數倍的訂單量，蔡司一點(diǎn)也不感興趣，因為一個(gè)蔡司“金手指”工匠要培訓幾年甚至十幾年，人才供給跟不上。

20世紀50年代蔡司的中央光學(xué)生產(chǎn)車(chē)間

經(jīng)過(guò)一番軟磨硬泡，蔡司最終還是答應了。

但是蔡司上來(lái)就坑了阿斯麥一把。

由于密封鏡頭的膠水同其他材料的熱膨脹系數不一樣，鏡片用著(zhù)用著(zhù)就會(huì )發(fā)生漂移，圖像變得模糊，客戶(hù)退回了一批又一批產(chǎn)品。

蔡司當年的這個(gè)問(wèn)題不僅坑了阿斯麥，也坑了美國的G公司。

在承認這個(gè)問(wèn)題之后，蔡司才低下了高傲的頭顱，開(kāi)始同阿斯麥共同研發(fā)光刻機光學(xué)系統的解決方案。

1985年，阿斯麥的新機器PAS 2400制造完成。

老賈打算敲鑼打鼓地宣傳一番。

在半導體展會(huì )上，他們在參觀(guān)手冊上買(mǎi)下了10個(gè)版面，拿自家機器與行業(yè)主流產(chǎn)品進(jìn)行對比，跟現在手機發(fā)布會(huì )上的參數對比沒(méi)什么兩樣。

廣告：阿斯麥光刻機每小時(shí)處理硅片74片，高于尼康和G公司

在展會(huì )上老賈還發(fā)現一個(gè)好消息：

他們的PAS 2400幾乎一直正常運行。

而尼康等企業(yè)的光刻機在演示過(guò)程中都出了問(wèn)題。

為了維修設備，對手的展臺經(jīng)常閉門(mén)謝客。

那年夏天，阿斯麥終于拿下了AMD的一臺測試樣機訂單?？蛻?hù)反饋不錯，但就是不下訂單。

當年全球半導體市場(chǎng)進(jìn)入下行周期，光刻機買(mǎi)家很少，美國和日本企業(yè)還是占據主導地位。

老賈有些灰心了：沒(méi)有一家正經(jīng)廠(chǎng)商下訂，連飛利浦都拒絕承諾購買(mǎi)。

與此同時(shí)，母公司ASM也陷入困境，虧損580萬(wàn)美元。

為了幫阿斯麥找市場(chǎng)，老普甚至跑到保加利亞拿到了一臺訂單。

員工說(shuō)：“沒(méi)客戶(hù)，沒(méi)機器。老板像瘋子一樣到處跑，到處花錢(qián)，就好像錢(qián)會(huì )過(guò)期一樣?！?/span>

1986年，阿斯麥依然沒(méi)客戶(hù)，而每個(gè)月的開(kāi)支高達數百萬(wàn)美元。

市場(chǎng)變化太快了，PAS 2500也不能滿(mǎn)足需求了。美國企業(yè)正朝著(zhù)專(zhuān)用集成電路（ASIC）發(fā)展，阿斯麥需要研發(fā)新一代升級版——PAS 3000，并實(shí)現高度的自動(dòng)化。

很多研發(fā)人員陷入了長(cháng)期“996”和“007”的狀態(tài)里。

阿斯麥在當地租了一棟樓供加班員工睡覺(jué)，另一些人把睡袋放在后備箱，以防“睡樓”里住滿(mǎn)了人。

1986年，市場(chǎng)復蘇，AMD訂購2臺PAS 2500，中國訂購了一臺油壓驅動(dòng)的舊式PAS 2000。

那些想在VLSI領(lǐng)域大干一場(chǎng)的芯片制造商開(kāi)始關(guān)注日本之外的設備廠(chǎng)商。

老賈給大家鼓勁：“今年我們賣(mài)多少臺，那就是基數，明年就能翻5~10倍！”

1986年5月，第一臺PAS 2500量產(chǎn)光刻機終于下線(xiàn)了。

當第一臺交付給客戶(hù)的光刻機用叉車(chē)裝進(jìn)卡車(chē)的時(shí)候，負責維護機器的工程師維克的心提到了嗓子眼。

他發(fā)現有一個(gè)標記某部件的氣球漏氣了，他跳進(jìn)卡車(chē)里，把氣球吹了起來(lái)。

同事哈哈大笑，說(shuō)他就好像在給機器做人工呼吸。

卡車(chē)一路緩緩行駛，阿斯麥沒(méi)有聯(lián)系交警開(kāi)道。

每當車(chē)隊停在十字路口，員工們一窩蜂地走上去指揮交通。

這臺機器的正常交付給阿斯麥員工注入了強心劑，大家工作熱情高漲，自愿加班，有時(shí)候甚至晝夜不停。

但無(wú)論這時(shí)故事充滿(mǎn)多少溫情與熱情，他們都不是國際舞臺的主角。

阿斯麥市占率只有5%，只能靠荷蘭政府提供的研發(fā)撥款和補貼來(lái)維生。

蔡司的鏡頭問(wèn)題最終把G公司拉下王座，而尼康改進(jìn)了自家的光學(xué)系統，乘勢而上，在80年代后期成為全球光刻機的新霸主。

老普在接盤(pán)以后對阿斯麥無(wú)法盈利的處境越來(lái)越憤怒，1986年母公司虧損2500萬(wàn)美元，阿斯麥虧了1400萬(wàn)美元。

而這時(shí)蔡司的鏡頭有一半都不合格，另一半還遲遲不到貨。

老普壓力大到頂不住了，母公司在芯片爐等設備上掙的錢(qián)全都用來(lái)給阿斯麥填窟窿了，即便這樣阿斯麥工資也快發(fā)不出來(lái)了，老賈還要母公司追加投資，老普和老賈甚至會(huì )在走廊里互相咆哮。

老普只能考慮出售阿斯麥，斷尾求生。

他聯(lián)系了日本的三井物產(chǎn)、住友集團洽談收購，未果。

直到1987年6月1日，AMD終于下了25臺PAS 2500的訂單，那天老賈高興得在走廊里吹了一天的口哨。

但是兩個(gè)月后，他卸任的日子也到來(lái)了，另一家德國公司把他挖走了。

300多人給他籌集的離職紅包，放在一個(gè)帽子里，不到80美元。

至此，阿斯麥燒錢(qián)規模已累計5000萬(wàn)美元。

還能再糟糕一點(diǎn)嗎？

不會(huì )了，因為天降猛男了。

1986年，張忠謀受邀回到中國臺灣，出任臺灣工研院的院長(cháng)。

1987年，工研院和飛利浦成立了一家合資公司，名叫“臺積電”，飛利浦占股27.5%，是臺積電最大的外部股東，還將一些芯片生產(chǎn)線(xiàn)轉移到了中國臺灣。

結果1988年底，臺積電新產(chǎn)線(xiàn)就快裝好的時(shí)候，發(fā)生了一場(chǎng)大火。

臺積電把所有煙熏火燎過(guò)的光刻機退回了阿斯麥，還下了17臺新訂單。

阿斯麥發(fā)現這些退回來(lái)的機器，有的只讓煙熏了一下，很容易修好。

而為火災買(mǎi)單的保險公司成了阿斯麥1989年最大的客戶(hù)。

當年的74臺訂單讓阿斯麥利潤翻了一番，達到700萬(wàn)美元，全球市占率達到15%。

但是大火不是年年有，阿斯麥怎么才能更上一層樓，超過(guò)尼康和佳能呢？

你需要把事情做對，然后耐心等著(zhù)對手出錯。

1988年，合資企業(yè)解散，阿斯麥從兩個(gè)爸爸手中獨立了出來(lái)。如果有朝一日阿斯麥上市或出售，老普的ASM將受益。

為了抓住DRAM（一種內存）市場(chǎng)蓬勃發(fā)展的機會(huì )，所有光刻機廠(chǎng)商都在布局。

光刻機中不同波長(cháng)的光對應著(zhù)不同的制程工藝。

總體上，光刻機用的光線(xiàn)一直是往更短波長(cháng)發(fā)展的，從紫外、深紫外到極紫外，都快接近X射線(xiàn)了。

佳能和尼康選擇“跳過(guò)i線(xiàn)”，直接從g線(xiàn)跳到深紫外線(xiàn)（DUV，圖中的KrF和ArF），但碰到了棘手的技術(shù)問(wèn)題，當時(shí)連適合248納米DUV的光刻膠都沒(méi)有。

而阿斯麥剛剛歷盡劫難，沒(méi)能力大舉投入DUV，只能老老實(shí)實(shí)做i線(xiàn)。

從荷蘭政府和歐共體那里，阿斯麥拿到了1650萬(wàn)美元用來(lái)研發(fā)新的PAS 5500，也就是i線(xiàn)的步進(jìn)式光刻機。

這時(shí)候，阿斯麥遇到了臺積電之后的第二個(gè)貴人——IBM。

IBM財大氣粗，為了從6英寸晶圓升級到8英寸，他們決定第一個(gè)吃螃蟹，業(yè)內第一套8英寸設備的研發(fā)費用他們包圓了。

8英寸晶圓面積是6英寸的1.778倍，能切出的晶粒（Die）就更多，浪費更少，幫企業(yè)掙到更多的錢(qián)。

最后IBM投入的這筆金額是——10億美元。

但對阿斯麥不利的是，他們在IBM的供應商名單中排在最后一名，第5名。

IBM大部分人傾向于尼康這些“老牌”巨頭。

巧的是，在美國紐約州達奇斯縣的東菲什基爾，IBM全新工廠(chǎng)的負責人凱利沒(méi)有墨守成規，而是對所有供應商一視同仁。

相比于對手，阿斯麥的優(yōu)勢是精確的曝光對準。

IBM的高管希望來(lái)到阿斯麥公司考察新機。

PAS 5500的總架構師老范（范登布林克）要求所有人嚴陣以待，各司其職，演示10個(gè)子系統模塊，比如鏡頭組、電動(dòng)晶圓臺。

在IBM高管來(lái)訪(fǎng)前的周末，老范親自給所有工程師的老婆們打電話(huà)：

“對不起，您的丈夫這周末必須加班，我們需要他?！?/span>

但是1991年1月11日，老范接到IBM的電話(huà)：他們來(lái)不了了。

海灣戰爭打響，IBM不讓高管坐飛機，因為那樣會(huì )有風(fēng)險。

老范急眼了，在公司里瘋狂咆哮，因為如果拿不下IBM，阿斯麥可能離倒閉關(guān)門(mén)就不遠了。

同事老波（波拉克）看著(zhù)他發(fā)泄完，點(diǎn)了一支煙：“你知道不，咱們應該直搗黃龍，去他們IBM?！?/span>

老范驚了：“但咱沒(méi)法帶機器過(guò)去啊?！?/span>

老波說(shuō)，立馬成立一個(gè)攝制組，把原本要展示的所有內容拍成錄像帶。

老范喜出望外。

他們找了一家專(zhuān)業(yè)的影視公司，拍攝剪輯好以后第二天就飛到了IBM總部。

凱利等高管看了影片，有人差點(diǎn)從椅子上摔了下來(lái)。

用他們的原話(huà)來(lái)說(shuō)：“我們從來(lái)沒(méi)見(jiàn)過(guò)這么先進(jìn)的設備?！?/span>

PAS 5500在業(yè)內率先使用模塊化設計，并行開(kāi)發(fā)，每個(gè)模塊都留有自動(dòng)通信接口，最終拼裝成一臺光刻機。

這種設計的研發(fā)、生產(chǎn)效率都大大提高。

而且模塊化設計可以讓客戶(hù)隨意選配各種部件包，包括各種鏡頭，各種尺寸，各種光源，各種投影模式，應有盡有。

所以阿斯麥把這一代光刻機做成了一代光刻平臺。

就這樣，阿斯麥實(shí)現了IBM的破冰之旅。

為了大批量供應光刻機，阿斯麥轉過(guò)頭去開(kāi)始倒逼蔡司轉型升級。

蔡司6個(gè)“金手指”辛苦一年，只能交付10個(gè)i線(xiàn)光學(xué)元件。

產(chǎn)能低得像一個(gè)噩夢(mèng)。

他們必須摒棄過(guò)去“金手指”工匠純手工打磨鏡片的方式，加入全自動(dòng)化設備。

隨著(zhù)PAS 5500的普及，蔡司終于解決了鏡頭生產(chǎn)對人工的依賴(lài)問(wèn)題。

1996年，拋光機器人就可以讓鏡頭元件的精度達到原子級別，只需要80個(gè)人就能年產(chǎn)200多個(gè)復雜鏡頭。

再后來(lái)，蔡司高管加入阿斯麥監事會(huì )，雙方建立獨家排他關(guān)系，阿斯麥入股蔡司，還為后來(lái)的EUV光刻機蔡司光學(xué)系統研發(fā)提供資金支持。雙方緊緊地綁在了一條船上。

但回到90年代初期，阿斯麥最大的問(wèn)題還是缺錢(qián)。

1991年，阿斯麥虧損了500萬(wàn)美元。

飛利浦并購部門(mén)建議關(guān)掉阿斯麥。

阿斯麥方面表示PAS 5500訂單能讓公司起死回生，懇求老東家不要斷奶！

他們還腆著(zhù)臉找飛利浦借了2100萬(wàn)美元來(lái)發(fā)工資。

1993年，情況開(kāi)始改善，訂單量、交付量顯著(zhù)提升，公司現金流第一次開(kāi)始正向凈流入，盈利1100萬(wàn)美元。

他們拿著(zhù)2100萬(wàn)美元的支****拍到了飛利浦同事的桌上，笑得像個(gè)傻子一樣，其他在場(chǎng)的人都使勁鼓掌。

第二天飛利浦財務(wù)部的人打電話(huà)來(lái)把他們罵了一頓：“下次別再用支****付這么多錢(qián)了，集團損失了兩天的利息呢！”

這一時(shí)期，阿斯麥的步進(jìn)光刻機比競品貴25%，但是生產(chǎn)精度和生產(chǎn)率都更高，能很快幫客戶(hù)把錢(qián)掙回來(lái)。

他們甚至有信心跟客戶(hù)簽“不賺錢(qián)不付款”的合同，一開(kāi)始只收80%的錢(qián)，尾款根據客戶(hù)業(yè)績(jì)支付。

為了籌到更多的錢(qián)擴大生產(chǎn)，阿斯麥在90年代初期選擇上市，并拿下了韓國三星等大企業(yè)的訂單。

飛利浦通過(guò)阿斯麥上市獲得了1.25億美元。

1996年，荷蘭新聞周刊Elsevier將阿斯麥排在值得購買(mǎi)的股****列表的第一名。

20世紀末，他們離登頂全球光刻機霸主只剩一步之遙。

那時(shí)候，阿斯麥的一些員工穿著(zhù)T恤衫走來(lái)走去。

衣服上印著(zhù)一行大字：我們會(huì )打敗日本人。

那么尼康，是如何走下神壇的？

03

20世紀末，當時(shí)先進(jìn)的制程工藝從130納米來(lái)到90納米，晶圓尺寸從8英寸來(lái)到12英寸，光刻機的波長(cháng)也從248納米進(jìn)入193納米。

用干式193納米（波長(cháng)）光刻機，極限的制程工藝是65納米。

怎么做出40納米以下制程的芯片，所有半導體專(zhuān)家都在探索。

當時(shí)給出的方案包括157納米F2激光、電子束投射、離子投射、EUV(13.5納米)和X光等。

尼康等企業(yè)都選擇了157納米激光方案，因為難度低一些。

阿斯麥沒(méi)想好，于是決定157納米和EUV兩條路線(xiàn)齊頭并進(jìn)。

結果尼康做了半天，樣機測試結果并不理想，一直琢磨怎么縮短光的波長(cháng)，沒(méi)弄好。

而2004年，阿斯麥利用當時(shí)最新的“浸潤原理”，做出了浸沒(méi)式光刻機。

而浸潤原理很簡(jiǎn)單，就是在光刻膠上方抹一層水，水的介質(zhì)折射率是1.44，那么193納米÷1.44≈134納米。

2006年，阿斯麥的新款光刻機在英特爾順利通過(guò)40納米工藝驗證，拿下了英特爾的大訂單。

而此時(shí)尼康在157納米路線(xiàn)上積重難返，新型光刻機也無(wú)人問(wèn)津。

因為阿斯麥光刻機最后一片鏡片是純平的（能放水），而尼康的是曲面鏡片。

如果尼康要改用浸沒(méi)式系統，整個(gè)鏡頭光路都要推倒重來(lái)，至少需要2年時(shí)間。

2009年，阿斯麥反超尼康，首次占據了光刻機7成的市場(chǎng)份額，把尼康逼到了墻角，此后再無(wú)翻身的余地。

而阿斯麥利用193納米浸沒(méi)式光刻機一路做到了7納米制程工藝。

但是即便如此，這也只是停留在深紫外（DUV）的領(lǐng)域，還沒(méi)有達到今天登峰造極的極紫外（EUV）光刻機領(lǐng)域。

從1997年開(kāi)始，英特爾為了突破193納米的限制，發(fā)起了EUV LLC聯(lián)盟，集合阿斯麥、AMD、摩托羅拉、美國三大國家實(shí)驗室，召集幾百名頂級科學(xué)家，投入2億美元，發(fā)表幾百篇論文，只為了從理論上驗證EUV的可行性。

EUV使用的13.5納米光線(xiàn)，波長(cháng)太短，連空氣都穿不透，只能在真空環(huán)境中傳播，現實(shí)中沒(méi)有任何單層材料可以反射它，而是需要幾十層鉬和硅層層疊疊摞起來(lái)，在鏡片上鍍膜才能完成，每一層只有納米級別的厚度，且每層誤差不能超過(guò)0.01納米，相當于京滬高鐵一根鐵軌，起伏不能超過(guò)1毫米。

鉬反射鏡

2003年，理論驗證完成，聯(lián)盟解散，球傳到了阿斯麥腳下。

這個(gè)聯(lián)盟成立的一個(gè)特殊背景是，美國人要不要向外國企業(yè)開(kāi)放研究成果？

美國政界多數人認為荷蘭是美國可靠的合作伙伴，但不包括日本。

就這樣，美國允許了阿斯麥獲得美國國家實(shí)驗室最先進(jìn)的光刻研究成果，而把尼康和佳能排除在外。

在聯(lián)盟尚在的2001年，阿斯麥還收購了美國最后一家頭部光刻企業(yè)SVG，阿斯麥獲得了一些EUV光刻方面的專(zhuān)利技術(shù)。

2010年，阿斯麥造出了人類(lèi)第一臺EUV工程樣機。

直到今天，它都是世界上唯一一家量產(chǎn)EUV光刻機的企業(yè)。

它已經(jīng)成為荷蘭最大的出口企業(yè)，全球最大的芯片設備制造商。

這就是阿斯麥的故事。

開(kāi)頭我說(shuō)了，這是一個(gè)能讓國人既振奮又沮喪的故事。

振奮的地方在于，我們看阿斯麥的成長(cháng)，跟一家創(chuàng )業(yè)公司九死一生的故事沒(méi)什么兩樣。

從一小撮人開(kāi)始，他們甚至都沒(méi)有信心活下去，隨時(shí)想著(zhù)“跑路”回飛利浦上班，到挺過(guò)一道道難關(guān)，實(shí)現出貨，實(shí)現簽單，實(shí)現逆襲。

這樣的事荷蘭人能做到，中國人能做不到？

但是讓人沮喪的地方在于，我們在國內和友邦當中，可能嚴重缺乏像蔡司、尼康這樣的頂級光學(xué)儀器制造商。

以智能手機鏡頭為例，國內雖然有舜宇光學(xué)這樣的企業(yè)可以提供相機模組了。

但是國產(chǎn)旗艦機的頂級光學(xué)解決方案依然嚴重依賴(lài)海外供應商，比如蔡司和索尼。

更不要提什么EUV光刻機的國產(chǎn)光學(xué)解決方案了。

從蔡司的發(fā)展史來(lái)看，培養頂級半導體光學(xué)系統的技術(shù)能力可能是一個(gè)比打造光刻機系統更漫長(cháng)的過(guò)程。

因為光刻機的鏡頭是全世界最大、最精細的單反。

玩過(guò)攝影的人都知道，好鏡頭和差鏡頭的一大區別在于圖像畸變的程度。

攝影的時(shí)候畸變，你還可以后期處理，但光刻機的成像必須矯正到0，就要靠插入鏡頭來(lái)解決鏡頭帶來(lái)的問(wèn)題。

結果就是一套套越來(lái)越復雜的光學(xué)系統。

各種光刻機鏡頭光路對比

來(lái)源：?jiǎn)⒏缬泻蚊钣?/span>

這其中很多鏡片都是來(lái)修正成像質(zhì)量的。

最后導致一個(gè)光刻機鏡頭可能1米多高、1噸多重。

你需要能把光路精確地算出來(lái)，把鏡頭組合設計出來(lái)、制造出來(lái)，達到極高的工藝精度，還能完成整個(gè)鏡頭組的定心安裝。

蔡司表示，如果把EUV光刻機鏡片的面積放大到德國國土面積，那么鏡頭的高低誤差也只有0.1毫米。

如果想要做好國產(chǎn)光刻機，我們第一步要做的就是培育好國產(chǎn)的光刻機供應鏈體系。

人才供給、高端材料供給、零部件和機加工設備供給，缺一不可。

研發(fā)一臺光刻機，需要光學(xué)、數學(xué)、物理、化學(xué)、力學(xué)、材料、精密儀器、機械、自動(dòng)化、軟件識別等多學(xué)科人才通力合作。

而據阿斯麥老總自己估計，他們自己只生產(chǎn)EUV光刻機15%的零部件，其余都是從上千家公司購買(mǎi)的。他們有一整套嚴謹細密的供應商監控手段。

讀過(guò)今天的故事，相信你已經(jīng)理解了，這家公司一開(kāi)始連工作日志都懶得記，能達到今天的供應鏈管理水平都是一點(diǎn)點(diǎn)積累起來(lái)的。

產(chǎn)業(yè)升級，國產(chǎn)替代，沒(méi)有什么神話(huà)，只有一磚一瓦。

現在，我們應該像阿斯麥當年一樣，先定個(gè)小目標：打敗日本人。

因為中低端光刻機，比如28納米、90納米制程設備，由于較低的技術(shù)壁壘，競爭者數量多，尼康與佳能憑借價(jià)格優(yōu)勢占據中低端市場(chǎng)主導地位。

從中低端慢慢做起，培育產(chǎn)業(yè)鏈，一步步往上走。

就像上周阿斯麥的CEO溫寧克說(shuō)的：“如果中國得不到這些機器，他們就會(huì )自己研發(fā)。這需要時(shí)間，但最終他們會(huì )實(shí)現目標?！?/span>

“中國的‘物理定律’和我們這兒的一樣，你越給他們施加壓力，他們越有可能加倍努力?！?/span>

所以不要急，不要像日本人當年那樣，連國產(chǎn)DUV光刻膠都沒(méi)有的時(shí)候，就急著(zhù)去做EUV。

EUV只占全球光刻機市場(chǎng)的8%，剩下的92%等著(zhù)我們去搶。

搶到了，那就是給中國EUV鋪好的墊腳石。

我們這一代人，等著(zhù)看中國EUV摘桃子的那一天。

酷玩實(shí)驗室整理編輯

參考文獻：

瑞尼·雷吉梅克：《光刻巨人：ASML崛起之路》，478頁(yè)

Chris Miller: Chip War: The Fight for the World's Most Critical Technology，464頁(yè)

啟哥有何妙計：ASML的登峰之路，給你帶來(lái)不一樣的光刻機故事……