中國芯片業為什麼搞不過一家荷蘭公司？

編者按：本文來自微信公眾號「市界」（ID:ishijie2018），作者：楊逍 李曙光，36氪經授權發佈。

荷蘭光刻機巨頭阿斯麥（ASML）1月20日發佈了2020年Q4和全年財報，這位世界光刻機霸主去年共出貨了31台EUV光刻機，中國大陸由於種種原因沒有買到其中任何一台。

有人說阿斯麥是唯一一個能讓台積電折腰的公司，這一點也不誇張。阿斯麥所生產的光刻機，是半導體工廠生產芯片的最關鍵工具。畢竟，沒有刀，再好的師傅也雕不出來花。

如果有任何廠商的光刻機設備需要維修，阿斯麥的工程師從登上飛機那一刻，廠商就要付給他們以小時計的美金。

曾經，某上市公司的光刻機出問題後，排了3年隊才等到阿斯麥的工程師。結果阿斯麥的工程師們來了一看說，放太久了，與其維修，還不如買一台翻新的二手機，才2000多萬美元。就是這麼牛氣。

阿斯麥脫胎於飛利浦，到成立時一台光刻機都沒有賣出去，是行業倒數第一。員工只等著公司倒閉重回母公司飛利浦的懷抱；公司常年缺錢，銀行賬戶經常只有5位數餘額。

克服種種困境後，它的幸福也來得很快。成立11年後上市，隨後被美國最強大的科技聯盟之一選中入夥，和英特爾等公司深度綁定。阿斯麥拿著客戶的錢，研發出了最強的EUV（極紫外線）光刻機，至今沒有第二家公司能和它搶高端光刻機市場。

瞭解這位世界頂級光刻機霸主的崛起過程，能更清醒地審視，我們應如何去追趕。

被扔出飛利浦

阿斯麥誕生於飛利浦物理實驗室（簡稱Natalab）和飛利浦科學與工業部（簡稱S&I），曾是一群天才科學家手上的玩具。

芯片製造的曝光-刻蝕過程與沖印照片原理類似，也有人形容像雕刻，只不過光刻機雕的是芯片，「刀」是光。光刻機的工藝決定著芯片的尺寸和性能，是生產半導體芯片最重要的設備之一。

飛利浦相信，隨著芯片行業蓬勃發展，光刻機會是最有價值的合法印鈔機。

但20世紀70年代，荷蘭經濟衰退，出現經營危機的飛利浦喪失了孵蛋興趣，想要將這個燒了上億美元的項目剝離出去。

當時負責光刻機項目的特羅斯特，找了3家公司談光刻機項目的合資事宜，都以失敗告終。

就在特羅斯特喪失希望的時候，荷蘭的半導體設備製造商ASM國際公司出現了。

ASM的首席執行官德爾‧普拉多一直很希望和飛利浦這家巨頭搭上關係，曾數次拜訪飛利浦而不得。

德爾‧普拉多是一個非常有野心的男人，善於利用機會，不懼風險。一個敢買，一個想賣，交易很快達成。

1984年，S&I與ASM成立合資公司阿斯麥，雙方各佔50%股份。

ASML阿麥斯光刻機

飛利浦和ASM原本約定各向合資公司注資210萬美元，但刨除價值180萬美元的17台光刻機和其他庫存後，飛利浦只給阿斯麥賬戶轉了30萬美元。

當時，光刻機市場有10個玩家，既有佔據較大市場份額的美國GCA和Perkin-Elmer，也有正虎視眈眈的新秀日本尼康和佳能，阿斯麥墊底。

沒有人看好阿斯麥。

有分析師公開表示，ASM和飛利浦的合資企業注定以失敗告終，飛利浦擁有世界上最先進的「步進光刻機」技術，卻根本不知道該用光刻機做什麼。

從飛利浦調往阿斯麥的47名員工認為，他們只是光刻機市場的笑話，要做的，只是靜待阿斯麥倒閉，在4年之內，收拾行李重回飛利浦懷抱。

阿斯麥的首任首席執行官賈特‧斯密特是一位敏銳的科學家，他聽完各類不利消息，反倒對阿斯麥有信心。

在他看來，阿斯麥的光刻技術領先時代，其對準技術非常先進，「電動晶圓台」會成為阿斯麥獨有的賣點。

只要再具備優秀的光學元件，阿斯麥就可以創造出世界級的產品。對準技術、晶圓台、光學鏡頭三大零部件，未來也將成為阿斯麥產品的利器。

此外，在摩爾定律下，每隔18個月，集成電路上可以容納的晶體管數目就會增加一倍，這就需要生產芯片的光刻機保持迭代。

更妙的是，當時正值半導體行業技術變革期，製造商正尋求從大規模集成電路（LSI）向超大規模集成電路（VLSI）轉變，光刻機也將迎來一次大的技術更迭。

斯密特相信，只要能在兩年內製造出一台滿足製造商需求的新設備，阿斯麥就可以實現彎道超車，成為行業內第一。

畢竟，在新技術面前，所有玩家站在同一個起跑線上。

自此，阿斯麥奪命狂奔推新品的上半生，開始了。

連工資都發不出來了

1984年，阿斯麥開始研發這款承載了公司所有希望的產品：PAS 2500。

斯密特初步估計，它需要1億美元研發資金。而兩家母公司只答應各增加150萬美元的投資，剩下的要自己想辦法。

而阿斯麥活下去的第一步，是拿下飛利浦半導體和材料部（以下簡稱「Elcoma」）的訂單。拿下Elcoma的訂單，就相當於拿到了母公司飛利浦的站台。

肥水不流外人田，Elcoma很給面子地下了訂單，但要求阿斯麥必須在1986年4月1日前交付第一台PAS 2500。Elcoma高管表示，「不能晚一天，否則，我就會選擇尼康。」

二十世紀八十年代，尼康迅速崛起，相較於美國光刻機龍頭GCA，尼康的光刻機性能更穩定。1982年時，GCA還在日本市場佔有95%的市場份額，到1983年已經降低到45%，絕大部份市場由日本尼康獲得。

此外，將新光刻機產品送去美國SEMICON West展會參展，打出阿斯麥的名聲，也是必須要做的一步。

但這意味著，阿斯麥需要在1986年4月和5月，分別交付一台PAS 2500。研發時間，要從2年縮短至18個月。

斯密特要求PAS 2500必須在1986年1月1日拿出原型產品，否則，訂單將無法交付，公司也會完蛋。

崇尚享受生活、到點下班的荷蘭人，顯然沒有中國人民的那種勤勞，1986年1月新年後，PAS 2500依舊沒有組裝完成，並預計要到5月才能完成研發。但這將完美錯過上述兩個重要日期。

斯密特暴跳如雷，直接裁掉了PAS 2500項目研發團隊的負責人，換成了兩個年輕人，其中一個僅18月工齡。

這兩個給力的年輕人，最終使阿斯麥在規定期限內交付了兩台PAS 2500。

PAS 2500還在5月的美國SEMICON West展會上打出名聲，不但拿下了4台PAS 2500的訂單，還獲得了同行的認可。

展會上，阿斯麥一位工程師跑了一圈競爭對手的展位，結果得到參會同行們的一致回答：「最好的光刻機產品是我們，而第二好的是阿斯麥。」

雖說在光刻機市場上有了一點名聲，可阿斯麥的日子並沒有因此變得好過。

原因是太窮。

1984年至1987年3年間，整個光刻機行業正遭遇洗牌。1986年，10家光刻機公司中有3家退出市場，剩下的7家供應商，也將在接下來幾年陸續出局。

昔日光刻機龍頭GCA瀕臨破產，已經到了要用其所持有的蔡司股份來支付蔡司鏡頭費的地步了。

蔡司是德國最好的光學儀器廠商，GCA的光刻機採用的就是蔡司的鏡頭。未來，蔡司將成為阿斯麥的專屬供應商。

行業動盪影響了阿斯麥。

1986年，本預定了阿斯麥一半訂單的美國半導體公司AMD，在最後關頭撕毀合同，讓阿斯麥創紀錄地虧損超過1400萬美元。

次年，光刻機行業低價傾銷、產能過剩，阿斯麥還不得不降價銷售產品，利潤又受到影響。

同期，母公司ASM也遭遇危機，1986、1987兩年分別虧損了2500萬美元和2300萬美元。

ASM首席執行官德爾‧普拉多正為財務狀況焦頭爛額，阿斯麥的斯密特卻對支出超出預期不以為然，覺得這是阿斯麥成為行業第一所要承受的。

付錢的人和花錢的人衝突越來越大，普拉多反覆說「我是寫支票付錢的人」，斯密特則回敬「這是我的策略，接不接受隨你」。

最終，斯密特在1987年任期結束後離開了阿斯麥；母公司ASM則因財務狀況，退出阿斯麥股東行列，它投入的3500多萬美元也打了水漂。

飛利浦接手了ASM在合資公司中的股份和債務。

而阿斯麥，在1988年春天用完了2500萬美元的全部信用額度，連發工資的錢都沒有了。一度連續三個月臨發工資時，阿斯麥的財務總監都要跑到飛利浦乞討，求來130萬美元員工工資。

此時的阿斯麥，離死亡只有一線。

轉機出現

斯密特雖然為這家公司注入了成為行業第一的夢想和不計成本追求產品迭代的基因，但是他太能燒錢了，阿斯麥急需一個能讓公司轉虧為盈、推動公司步入正軌的人。

特羅斯特就是因此被騙過來當CEO的。1987年，他本打算與妻子開始一場長途旅行，卻被飛利浦的老上司哄過來當代理CEO，老上司一直在說「新CEO馬上就來」，可繼任者遙遙無期。發現自己被騙的特羅斯特，在憤怒中提出了人生中第一次升職要求：成為阿斯麥的CEO。

特羅斯特的任期只有一年半，對阿斯麥而言，他是一個重要的過渡人。

他改變了斯密特時期阿斯麥花錢如流水的習慣，節省一切可節省的成本；調低公司生產計畫，將1988年預計生產80台機器調整到60台；在他任期內，阿斯麥實現首次盈利，雖然這只是一個意外。

1988年年底，成立不到2年的台積電的工廠被燒，台積電不得不向阿斯麥增訂了17台光刻機，這為阿斯麥帶來大筆營收。

特羅斯特對阿斯麥的另一個重大貢獻是，他主導阿斯麥研發了一款新產品：PAS 5500。這台機器能同時滿足美國市場、日本市場不同客戶的需求；還能像積木一樣，進行模塊化的組裝，並且適應、加載未來5年內的新技術。

PAS 5500項目後來成為阿斯麥第一款有行業影響力的產品，但PAS 5500仍差一點將阿斯麥拖垮。

這個項目需要50名工程師共同進行研發。此外，還要對生產、物流、服務部門進行改造。而從1984年成立開始，阿斯麥銀行賬戶上常常只有5位數現金，需要支出的錢是卻賬戶餘額的十倍。

阿斯麥需要客戶，需要錢。接任特羅斯特崗位的馬里斯，就是在這個時候出現的。

1990年年初，馬里斯剛剛接任時，來自飛利浦的阿斯麥員工們非常擔憂，這位新領導喜歡冥想、以避免衝突聞名。

他是否具備帶領阿斯麥打贏與廠商的能力？

事實證明，馬里斯身上的親和性正是阿斯麥所需要的。

比如拿下IBM訂單的那場漂亮仗。IBM很好看PAS 5500，並且它即將花 10億美元購入新的機器。兩家公司交流許久，阿斯麥本打算向IBM展示PAS 5500的10個子系統，再史無前例地將所有模塊組裝起來，形成一台光刻機，好一舉震住IBM，拿下訂單。

1991年，受國際形勢影響，IBM的美國員工無法乘坐飛機抵達荷蘭。這個訂單眼看要泡湯。

項目經理范登克林怒罵：「我們完蛋了，那些官僚不允許他們出差。」

阿斯麥用攝像機拍下預備向IBM展示的內容，然後通宵將視頻內容剪出來，第二天一早乘飛機前往位於紐約州阿蒙克市公司的IBM，試圖盡最後的努力拿下訂單。

IBM的人被紀錄片裡這台可拆解的機器震撼了，「可拆解光刻機」能幫IBM省一大筆錢，當光刻機的一個零部件壞了以後，他們不需要將整台機器停產維修。

阿斯麥如願簽下了這個10億美元的訂單。

馬里斯還擅長建立關係和溝通，為阿斯麥免於很多談判摩擦。他會去三星那裡，聽客戶公司剛滿25歲的員工抱怨機器問題，並竭力解決這些問題。

此外，馬里斯讓阿斯麥和其「物鏡系統」供應商蔡司的關係在1993-1998年得到長足發展。

「物鏡系統」是阿斯麥光刻機的核心零部件之一，蔡司的鏡頭直接影響光刻機產品的效果。

蔡司成立於1846年，是德國的光學儀器廠商。當蔡司原大客戶GCA因經營問題垮了以後，阿斯麥抓住機會成為蔡司該領域的大客戶。

但蔡司一直採用傳統手工生產，隨著阿斯麥對鏡頭精度的要求提高，產品質量不穩定、產能不足的蔡司鏡頭，逐漸成為阿斯麥光刻機產品的瓶頸。

1994年，岌岌可危的蔡司，終於決定對產線進行自動化改造時。為了不讓蔡司拖阿斯麥後腿，阿斯麥母公司飛利浦前後借給了蔡司3900萬美元改造產線。自此，阿斯麥與蔡司形成深度合作關係。

此後，當蔡司出現服務其他公司跡象時，馬里斯就會展現「外交才能」，要求蔡司只能向阿斯麥供貨。

阿斯麥還拿下蔡司半導體光學部門24.9%的股權。

與供應商和客戶建立了緊密聯繫的阿斯麥，在產品銷售上也取得長足進步。1993年，阿斯麥盈利1100萬美元；到1994年，其淨利潤超過2000萬美元。

1995年，阿斯麥終於在美國納斯達克和荷蘭的阿姆斯特丹交易所上市，從成立算起，歷時11年。

封神之戰

美國是半導體的發源地，從晶體管到微處理器，再到DRAM（一種半導體存儲器）和非易失性儲存器，都是美國公司的產物。

20世紀60年代和70年代初，美國一直是芯片市場的霸主。但到80年代，日本憑藉DRAM成功崛起。美國的光刻機產業隨著半導體主要市場的變化遭受重擊——GCA落寞，尼康壯大。

但美國並不願意拱手將光刻機市場讓出。

五角大樓的工作人員表示：「這是我們不能失去的東西，否則我們會發現自己要完全依賴海外製造者來指導對我們來說最敏感的東西。」

這種意識確實超前。

為了把最先進的技術留在美國，1997年，英特爾和美國能源部牽頭成立了的EUV LLc聯盟，希望能研發出EUV(極紫外線)光刻機，重拾半導體制霸權。

這個聯盟有美國能源部及其下屬三大國家實驗室，還有英特爾和摩托羅拉、AMD、IBM等科技公司。

美國人還需要挑選一個光刻機公司加入聯盟，尼康和AMSL都是不錯的備選。美國人顯然不可能選用崛起中的日本企業，給自己製造麻煩。

於是，較為弱勢的阿斯麥成功入夥。

作為回報，阿斯麥將替美國把光刻機龍頭的桂冠從尼康頭上摘下。

阿斯麥用了兩場戰役，徹底將尼康踩在腳下。

第一個關鍵的技術節點是：阿斯麥與台積電工程師林本堅合作，用後者推崇的「浸潤式光刻技術」突破固有的製程限制。

林本堅曾前往日本宣傳該技術，但尼康等廠商並沒有接受他的方案。當時市面上的光刻機都是干式的，沒有誰用液體做光刻機。

2004年，阿斯麥和台積電合作一年後，推出了第一台浸潤式光刻機樣機，波長能達到132nm，率先攻克芯片製程卡頓，並一舉拿下IBM和台積電等大客戶的訂單。

尼康雖然很快也推出了乾式微影光刻機產品，但其光源只能做到157納米，顯然阿斯麥更勝一籌。

到2007年，阿斯麥的光刻機市場份額已達到60%，首次超過尼康。

而真正讓阿斯麥封神的，還是獨門的EUV（極紫外線）光刻機。

這項技術的突破，離不開強大的盟友們。

EUV聯盟的幾百位科學家，發表了大量論文研究EUV技術。身處其中的阿斯麥，能最先瞭解EUV最新研發成果，也擁有美國最領先的半導體技術、材料學、光學以及精密製造等技術的優先使用權。

作為交換，美國政府擁有對阿斯麥生產的監管權限。這也是為何今天美國會對阿斯麥有巨大話語權的原因之一。

EUV聯盟在2003年認為理論工作已經完成，便在當年解散。所有的技術成果都由阿斯麥掌握，但直到2015年，阿斯麥才將EUV光刻機做到量產。

中間，因為美國頂級光源企業Cymer一直搞不定EUV所需光源的研發，阿斯麥就在2012年將該公司收購了，投入重金全力研發EUV所需的光源。

資金不足時，阿斯麥就從客戶手裡掏錢。

2012年，阿斯麥提出「客戶聯合投資計畫」，拿出25%的股份邀請主要客戶做聯合投資，股東將擁有優先訂貨權。

英特爾、三星、台積電三家公司湊了52.29億歐元，支持EUV光刻機的研發，分別拿下了15%、5%、3%的股份。

經過10年的研發，阿斯麥將EUV做到可量產，成為全球唯一一家具備推出光刻機產品的公司。

尼康其實也懂EUV技術，但直到現在，它的EUV光刻機只能在實驗室跑起來。

自此，阿斯麥穩穩成為半導體光刻機領域的霸主，無可撼動。

中國的光刻機之路還很長

2021年1月20日，阿斯麥公佈了2020年Q4和全年財報。

阿斯麥全年淨銷售總額為140億歐元，約合1100億元人民幣；淨利潤35.54億歐元，約合279.2 億元人民幣；毛利率48.6%。

要知道，2019年中芯國際的營收才201.79億元人民幣，淨利潤15.20億元人民幣，毛利率僅為20.6%。

2020年，阿斯麥全年共交付31台EUV光刻機，總價值354.29億元人民幣。

據接近阿斯麥的人士透露，阿斯麥的EUV光刻機(NXE3300)、(NXE3400)、(NXE3600)的價格分別在12.6億、13.41億、15.78億元人民幣左右。

比價高更讓人頭疼的，是沒有貨。

阿斯麥的EUV光刻機每年產能有限，到2021年，累計出貨量才剛突破百台。這些光刻機有一半在台積電手裡，另一半集中在英特爾、三星等大廠手中。三家公司2012年沒有白給阿斯麥投錢。

而中國大陸，沒有一台EUV。

光刻機有不同的製程，DUV（深紫外線）光刻機的光源波長為193nm，它可以幫助生產7nm及以上工藝的半導體芯片；但EUV（極深紫外線）光刻機的光源波長僅13.5nm，能生產7nm及以下工藝的半導體芯片。

蘋果的A14芯片和華為的麒麟9000芯片，採用5nm工藝製造。

中芯國際剛完成7nm技術的開發，要到2021年4月才可以進入風險量產；而擁有EUV光刻機的台積電，已經實現5nm芯片的量產，且2021年第一季度將進入3nm風險量產。

現在，中國大陸目前只有上海微電子（簡稱「上微」）能生產光刻機，其最先進的光刻機能生產90nm芯片，這種製程無法滿足當前手機、電腦等消費電子產品的需求。

據行業人士陳穰對市界透露：「目前上微的第一台193nm光源的浸沒式光刻機已經在安裝調試過程中，結合多重曝光工藝，有望實現最小28nm工藝芯片的生產。」

消息傳出後不久，2020年11月，阿斯麥就帶著7nm DUV光刻機亮相進博會，稱可以向中國出口7nm DUV光刻機，無需向美國申請。

但最先進的EUV光刻機，仍然不會向中國出口。

目前，中國正通過國家02「極紫外線光刻關鍵技術研究」項目，聯合多單位研發EUV光刻機。

與DUV光刻機相比，EUV光刻機製造的難度翻了數倍，內部零件多達8萬餘件，要兩架波音737的貨機才能運出來。光刻機有雙工作台、光源系統、曝光系統、浸沒系統、物鏡系統、光柵系統等核心組件，每個零部件研發起來都極為複雜。

光刻機最難的是光源、晶圓曝光台、對準系統和鏡頭。國產光刻機涉及幾十個學科的頂尖難題，需要將這些難題都鑽研一遍。同時還得找到頂級的供應商。

阿斯麥90%的零部件來自外部採購，但這些零部件都是阿斯麥和供應商共同研發的，專利在阿斯麥手上。

物鏡系統（鏡頭）是蔡司的，溫控、光路修正系統等軟件相關專利卻是阿斯麥的。沒有這些專利，即使國內廠商拿到蔡司的鏡頭，也沒法發揮蔡司鏡頭的功效。

陳穰告訴市界，「如果從飛利浦子公司開始算起，阿斯麥近40年時間，形成了1萬3000多項專利，並且不斷的收購，投資和合作開發，打造了整個光刻機的核心部件供應商體系。現在阿斯麥又與蔡司合作開發了全球最大真空腔實驗室，為未來1nm光刻機的量產做準備。」

頂級的光源，高精度的鏡頭和精密儀器製作技術是EUV光刻機三大核心技術，阿斯麥的光源來自收購的子公司Cymer；鏡頭來自深度綁定的蔡司；精密儀器則自身擁有多年的經驗和專利積累。

20世紀60年代，中國也曾研究過光刻機，但在「造不如買」思想下，放棄了光刻機領域的研發。

回顧阿斯麥成為霸主的過程：高遠的頂層規劃，困境中的自身堅持，以及市場和技術的平衡，萬中無一的運氣，這些因素缺一不可。

追趕成了中國的必選項，技術差距雖大，但星光猶在。

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