從“灰姑娘”變“掌上明珠”，ASML是如何上位的？

在《光刻技術的“鬼斧”之變》中，我們已經粗略地回顧了光刻機產業(yè)的發(fā)展史。在上世紀殘酷的光刻機淘汰賽中，1984 年最后登上光刻機舞臺的荷蘭光刻機公司 ASML（全稱 Advanced Semiconductor Material Lithography，先進半導體材料光刻公司），成為最后的勝利者。

直到今天，ASML 仍然是光刻機企業(yè)當中的翹楚，而且是世界上唯一能夠生產最先進 EUV 光刻機的制造商。這個被譽為半導體皇冠上明珠的 ASML，對于芯片制造產業(yè)來說到底有多重要呢？用 ASML 總裁彼得·溫寧克在 2017 年接受《天下》雜志專訪時說的一句話就是：

“如果我們交不出 EUV，摩爾定律就會從此停止?！?/p>

目前，摩爾定律的極限已實現 5nm 制程，接近 3nm、2nm 制程工藝，想要實現這一制程節(jié)點，就一定要用到荷蘭 ASML 的 EUV 光刻機。

2019 年，ASML 一共銷售了 229 臺光刻機，其中 EUV 售出 26 臺。即使每一臺的售價高達 1.2 億美元，卻依然是全球頂尖芯片制造商爭先訂購的搶手貨。所以，這 26 臺 EUV 光刻機的營收已經占到 ASML 全部營收的三分之一，預計隨著芯片制造商的換代升級，2025 年將增長到四分之三。

ASML 如何從飛利浦的一家不起眼的合資公司，成長為可以左右全球芯片產業(yè)格局的光刻機巨擘？到底是什么原因使得身處歐洲小國荷蘭的 ASML 取得如此巨大的成功，成為我們值得去回顧和學習的重要經驗。

兩次關鍵選擇，后進生 ASML 的艱難上位

如果了解光刻技術的發(fā)展史，你就會知道光刻技術的原理并不復雜，還在微米制程時代的芯片產業(yè)對于光刻機的要求并不高。七十年代那個時候，就連英特爾也能買來各種零件，自己組裝光刻機。

不過，光刻機的專業(yè)化很快成為主流趨勢。

（尼康 1980 年推出的光刻機 NSR-1010G）

在八十年代初，占據光刻機主要市場的還是美國的 GCA、日本的尼康。1980 年，尼康推出了商用的步進式光刻機 Stepper，隨后逐漸取代 GCA，成為 80 年代光刻機產業(yè)的翹楚。

1984 年，ASML 由荷蘭飛利浦公司與一家荷蘭芯片設備代理商 ASMI 合資成立，此后就一直專注從事光刻機設備的研發(fā)和生產。

ASML 雖然有飛利浦的背景，但并沒有含著金鑰匙出生。成立之初，ASML 只有 31 名員工，辦公地點也僅是飛利浦總部外面空地上的一排簡易廠房，這些至今被人們當做 ASML 傳奇的開篇而津津樂道。當時，ASML 面臨自身技術落后、市場競爭激烈、資金不足等諸多難題。

不過，ASML 一開始就本著“初生牛犢不怕虎”的勁頭，成立第一年就克服種種技術困難，推出了第一代的步進式掃描光刻機 PAS2000，獲得了市場初步認可，也讓 ASML 得以生存下去。

（ASML 步進式光刻機 PAS 2500）

在 20 世紀 90 年代，ASML 憑借持續(xù)的產品改進和出色的銷售能力，終于在光刻機市場站穩(wěn)了腳跟。直到 1995 年，ASML 在美國的納斯達克和荷蘭阿姆斯特丹交易所同時成功上市，并且從飛利浦回購全部的股份，實現了完全獨立，也獲得了充裕的資金讓公司加速發(fā)展。

十年生長，十年蓄力。冉冉升起的 ASML 終于有了挑戰(zhàn)強勁對手尼康的機會。此時，一次有關光刻技術路線的選擇，成為決定 ASML 和尼康此后成敗的關鍵點。

90 年代末，受制于干式微影技術的限制，摩爾定律的延續(xù)被卡在光刻機的 193 納米的光源波長上面。尼康選擇走穩(wěn)健路線，繼續(xù)自己在干式微影技術的優(yōu)勢，繼續(xù)開發(fā) 157 納米的 F2 激光光源。

（臺積電工程師林本堅）

而當時處于落后位置的 ASML 則決定賭一把，采用了一種被稱作“浸潤式光刻”的技術方案。這一方案由在臺積電的工程師林本堅在 2002 年提出，他在拿著這項“浸潤式光刻”技術方案，幾乎游說了全球所有光刻機廠商之后，最終只打動了后進生 ASML。

2004 年，經過雙方一年的通力合作之后，ASML 全力趕出了第一臺浸潤式光刻機樣機，并先后拿下 IBM 和臺積電等大客戶的訂單。雖然尼康很快推出了干式微影 157 納米的產品，但和已經實現 132 納米波長技術的 ASML 相比，已然落后一程。

2007 年，ASML 拿到 60%的光刻機市場份額，首次超過尼康。而下一次，ASML 在 EUV 光刻技術的突破，則將尼康遠遠甩在后面，再無還手之力。

這次機會還得從 1997 年英特爾和美國能源部牽頭成立的 EUV LLC 聯盟說起。當時，同樣為攻克 193 納米光源的限制，英特爾寄希望在更為激進的 EUV 光源上。

由于這項技術的研究難度極高，英特爾聯合美國能源部及其下屬三大國家實驗室：勞倫斯利弗莫爾國家實驗室、桑迪亞國家實驗室和勞倫斯伯克利實驗室，還有摩托羅拉、AMD、IBM 等科技公司一同來研究 EUV 光刻技術。

（極紫外光刻機內部結構）

EUV LLC 聯盟還需要從尼康和 AMSL 這兩家當時發(fā)展最好的光刻機企業(yè)中，挑選一家加入聯盟。經過一番博弈，美國最終選中了后進生 ASML 加入 EUV 聯盟。

ASML 由此獲得了美國最領先的半導體技術、材料學、光學以及精密制造等相關技術的優(yōu)先使用的資格，同時 ASML 也將自己的生產、接受監(jiān)管的權限交給了美國政府。

2003 年 EUV LLC 聯盟解散時，其使命已經完成。6 年時間里，EUV LLC 的研發(fā)人員發(fā)表了數百篇論文，大幅推進了 EUV 技術的研究進展，證明了 EUV 光刻技術的可行。這些成果讓聯盟成員的 ASML 占得先機。

但是研制出一臺真正的 EUV 光刻機則并不容易，最終能否研制成果也還存在著巨大的不確定性。從 2005 年到 2010 年，ASML 花費 5 年時間，跨越了資金、技術等諸多難題，才終于生產出第一臺型號為 NXE3100 的 EUV 光刻機，并交付給臺積電投入使用。

（ASML 最新 EUV 光刻機 TWINSCAN NXE3400C）

接下來，整個高端光刻機領域就成了 ASML 的獨角戲。此后幾年經過一系列技術并購和升級，ASML 又在 2016 年推出首臺可量產的最先進 EUV 光刻機 NXE3400B 并獲得訂單，從 2017 年第二季度起開始出貨，售價約為每臺 1.2 億美元，成為臺積電、三星、英特爾等排隊搶購的爆款設備。

從 1997 年到 2010 年，ASML 歷經 13 年時間，終于成為了光刻機產業(yè)的“頭號玩家”。2010 年至今，ASML 更是所向披靡，牢牢占據高端 EUV 市場的技術高地，至今再無對手。

創(chuàng)新視野和變革勇氣，ASML 后發(fā)制人的根底

從 ASML 數次關鍵選擇中，我們既能看到外在機遇的青睞，也能看到其自身所具有的特質。正是 ASML 從無到有，從弱到強的發(fā)展過程中，保持了靈活性、創(chuàng)新性以及敏銳的戰(zhàn)略眼光與勇敢投入，才使其能夠在勁敵環(huán)伺的光刻機產業(yè)當中生存壯大。

今天來看，ASML 的發(fā)展過程可以分為三個階段：1894 年誕生到 1995 年上市的生存發(fā)展期，1995 年到 2007 年的逆襲趕超期，2007 年至今的領先稱霸期。

在第一個階段，缺錢一直是 ASML 發(fā)展的瓶頸。1988 年，ASML 進軍中國臺灣市場時，曾經因為兩位老東家的撤資一度瀕臨破產。幸好后來時任 CEO 的 Smit 向飛利浦董事會“化緣”了 1 億美元，才幸運度過了難關。靠著這筆救命錢，ASML 在中國臺灣市場站穩(wěn)腳跟。隨后幾年 ASML 步進式掃描光刻機的熱銷扭虧為盈，度過了艱苦創(chuàng)業(yè)的十年歲月。

在第二個階段，上市之后的 ASML 一定程度解決了資金困境，而兩次關鍵的選擇，則幫助其完成了對尼康的逆襲。

在加入美國能源部主導的 EUV LLC 聯盟的過程中，除了英特爾的從中牽線以及美國政府對于日本半導體產業(yè)的忌憚和對尼康的不信任這些外在因素，ASML 的積極斡旋和主動示好，才是其能進入美國核心技術領地的關鍵。

ASML 當時做了兩件事情，一是愿意出資在美國建廠和研究中心，二是保證 55%的原材料都從美國采購，相當于無條件“投誠”美國，終于換來美國政府的信任。

當然，ASML 所在的國家荷蘭，因為本身的地緣位置和國家實力，使得美國政府不用過于擔心核心技術被 ASML 掌握而無法控制的局面。而 ASML 的全球化的戰(zhàn)略視野以及靈活性的合作政策，也是其能獲得美國信任的關鍵。

而在浸潤式光刻技術路線的選擇上，則更能看出作為后進生的 ASML 的靈活、務實和敢于嘗鮮的勇氣，明智地選擇了浸潤式光刻技術，反而是過于強調自主研發(fā)的尼康，敗在了路徑依賴的大企業(yè)的窠臼當中。

第三階段，由于在加入 EUV LLC 聯盟后獲得了 EUV 技術的研究成果，取得市場領先的 ASML 又全力投入到 EUV 光刻機的研發(fā)上面，成為引領光刻機發(fā)展方向的那只“頭雁”。

為突破技術難題，ASML 又聯合了 3 所大學、10 個研究所、15 家公司，開展“More Moore”項目，著力進行技術攻堅。

為解決資金困境，ASML 在 2012 年提出一項“客戶聯合投資計劃”（CCIP），也就是 ASML 的客戶可以通過注資，成為股東并擁有優(yōu)先訂貨權。這一計劃立刻得到芯片制造行業(yè)的三巨頭英特爾、臺積電和三星的響應，一共投入數十億歐元支持 EUV 光刻機的研發(fā)。

這一舉措無疑實現了雙贏的局面。ASML 將研發(fā)資金的壓力轉移了出去，讓頭部客戶為 EUV 光刻技術研發(fā)買單；同時又確保了客戶對先進光刻技術的優(yōu)先使用權和股權收益。至此 ASML 與其大客戶形成了一個利益共同體，共擔風險，共享回報，維持了 EUV 光科技術的穩(wěn)步迭代。

（賽迪智庫整理：ASML 上下游產業(yè)鏈）

ASML 的成功，還離不開一直以來對于上游產業(yè)鏈的持續(xù)投資并購，來構建完整的上游供應鏈，以攫取技術上的領先優(yōu)勢。

2001 年收購美國光刻機巨頭硅谷集團（SVGL），獲得當時新一代 157nm 激光所需的反折射鏡頭技術，推動了市場份額快速提升。2007 年，其收購美國 Brion 公司，又奠定其光刻機產品整體戰(zhàn)略的基石。

在 CCIP 計劃之后，ASML 又收購了全球領先的準分子激光器廠商 Cymer，獲得了 EUV 最需要的先進光源技術；此后又收購了電子束檢測設備商 HMI，以及入股了光學鏡頭領頭的卡爾蔡司。由此 ASML 構建起完整的上游供應鏈，獲得了布局 EUV 光刻機的領先技術。

此外，就是 ASML 在研發(fā)上面不惜重金投入，并且依托自身資源和技術積累，與眾多研究機構、學校和外部技術合作伙伴一起，建立了一個巨大的開放式研究機構，共享全球前沿技術知識和能力。

在研究合作上面，ASML 與卡爾蔡司、Cadence 建立長期合作，與世界著名研究創(chuàng)新中心 IMEC 展開 EUV 光科技術的合作。

在研發(fā)投入上面，ASML 近五年的研發(fā)投入都保持在營收的 13%-20%之間，其中，2019 年度，阿斯麥投入了 20 億歐元用于技術研發(fā)，占到凈銷售額（118.2 億歐元）的 16.9%。

正是在 ASML 不斷地研發(fā)投入、積極向外尋求資金、研發(fā)技術支持，并且?guī)酉掠慰蛻艄餐顿Y參與，才最終推動了 EUV 技術的研發(fā)進程，成為全球唯一一家能夠設計和制造 EUV 光刻機設備的獨家壟斷者。

光刻機的“窄道”，ASML 的成功難以復制？

光刻機技術發(fā)展到今天 EUV 時代，已經進入一個全球化高度分工、前沿技術高度聚集、資本高度密集，甚至政治化高度博弈的局勢。

首先，ASML 早期的成功得益于荷蘭半導體產業(yè)的基礎實力和產業(yè)開拓者前瞻性視野的支持。ASML 的技術基礎來源于飛利浦的光刻設備研發(fā)部門，從 1971 年起飛利浦就開始了透鏡式非接觸光刻設備的研發(fā)。ASML 能成立的另一原因，就是另外一個投資公司 ASMI 的傳奇創(chuàng)始人，也是荷蘭半導體設備開創(chuàng)者的 Arthur Pardo。

（ASMI 傳奇創(chuàng)始人 Arthur del Prado）

極富戰(zhàn)略眼光的 Parodo 和從威廉·肖克利實驗室里離開創(chuàng)業(yè)的 Dean Knapic 相識，獲得了在歐洲開拓半導體市場的機會。連同先進的硅晶體制造工藝帶回來的，還有就是硅谷的創(chuàng)業(yè)精神。

（威廉·肖克利和 Dean Knapic<右一>在 Shockley 半導體實驗室工作）

當時，由于成本高昂，技術問題等原因，飛利浦計劃要關停光刻設備研發(fā)小組。正是在 Arthur Rrado 的堅持游說下，飛利浦才同意與 ASMI 成立合資公司，ASML 才得以誕生。

其次，光刻機產業(yè)就是一個天然趨向壟斷性的產業(yè)。由于高端光刻機的研發(fā)投入巨大、技術難度極高，而需求市場又僅限于為數不多的芯片制造企業(yè)。一旦某家企業(yè)提前實現技術突破和穩(wěn)定量產，就會產生“贏家通吃”的局面，拿到下游芯片廠商的絕大多數訂單，而落后者幾乎再無能力實現技術突破。

第三，ASML 的壟斷也有著商業(yè)上的現實原因。事實上，主要半導體企業(yè)英特爾、IBM、三星等也曾想嘗試扶持一家硅谷光刻機廠商來制約 ASML，但最終以慘敗收場。技術壁壘和有限的市場需求，決定了光刻機產業(yè)只需要一個高端光刻機供應商即可。如果同時并存兩家或多家高端光刻機供應商，只會因為激烈的價格競爭而導致兩敗俱傷，延緩整個半導體產業(yè)的升級速度。

另外，ASML 已經與上下游產業(yè)鏈，形成了穩(wěn)定的利益共同體。特別是 CCIP 計劃的提出，以接受股東注資的方式引入英特爾、三星、臺積電等全球半導體巨頭作為戰(zhàn)略合作方，并給予股東優(yōu)先供貨權，從而結成緊密的利益共同體，在共享股東先進科技的同時降低自身的研發(fā)風險。這種利益共享，風險共擔的方式更加鞏固了 ASML 無可替代的壟斷地位。

最后，ASML 的長期發(fā)展，還得益于荷蘭自身的外向型經濟的區(qū)位優(yōu)勢，涵蓋能源、機械制造、電子、船舶等發(fā)達工業(yè)體系，以及重視科研、教育和技術創(chuàng)新的基礎條件。這些帶給 ASML 優(yōu)渥的技術設備優(yōu)勢、人才優(yōu)勢和開放性的外貿環(huán)境優(yōu)勢。

當然，除了自身優(yōu)勢之外，ASML 的成功自然離不開整個西方半導體產業(yè)的扶持，美國政府和投資機構在其中扮演著至關重要的角色。在美國主導的《瓦森納協議》體系和美國投資機構、核心技術研發(fā)等方面的制約下，ASML 嚴格來說是一家同時受美國扶持和默許其“壟斷地位”的企業(yè)。

所以，ASML 的成功，本質上既是一場荷蘭半導體產業(yè)創(chuàng)新突圍的結果，完成一次從小到大，從弱到強的蝶變過程；又是 ASML 享受全球科技高度分工的結果，成為全球如此復雜的光刻技術鏈的整合者角色；同時也源于以美國為首的科技霸權的一次“合謀”的結果，ASML 以其開放、合作的運營機制，充當其半導體上游高端設備鏈供應者的角色。

因此，ASML 能夠成就今天的光刻機霸主地位集合了復雜的商業(yè)、技術、政治的因素。ASML 的成功，對于我國的光刻機產業(yè)的發(fā)展來說，也就既有借鑒意義，也有難以復制的關鍵因素。而具體有何可以學習之處，我們留待未來再討論。