中國芯片業(yè)為什么搞不過一家荷蘭公司

荷蘭光刻機巨頭阿斯麥（ASML）1月20日發(fā)布了2020年Q4和全年財報，這位世界光刻機霸主去年共出貨了31臺EUV光刻機，中國大陸由于種種原因沒有買到其中任何一臺。

　　有人說阿斯麥是唯一一個能讓臺積電折腰的公司，這一點也不夸張。阿斯麥所生產(chǎn)的光刻機，是半導體工廠生產(chǎn)芯片的最關(guān)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(jīng)，某上市公司的光刻機出問題后，排了3年隊才等到阿斯麥的工程師。結(jié)果阿斯麥的工程師們來了一看說，放太久了，與其維修，還不如買一臺翻新的二手機，才2000多萬美元。就是這么牛氣。

　　阿斯麥脫胎于飛利浦，到成立時一臺光刻機都沒有賣出去，是行業(yè)倒數(shù)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(jīng)常只有5位數(shù)余額。

　　克服種種困境后，它的幸福也來得很快。成立11年后上市，隨后被美國最強大的科技聯(lián)盟之一選中入伙，和英特爾等公司深度綁定。阿斯麥拿著客戶的錢，研發(fā)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。

　　了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。

　　01 被扔出飛利浦

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

　　芯片制造的曝光-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(chǎn)半導體芯片最重要的設備之一。

　　飛利浦相信，隨著芯片行業(yè)蓬勃發(fā)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(jīng)濟衰退，出現(xiàn)經(jīng)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，荷蘭的半導體設備制造商ASM國際公司出現(xiàn)了。

　　ASM的首席執(zhí)行官德爾·普拉多一直很希望和飛利浦這家巨頭搭上關(guān)系，曾數(shù)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，善于利用機會，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，雙方各占50%股份。

　　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臺光刻機和其他庫存后，飛利浦只給阿斯麥賬戶轉(zhuǎn)了30萬美元。

　　當時，光刻機市場有10個玩家，既有占據(jù)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(yè)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(shù)，卻根本不知道該用光刻機做什么。

　　從飛利浦調(diào)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(nèi)，收拾行李重回飛利浦懷抱。

　　阿斯麥的首任首席執(zhí)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(shù)領(lǐng)先時代，其對準技術(shù)非常先進，“電動晶圓臺”會成為阿斯麥獨有的賣點。

　　只要再具備優(yōu)秀的光學元件，阿斯麥就可以創(chuàng)造出世界級的產(chǎn)品。對準技術(shù)、晶圓臺、光學鏡頭三大零部件，未來也將成為阿斯麥產(chǎn)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(shù)目就會增加一倍，這就需要生產(chǎn)芯片的光刻機保持迭代。

　　更妙的是，當時正值半導體行業(yè)技術(shù)變革期，制造商正尋求從大規(guī)模集成電路（LSI）向超大規(guī)模集成電路（VLSI）轉(zhuǎn)變，光刻機也將迎來一次大的技術(shù)更迭。

　　斯密特相信，只要能在兩年內(nèi)制造出一臺滿足制造商需求的新設備，阿斯麥就可以實現(xiàn)彎道超車，成為行業(yè)內(nèi)第一。

　　畢竟，在新技術(shù)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。

　　02 連工資都發(fā)不出來了

　　1984年，阿斯麥開始研發(fā)這款承載了公司所有希望的產(chǎn)品：PAS 2500。

　　斯密特初步估計，它需要1億美元研發(fā)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，就相當于拿到了母公司飛利浦的站臺。

　　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日前交付第一臺PAS 2500。Elcoma高管表示，“不能晚一天，否則，我就會選擇尼康?！?/p>

　　二十世紀八十年代，尼康迅速崛起，相較于美國光刻機龍頭GCA，尼康的光刻機性能更穩(wěn)定。1982年時，GCA還在日本市場占有95%的市場份額，到1983年已經(jīng)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(chǎn)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，分別交付一臺PAS 2500。研發(fā)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(chǎn)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月新年后，PAS 2500依舊沒有組裝完成，并預計要到5月才能完成研發(fā)。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(fā)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(guī)定期限內(nèi)交付了兩臺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臺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(jié)果得到參會同行們的一致回答：“最好的光刻機產(chǎn)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，可阿斯麥的日子并沒有因此變得好過。

　　原因是太窮。

　　1984年至1987年3年間，整個光刻機行業(yè)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(xù)出局。

　　昔日光刻機龍頭GCA瀕臨破產(chǎn)，已經(jīng)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。

　　行業(yè)動蕩影響了阿斯麥。

　　1986年，本預定了阿斯麥一半訂單的美國半導體公司AMD，在最后關(guān)頭撕毀合同，讓阿斯麥創(chuàng)紀錄地虧損超過1400萬美元。

　　次年，光刻機行業(yè)低價傾銷、產(chǎn)能過剩，阿斯麥還不得不降價銷售產(chǎn)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(zhí)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(yè)第一所要承受的。

　　付錢的人和花錢的人沖突越來越大，普拉多反復說“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(jié)束后離開了阿斯麥；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(fā)工資的錢都沒有了。一度連續(xù)三個月臨發(fā)工資時，阿斯麥的財務總監(jiān)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。

　　03 轉(zhuǎn)機出現(xiàn)

　　斯密特雖然為這家公司注入了成為行業(yè)第一的夢想和不計成本追求產(chǎn)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(zhuǎn)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(fā)現(xiàn)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(jié)省一切可節(jié)省的成本；調(diào)低公司生產(chǎn)計劃，將1988年預計生產(chǎn)80臺機器調(diào)整到60臺；在他任期內(nèi)，阿斯麥實現(xiàn)首次盈利，雖然這只是一個意外。

　　1988年年底，成立不到2年的臺積電的工廠被燒，臺積電不得不向阿斯麥增訂了17臺光刻機，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(fā)了一款新產(chǎn)品：PAS 5500。這臺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，并且適應、加載未來5年內(nèi)的新技術(shù)。

　　PAS 5500項目后來成為阿斯麥第一款有行業(yè)影響力的產(chǎn)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(fā)。此外，還要對生產(chǎn)、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(shù)現(xiàn)金，需要支出的錢是卻賬戶余額的十倍。

　　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(xiàn)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(lǐng)導喜歡冥想、以避免沖突聞名。

　　他是否具備帶領(lǐng)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。

　　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(jīng)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(nèi)容，然后通宵將視頻內(nèi)容剪出來，第二天一早乘飛機前往位于紐約州阿蒙克市公司的IBM，試圖盡最后的努力拿下訂單。

　　IBM的人被紀錄片里這臺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后，他們不需要將整臺機器停產(chǎn)維修。

　　阿斯麥如愿簽下了這個10億美元的訂單。

　　馬里斯還擅長建立關(guān)系和溝通，為阿斯麥免于很多談判摩擦。他會去三星那里，聽客戶公司剛滿25歲的員工抱怨機器問題，并竭力解決這些問題。

　　此外，馬里斯讓阿斯麥和其“物鏡系統(tǒng)”供應商蔡司的關(guān)系在1993-1998年得到長足發(fā)展。

　　“物鏡系統(tǒng)”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(chǎn)品的效果。

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

　　但蔡司一直采用傳統(tǒng)手工生產(chǎn)，隨著阿斯麥對鏡頭精度的要求提高，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定、產(chǎn)能不足的蔡司鏡頭，逐漸成為阿斯麥光刻機產(chǎn)品的瓶頸。

　　1994年，岌岌可危的蔡司，終于決定對產(chǎn)線進行自動化改造時。為了不讓蔡司拖阿斯麥后腿，阿斯麥母公司飛利浦前后借給了蔡司3900萬美元改造產(chǎn)線。自此，阿斯麥與蔡司形成深度合作關(guān)系。

　　此后，當蔡司出現(xiàn)服務其他公司跡象時，馬里斯就會展現(xiàn)“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(quán)。

　　與供應商和客戶建立了緊密聯(lián)系的阿斯麥，在產(chǎn)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，其凈利潤超過2000萬美元。

　　1995年，阿斯麥終于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。

　　04 封神之戰(zhàn)

　　美國是半導體的發(fā)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(chǎn)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，日本憑借DRAM成功崛起。美國的光刻機產(chǎn)業(yè)隨著半導體主要市場的變化遭受重擊——GCA落寞，尼康壯大。

　　但美國并不愿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(fā)現(xiàn)自己要完全依賴海外制造者來指導對我們來說最敏感的東西?！?/p>

　　這種意識確實超前。

　　為了把最先進的技術(shù)留在美國，1997年，英特爾和美國能源部牽頭成立了的EUV LLC聯(lián)盟，希望能研發(fā)出EUV(極紫外線)光刻機，重拾半導體制霸權(quán)。

　　這個聯(lián)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(lián)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(yè)，給自己制造麻煩。

　　于是，較為弱勢的阿斯麥成功入伙。

　　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(zhàn)役，徹底將尼康踩在腳下。

　　第一個關(guān)鍵的技術(shù)節(jié)點是：阿斯麥與臺積電工程師林本堅合作，用后者推崇的“浸潤式光刻技術(shù)”突破固有的制程限制。

　　林本堅曾前往日本宣傳該技術(shù)，但尼康等廠商并沒有接受他的方案。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，阿斯麥和臺積電合作一年后，推出了第一臺浸潤式光刻機樣機，波長能達到132nm，率先攻克芯片制程卡頓，并一舉拿下IBM和臺積電等大客戶的訂單。

　　尼康雖然很快也推出了干式微影光刻機產(chǎn)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(shù)的突破，離不開強大的盟友們。

　　EUV聯(lián)盟的幾百位科學家，發(fā)表了大量論文研究EUV技術(shù)。身處其中的阿斯麥，能最先了解EUV最新研發(fā)成果，也擁有美國最領(lǐng)先的半導體技術(shù)、材料學、光學以及精密制造等技術(shù)的優(yōu)先使用權(quán)。

　　作為交換，美國政府擁有對阿斯麥生產(chǎn)的監(jiān)管權(quán)限。這也是為何今天美國會對阿斯麥有巨大話語權(quán)的原因之一。

　　EUV聯(lián)盟在2003年認為理論工作已經(jīng)完成，便在當年解散。所有的技術(shù)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(chǎn)。

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

　　資金不足時，阿斯麥就從客戶手里掏錢。

　　2012年，阿斯麥提出“客戶聯(lián)合投資計劃”，拿出25%的股份邀請主要客戶做聯(lián)合投資，股東將擁有優(yōu)先訂貨權(quán)。

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

　　　　經(jīng)過10年的研發(fā)，阿斯麥將EUV做到可量產(chǎn)，成為全球唯一一家具備推出光刻機產(chǎn)品的公司。

　　尼康其實也懂EUV技術(shù)，但直到現(xiàn)在，它的EUV光刻機只能在實驗室跑起來。

　　自此，阿斯麥穩(wěn)穩(wěn)成為半導體光刻機領(lǐng)域的霸主，無可撼動。

　　05 中國的光刻機之路還很長

　　2021年1月20日，阿斯麥公布了2020年Q4和全年財報。

　　阿斯麥全年凈銷售總額為140億歐元，約合1100億元人民幣；凈利潤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，凈利潤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臺EUV光刻機，總價值354.29億元人民幣。

　　據(jù)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(chǎn)能有限，到2021年，累計出貨量才剛突破百臺。這些光刻機有一半在臺積電手里，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，沒有一臺EUV。

　　光刻機有不同的制程，DUV（深紫外線）光刻機的光源波長為193nm，它可以幫助生產(chǎn)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(chǎn)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，采用5nm工藝制造。

　　中芯國際剛完成7nm技術(shù)的開發(fā)，要到2021年4月才可以進入風險量產(chǎn)；而擁有EUV光刻機的臺積電，已經(jīng)實現(xiàn)5nm芯片的量產(chǎn)，且2021年第一季度將進入3nm風險量產(chǎn)。

　　現(xiàn)在，中國大陸目前只有上海微電子（簡稱“上微”）能生產(chǎn)光刻機，其最先進的光刻機能生產(chǎn)90nm芯片，這種制程無法滿足當前手機、電腦等消費電子產(chǎn)品的需求。

　　據(jù)行業(yè)人士陳穰對市界透露：“目前上微的第一臺193nm光源的浸沒式光刻機已經(jīng)在安裝調(diào)試過程中，結(jié)合多重曝光工藝，有望實現(xiàn)最小28nm工藝芯片的生產(chǎn)?！?/p>

　　消息傳出后不久，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(guān)鍵技術(shù)研究”項目，聯(lián)合多單位研發(fā)EUV光刻機。

　　與DUV光刻機相比，EUV光刻機制造的難度翻了數(shù)倍，內(nèi)部零件多達8萬余件，要兩架波音737的貨機才能運出來。光刻機有雙工作臺、光源系統(tǒng)、曝光系統(tǒng)、浸沒系統(tǒng)、物鏡系統(tǒng)、光柵系統(tǒng)等核心組件，每個零部件研發(fā)起來都極為復雜。

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

　　阿斯麥90%的零部件來自外部采購，但這些零部件都是阿斯麥和供應商共同研發(fā)的，專利在阿斯麥手上。

　　物鏡系統(tǒng)（鏡頭）是蔡司的，溫控、光路修正系統(tǒng)等軟件相關(guān)專利卻是阿斯麥的。沒有這些專利，即使國內(nèi)廠商拿到蔡司的鏡頭，也沒法發(fā)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，并且不斷的收購，投資和合作開發(fā)，打造了整個光刻機的核心部件供應商體系。現(xiàn)在阿斯麥又與蔡司合作開發(fā)了全球最大真空腔實驗室，為未來1nm光刻機的量產(chǎn)做準備?！?/p>

　　頂級的光源，高精度的鏡頭和精密儀器制作技術(shù)是EUV光刻機三大核心技術(shù)，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(jīng)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(lǐng)域的研發(fā)。

　　回顧阿斯麥成為霸主的過程：高遠的頂層規(guī)劃，困境中的自身堅持，以及市場和技術(shù)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(shù)差距雖大，但星光猶在。