ASML与 EUV光刻机的门槛

（来源：李翔李翔）

终于找时间把写荷兰光刻机巨头 ASML（阿斯麦）的书《芯片制造：光刻巨头 ASML 传奇之路》读完。也是很巧，12 月 18 日，路透社发了一篇报道说，中国在深圳建造出了一台极紫外（EUV）光刻机原型机。

报道说，这是中国的“曼哈顿计划”。此前全世界只有荷兰公司 ASML 有能力生产出 EUV 光刻机。《环球时报》的社评说，一些国家认为，这是西方技术领先的“最后堡垒”。

1. ASML 是 怎么成功的

ASML 是1984 年由飞利浦参与创办的一家公司。飞利浦的早期支持对 ASML 很重要。书里说，1985 年芯片行业下滑，老牌光刻机制造商普遍受到打击，但是在飞利浦以及荷兰政府的支持下，ASML 反而做了逆周期投入。

飞利浦这家公司很神奇，除了曾经支持成立了 ASML 之外，1987 年飞利浦还参与投资了芯片代工巨头台积电，占了 28% 的股份。当时飞利浦提出的条件就是希望台积电能够引入 ASML 的光刻机。不过，到 2006 年时，飞利浦彻底退出了芯片市场。

ASML 最开始在光刻机市场表现出竞争力是因为 DUV 光刻机。这种技术简单而言就是，通过“在镜头和晶圆之间保留一层薄薄的纯净水…在镜头和晶圆之间加水后，光刻机能打印出更精细的芯片。”这种技术被称为浸没式光刻。这也是今天被封锁了 EUV 技术之后，中国更多采用的光刻技术。

正是凭借着 DUV 光刻技术，ASML 开始把日本的佳能和尼康甩在身后。

不过，让ASML 成为光刻机行业当之无愧的龙头的是 EUV （极紫外光）光刻技术。这项技术的研究是一个全球协作的过程。1998 年，ASML 与蔡司合作，成立了极紫外光刻研究联盟Euclides。1999年，欧洲和美国的极紫外光刻研究团队开始联手进行合作。

当时美国公司 SVG 持有极紫外光刻技术的许可证，而尼康和佳能申请许可时遭到美国国会的坚决反对，因为国会不允许日本公司从美国纳税人的钱中获利——当时还是日本在威胁美国经济全球领先地位的时刻。而ASML 在 2001 年16 亿美金收购 SVG ，拥有了 EUV 许可证。

然后，因为美国外国投资委员会又对技术流失高度警惕，结果ASML 逐渐形成了对 EUV 技术 的实际垄断。当然 ，EUV 技术只是当时高端光刻机技术路线之一。可能其他公司也没有觉得那么必要去一再争取。

到了2008 年时，再次发生经济危机，芯片行业又一次来到调整期。这时日本竞争对手开始减少或者暂停对光刻机技术的投资，而 ASML 又一次选择了逆周期投资。

ASML 也一度面对资金压力。结果是，ASML 在 2012 年 7 月通过向公司的三大客户开放股份，获得了用于研究 EUV技术所需的资金。这个计划被称为“三个火枪手”：英特尔投资 33 亿欧元，获得了 15% 的股份；台积电和三星也跟进投资约 10% 的股份。但是这三家公司只是出资，并没有投票权。实际控制权仍然保留在 ASML 管理层手中。

2017 年，ASML向台积电交付了首台商用 EUV 光刻机，EUV 光刻技术得到了验证。之后， ASML 成为了全世界唯一一家能够生产出 EUV 光刻机的公司，形成了事实上的垄断。

日本光刻机企业是因为美国对技术的限制而没能获得 EUV 技术，美国企业呢？作者说，原因是当时英尔特作为芯片行业领导者，在高端芯片生产方面一直采取规避风险策略。结果美国光刻设备制造商为了和最大客户保持一致，也没有去投入设计高端光刻机。这就把 EUV 光刻机技术，以及亚洲的客户台积电和三星，都留给了 ASML。

简单而言，ASML 成为今天光刻机市场的绝对领导者：一个原因是荷兰作为美国的忠实盟国，可以获得 EUV 光刻技术的使用权；第二个更重要的原因是，ASML 一直在进行逆周期投资，使得它在 EUV 光刻技术上率先实现了商用，并且取得事实上的垄断。

2.光刻机的门槛

那么做出一台光刻机的门槛在什么地方？

其实看到书里的一些描述，我认为中国是完全有可能造出光刻机的。因为作者一直把光刻机视为一项工程奇迹，而中国人攻克工程是没有问题的。

作者说：“ASML把光刻机的设计拆解成不同的部分，为每个人分配一个特定的部分，然后进行大量的绘图和计算，且不断进行讨论和协调。这是硬核工程的巅峰，代表了工程序的最高水平和最先进的实践。”

“光刻机需要同时处理极高的机械力量和原子级的精度，这种组合需要非常精细的控制。整个光刻机的运作由软件控制，以确保所有部件协同工作。光刻机还需要强大的计算能力来算出反射镜的精确定位，以及一系列传感器不断监控反射镜的行为和状态，确保生产出的芯片图像质量稳定……完整的光刻机结构令人惊叹，高达2 层楼，装备了大量的高科技部件和系统。”

真正形成门槛的是 ASML 的供应商网络。可以说ASML已经不是一家公司，而是一个紧密协作的网络。ASML 的灵魂人物马丁·范登布林克说：“我们这里什么都不制造…ASML 只组装光刻机，而零部件由众多供应商负责提供。”这句话没说的是供应商和这家公司的互相依赖关系。

ASML 对于光刻机关键部件的策略是单一采购，也就是核心部件只有一家供应商，而不是像传统采购策略，让不同供应商之间竞争，以此降低成本和风险。ASML 的目的是为了减少供应商数量，保持灵活性；同时，因为彼此之间的深度合作和信任，供应商实际上成了公司的共同开发者。

为了确保供应商的可靠和稳定，ASML团队会对供应商进行详细跟踪和记录，每个供应商都有内部对接人，一旦供应商出现问题，ASML会立即派人去帮助解决。比如一家荷兰供应商因产能问题陷入困境，ASML立刻从美国空运设备过来，以保证供应商正常运转。再比如，2021 年一家关键的机电一体化组件供应商反复出现问题，ASML坚持这家公司必须更换管理层。

如果供应链公司出现资金问题，ASML会通过投资来帮助供应商解决。在必要时，ASML也会收购供应商，以获得更多控制权。比如有一家供应商 Cymer 无法提供能让 EUV 机器正常工作的光源， ASML 就是将其收购，然后继续推进研究。

ASML 的第二道重要门槛是沉淀在公司中的隐性知识。“ASML 工程师之间的合作本身就像一台难以捉摸的机器。”

书里面说，2022 年夏天时，美国国防部副部长徐若冰问ASML的CEO彼得·温宁克，中国客户能否直接拆开 ASML 的光刻机然后复制——也就是通过逆向工程开发的方式造出光刻机，中国人特别擅长通过这种方式来实现后发追赶。

温宁克当时的回答是：不可能。因为，“硬件只是 ASML 机器的基础。如何将所有这些部件组合在一起，才是真正的奥秘所在。没有 ASML 专家的专业知识，中国客户根本不可能复制这些机器。”

“ASML 的知识涉及大量不同的环节，既包括内部环节，也包括供应商网络内的环节。光刻机的设计、生产和操作等各个层面都很复杂，仅仅依靠一张蓝图无法交付一台正常运行的机器，也没有一个人对这些机器的所有工作原理都了如指掌。”就连公司的灵魂人物马丁·范登布林克也不行。

这种隐性知识的不断发展和积累，依赖的是ASML 通过开放的创新文化建立的庞大的知识网络。

所以，在 ASML 内部对于光刻机图纸和技术数据并没有刻意去做保密，这样做的目的是便于客户、合作伙伴公司和研究机构之间的自由开放交流。ASML 相信，通过信息的自由流动和开放交流，公司缺乏的专业知识可以很快被发现并且弥补掉。

因此，建造 EUV光刻机的门槛，一是供应商网络，这个供应商网络本身就是一张创新网络，创新能力和技术不是仅仅沉淀在 ASML 一家公司身上，而是在一张网络中。

所以 ASML 其实是反对对中国的技术封锁的，除了中国的芯片制造公司本身是客户之外，还因为“在 ASML看来，这个行业依赖于全球化，具有脆弱的供应链与复杂的技术。这个芯片世界的核心在于具备互相信任、稳固合约与活力的自由市场。”

第二个门槛是隐性知识。用作者的话说，EUV光刻机是世界上最复杂的机器，“设计机器并不像设计一个静态实体那样，只需要一张好的蓝图即可。相反，整个过程如同培养一个生命有机体，需要不断克服技术上的难点，并根据变化的情况进行调整…在微观层面，没有一个部件是完全相同的，没有两台电机的运行速度完全一致。材料会振动，气体会释放，部件受热会膨胀，每一粒飘浮旋转的尘埃、每一个孔或螺钉纳米级的差别都会对机器造成影响。”

《芯片制造：光刻巨头 ASML 传奇之路》（Focus : The ASML Way）