每一次科技的进步，都将成为国际博弈的焦点。在经济制裁下，光刻机就成为这样一个焦点。一项科技的落地发展，除了科研能力外，也许更重要的是企业的整合能力和未来长远发展的洞察力。
美国为什么在科技上那么强大，就在于它有强大的科技实力和最先进的商业模式，而这，其实还是很大程度上为荷兰光刻机做了嫁衣，但最终美国也极大程度上拥有了对对荷兰光刻机ASML的控制权，也最终用此作为限制中国半导体行业发展的卡脖子技术。
蓝裕文化工业旅游规划设计院了解到，荷兰ASML是光刻机行业的绝对统治者，从飞利浦支持下发展壮大，助推蔡司变革生产线，助力台积电奠定王者地位，打败尼康佳能，并通过商业运作搞定美国EUV技术，最终才成为霸主。当然，这后面庞大的投资，也是一般企业难以想象的，这需要国家和多个行业的协力合作，绝非易事。
一、光刻机到底比原子弹难在哪？
因为这两年卡脖子问题十分突出，越来越多的普通中国人都知道了光刻机这个东西。但听过光刻机这个词，不代表真正了解它。很多人说，当年咱们那么穷，都造出了原子弹，现在经济状况好了很多，难道还怕造不出光刻机？持有类似心态的人，以董明珠为代表，她曾放出豪言，要拿500亿进军半导体领域。
当前，全球最先进的EUV光刻机售价高达1.2亿欧，价格堪比一架波音737客机。2024年量产的新一代High-NA EUV光刻机，预计售价将在3-3.5亿欧之间。EUV光刻机的累积研发投入超过百亿欧元，半导体行业玩家的门槛是1000亿元，并且需要不断投入才行。脱口而出500亿解决问题，暴露出当事人对这个行业的陌生。
原子弹和光刻机都很难造，二者的关键区别也许只有一条，那就是原子弹造出后，研究项目也就结束了；而光刻机造出后，项目才刚刚开始，企业必须紧跟需求，持续优化性能的同时降低成本，属于典型的“既要又要”。有投资人测算过，如果按照造光刻机的效率来造原子弹，一颗原子弹的价格只要10万人民币。
简言之，原子弹是有没有的问题，光刻机则是好不好的问题，分属两个维度。
对于台积电、三星或中芯国际来说，企业投资数十亿美元建立生产线，最怕的就是设备故障导致停产，一旦停产，损失极大。所以，这要求光刻机必须保持7x24小时的绝对稳定性。这就必须依靠商业方式，不断地保持高利润-高研发投入-持续迭代，从而形成一个具有正反馈效应的循环。
一台EUV光刻机重达180吨，超过10万个零件，需要40个集装箱运输，集合了光学、有机化学、仪器仪表、机械设备、自动化、图像识别等多行业的顶级技术，仅安装调试就要超过一年时间，每年停修时间不超过3%。
EUV光刻机使用的反射镜片制造工艺更是极其复杂，为了确保光线在真空中穿过透镜时不丢失、不变形，需要的技术精度相当于在北京和上海之间铺一条铁链，铁轨起伏不超过1毫米。而这些反射镜成像精度之高，相当于我们在地球上拿个手电照到月球，光斑不超过一枚硬币大小。
正是因为光刻机具有超强的稳定性，所以，今天上海先进半导体工厂内，还有一台30年前进口的ASML光刻机依然在昼夜不停地工作。这是中国最早的一条5英寸芯片生产线，最初由荷兰飞利浦公司与上海几个国有半导体企业在1988年合资建立。
飞利浦不仅帮助中国大陆跟上国际半导体发展的步伐，对台湾地区半导体行业的起步也影响甚大，这一点后面会提到。不过，要论这家工业巨擘对于光刻机行业的最大贡献，还是要回到对ASML的哺育之恩。
二、背靠飞利浦，大树底下好乘凉
荷兰是一个不折不扣的小国，但其生产高端光刻机的本土企业ASML，却在半导体行业内坐拥崇高地位。这家坐落于荷兰南部小城维尔德霍芬的科技公司，占据全球高端光刻机市场80%以上的份额。从1984年在板房创立，到2009年占据行业龙头，只用了31年。
按照最新数据（2022年12月9日），ASML市值为2424亿美元，飞利浦仅为123.8亿美元，连ASML的零头都不及。更有意思的是，飞利浦持有ASML约5.8%的股份，折算下来140.6亿美元，超过了自身市值。
但如果将时针拨回1984年，情况则截然不同。那一年，飞利浦屈就和荷兰先进半导体材料公司（ASM）合作出资成立ASML，除了提供210万美元的现金或设备外，45位飞利浦Natlab的研发工程师也加盟ASML。
虽然有飞利浦Natlab的光环加持，但创立后的10年里，公司都未曾盈利。成立之初，ASML的光刻机无人问津，唯一买过几台的是Elcoma，它是飞利浦半导体和材料事业部。几年后，深陷泥沼的ASML创始人德尔·普拉多最终选择了撤资，飞利浦承担了ASML在合资企业中的股份和债务，并与ASML的银行NMB合作，接受来自荷兰和欧共体的研发捐赠。
《光刻巨人：ASML崛起之路》的作者瑞尼·雷吉梅克评价道：“ASML三年后还活着绝对是一个奇迹。”显然，ASML没有在最初几年倒下，与母公司飞利浦的输血有直接关系，除了资金支持，飞利浦还在ASML开拓亚洲市场的关键时刻，把自己最优秀的工程师派去协助，以确保订单不会消失。这对初创的ASML来说十分关键。
当然，飞利浦绝不是什么商业投资领域的慈善家。在数十年的合作中，ASML和飞利浦之间也有过多次摩擦。但不容否认的是，飞利浦客观上构建了一个持续运转的共享创新网络。飞利浦在荷兰每所大学都有耳目，与荷兰几乎每个工程或科学教授都有联系，一旦公司在大学教授的人际关系网里发现人才，有需要就会进行招聘。当ASML组建之初招聘员工时，有大约300人提出申请，这令ASML管理层感到惊讶。
不仅对ASML，也对维尔德霍芬地区的高科技产业发展具有巨大的辐射和孵化作用。当地数十家高科技公司都直接或间接脱胎于飞利浦公司，但飞利浦并没有强行将其变成旗下子公司，而是与其和谐发展，共同维护并呵护这个共享创新的模式。事实上，就连维尔德霍芬这座城市，也是依托飞利浦公司的成长而发展起来的。
甚至，大名鼎鼎的台积电在1987年创立时，也称得上是飞利浦在中国台湾下的蛋。当时，台湾工研院和飞利浦创办台积电，飞利浦占27.5%股份，是最大外部股东。飞利浦不仅毫无保留地把内存生产线开放给台积电学习，还原封不动地把整条生产线搬到台湾给台积电。可以说，是飞利浦为台积电打下了坚实的生产技术基础，而张忠谋之于台积电，主要是开创了一个新商业模式。
有趣的是，因为飞利浦的关系，ASML在1988年拿到了台积电的17台光刻机订单，这让1989年的ASML获得了勉强盈利的结果。这也再次证明，飞利浦对早期ASML的重要性。
多年以后，ASML也秉承了飞利浦所青睐的共享创新理念。以2016年为例，ASML拿出了1.32亿欧元用于支持其创新生态系统建设，其中80%用于企业的研发工作，20%用于资助大学和研究机构进行研发。
此外，ASML与全球700多家供应商展开合作，50%来自荷兰本土，其余大多来自欧盟和美国，85%的成本由供应商提供。如果没有开放协同、共享共生的理念及其配套制度，是不可能做到这一点。当然，ASML也就不可能汇聚全球智慧，攻破看似不可逾越的技术难题，戴上工业制造皇冠。
三、携手卡尔·蔡司，锻造研发命运共同体
1988年，ASML陷入财政最低谷，也在此时，ASML利用尼康、佳能的冒进之举，推出了它的翻身之作——PAS 5500光刻机。ASML现在的CEO范登布林克，那时还是首席架构师，他成功将PAS 5500推广到了蓝色巨人IBM面前，后者决定在纽约东菲什基尔建立新的芯片生产线。
ASML获得IBM认可后，来自世界各地的订单开始纷至沓来。但对ASML来说，一个新问题出现了，那就是面对源源不断的订单需求，为自己提供所有的投影物镜和照明系统的核心供应商卡尔·蔡司公司，却存在多项不确定性：质量不合格、产能不足、与竞品合作。
质量、产能问题的背后，一是蔡司管理层并未真正认可ASML，相反蔡司更重视尼康的需求；二是蔡司管理层还在坚持人工打磨的方式，他们对公司内6名顶级技工的“金手指”十分引以为傲。对此，ASML拿着不合格的镜头，用事实让蔡司高管低下了高贵的头颅，同时，他们也抓住蔡司糟糕的财务状况这一痛点，推动蔡司从“金手指”打磨过渡到自动化操作。
借助干涉仪、机器人、离子束的刻蚀设备、抛光笔等新技术新设备，蔡司百年以来的老生产线被改造成了符合ASML要求的柔性生产线，最终交付的镜头品质和效率大幅提高。
让德国人知错就改后，ASML还要求蔡司只能给自己独家供货，两者签署一份契约，ASML在蔡司半导体光学部门（SMT）拥有24.9%的股权。由于双方命运极为紧密地联系在了一起，所以当1994年时任蔡司CEO利希滕贝格听到ASML巨额订单的消息时，他选择赌了一把，砍掉了部分业务部门，不仅按要求改造生产线，还入股了ASML，并以借东风的方式，一扫财报连年亏损的阴霾。
到今天，ASML和蔡司还在定期交换研发工程师和科学家，确保从技术、股权甚至企业文化上进行共享。ASML制造的光刻设备总成本中，有将近30%购自卡尔·蔡司（2018年为28.3%，2017年为26.6%，2016年为27.6%）。而蔡司在光学研发上所取得的无与伦比的成就，也在不断帮助ASML突破一个又一个极限。
这是一个相互成就的故事，但如果没有ASML坚持高标准来倒逼包括蔡司在内的供应商不断进行技术升级，光刻机行业的创新步伐就不会这么快；此外，通过交叉持股的方式，最大限度确保了彼此的同进退，也证明了金融创新在尖端制造业中的重要性。
四、拥抱技术联盟，戴上工业制造皇冠
1995年，ASML在阿姆斯特丹和纳斯达克交易所同时上市，一时间，订单、资金都不再是企业发展的障碍，如何将领头羊尼康挑落马下，成为ASML管理层思考的重点。
上世纪90年代中叶，光刻机如果想继续遵循摩尔定律，跨越芯片精度上的限制，就必须让光刻机内的光源从DUV变成EUV。为了挑战这一在当时如外星科技般的技术难题，英特尔在1997年说服克林顿内阁，以公司形式发起了EUV LLC合作组织。
这个组织由英特尔和美国能源部牵头，不仅包括美国三大国家实验室，也汇聚了当时如日中天的摩托罗拉和AMD。同时，英特尔还力邀ASML和尼康加入，这是因为80年代还纵横捭阖的美国老牌光刻公司Perkin-Elmer和GCA，到90年代大势已去。
不过，英特尔此举受到美国政府的阻挠，因为后者舍不得让外国公司分享美国最前沿的技术。对此，ASML展示出了惊人的技术前瞻性，远比尼康积极地挤进EUV LLC。ASML在美国进行强力游说，开出了让美国政府很难拒绝的条件——由ASML出资在美国建工厂和研发中心，并保证55%的原材料都从美国采购，最终得到了加盟资格。
这一决定不仅确保了ASML可以获得EUV LLC的全部技术专利，还确保了自己最大的竞争对手尼康，彻底被排除在竞争之外。实际上，2000年的全球光刻机市场，尼康依然是当之无愧的老大，占据了近7成市场份额，但到2009年即被ASML超过。此后，因为光刻机进入EUV时代，尼康只能在中低端市场刷存在感，早已看不到ASML的背影。
从1997年到2003年，6 年间EUV LLC的科学家发表了几百篇论文，成功验证了 EUV光刻机的可行性，之后便宣布联盟解散。2006年，在ASML实验室里出现了EUV的原型机，四年后的2010年，在ASML手中诞生的人类第一台EUV工程样机：NXE 3100。
2012年，因为研发投入需要每年10亿欧元，ASML请英特尔、三星和台积电入股，希望大家共同承担这个人类的伟大工程。2015年，可量产的样机发布。虽然售价高达1.2亿美元一台，但还是收到雪片一样多的订单。排队等交货，都要等好几年。2018年，中芯国际曾预订过一台EUV光刻机，因为美国技术封锁，该计划已经被暂停。
ASML在1997年成功加入EUV LLC，2012年吸引英特尔等客户投资自己，可谓带来了两大后果：一是凭借EUV甩掉了竞争对手尼康，二是加强了与美国捆绑，因为政治对抗失去中国市场。对于ASML来说，这两者都是难以预料的，它既不能确保自己选择的技术路径一定成功，也不能左右国际政治博弈的大局。
但有一点是可以确定的，那就是如果ASML不加入英特尔和美国政府主导的技术联盟，就不可能获得后来至高无上的行业地位；反过来，即使强如美德日，在今天如果少了ASML、台积电、三星，也都无法单独实现芯片产业的闭环。
五、EUV技术
EUV 光刻是制造为数据中心、汽车和 iPhone 提供动力的先进微芯片的最昂贵步骤。这些机器仅由一家公司制造：ASML。
“ ASML垄断了 EUV 光刻机的制造，这是制造我们今天使用的每一个先进处理器芯片所需的最先进类型的光刻设备，”塔夫茨大学弗莱彻学院助理教授 Chris Miller 说。“他们生产的机器，每一台都是有史以来最复杂的设备之一。”
EUV 代表极紫外光，这是一种非常短的光波长，ASML 生产这种光刻机，用于在微芯片上打印小型、复杂的设计。EUV 光是由熔融锡以极快的速度发生的微小爆炸产生的，然后从独特的蔡司反射镜反射回来，ASML 称这是世界上最平坦的表面。一小部分 EUV 光粒子到达硅片的表面，在那里它们打印出决定每个芯片将做什么的微小设计。
在全球芯片短缺期间，导致从 PlayStation 5 游戏机到雪佛兰 Malibu 轿车等产品的延期交货，这也引起了对 ASML 的 EUV 技术的需求飙升，自 2018 年底以来，该公司的股价飙升了 340% 以上，这使得ASML比其一些顶级客户（例如英特尔）更有价值。
光刻机，被称为现代光学工业之花，制造难度非常大，全世界只有少数几家公司能够制造。其售价高达7000万美金。用于生产芯片的光刻机是中国在半导体设备制造上最大的短板，国内晶圆厂所需的高端光刻机完全依赖进口。
在能够制造机器的这几家公司中，尤其以荷兰（ASML）技术最为先进。价格也最为高昂。光刻机的技术门槛极高，堪称人类智慧集大成的产物。
“十二五”科技成就展览上，上海微电子装备公司（SMEE）生产的中国最好的光刻机，与中国的大飞机、登月车并列。它的加工精度是90纳米，相当于2004年上市的奔腾四CPU的水准。国外已经做到了十几纳米。
ASML光刻机的简易工作原理图
简单介绍一下图中各设备的作用：
测量台、曝光台：承载硅片的工作台，也就是双工作台。一般的光刻机需要先测量，再曝光，只需一个工作台，而ASML有个专利，有两个工作台，实现测量与曝光同时进行。而本次“光刻机双工件台系统样机研发”项目则是在技术上突破ASML对双工件台系统的技术垄断。
激光器：也就是光源，光刻机核心设备之一。
光束矫正器：矫正光束入射方向，让激光束尽量平行。
能量控制器：控制最终照射到硅片上的能量，曝光不足或过足都会严重影响成像质量。
光束形状设置：设置光束为圆型、环型等不同形状，不同的光束状态有不同的光学特性。
遮光器：在不需要曝光的时候，阻止光束照射到硅片。
能量探测器：检测光束最终入射能量是否符合曝光要求，并反馈给能量控制器进行调整。
掩模版：一块在内部刻着线路设计图的玻璃板，贵的要数十万美元。
掩膜台：承载掩模版运动的设备，运动控制精度是nm级的。
物镜：物镜由20多块镜片组成，主要作用是把掩膜版上的电路图按比例缩小，再被激光映射的硅片上，并且物镜还要补偿各种光学误差。技术难度就在于物镜的设计难度大，精度的要求高。
硅片：用硅晶制成的圆片。硅片有多种尺寸，尺寸越大，产率越高。题外话，由于硅片是圆的，所以需要在硅片上剪一个缺口来确认硅片的坐标系，根据缺口的形状不同分为两种，分别叫flat、notch。
内部封闭框架、减振器：将工作台与外部环境隔离，保持水平，减少外界振动干扰，并维持稳定的温度、压力。
六、ASML EUV光刻机工厂揭秘
CNBC在本月初的时候参观了ASML位于荷兰维尔多芬（Veldhoven）总部的EUV光刻机工厂。据介绍，该工厂占地约50000平方米，共有1500名员工，他们正在7×24小时轮班工作，ASML销售到全球各地的EUV光刻机均由该工厂进行总装生产。
据ASML介绍整部EUV光刻机是由“照明光学模组”（Illuminator）、“投影光学模组”（Projection optics）、“光罩传输模组”(Reticle Handler)、“光罩平台模组”(Reticle Stage)、“晶圆传送模组”（Wafer Handler）、“晶圆平台模组”（Wafer Stage）及“光源模组”（Soure）这七大模组组成。
△ASML EUV光刻机七大模块
其中，EUV光源被称为激光等离子体光源，是通过30千瓦功率的二氧化碳激光器每秒2次轰击雾化的锡（Sn）金属液滴（锡金属液滴以每秒50000滴的速度从喷嘴内喷出），将它们蒸发成等离子体，通过高价锡离子能级间的跃迁获得13.5nm波长的EUV光线。
△EUV镭射系统
△锡金属液滴以每秒50000滴的速度从喷嘴内喷出，通过二氧化碳激光器镭射进行轰击，产生EUV光线
由于EUV光线波长非常短，所以它们会很容易被空气吸收，所以整个EUV光源的工作环境需要被抽成真空。同时，EUV光线也无法被玻璃透镜折射，必须以硅与钼制成的特殊镀膜反射镜，来修正光的前进方向，而且每一次反射仍会损失不少的能量，导致最终到达晶圆的光子只有原来的约5%左右（ASML公布的最新数据）。
为此，ASML与德国光学公司蔡司（Zeiss）合作，由该公司来生产世界上最平坦的镜面，以使得EUV光线经过多次反射后能够精准的投射到晶圆上。
△蔡司的反射镜
据ASML EUV工厂工程总监Mike LaBelle介绍，EUV光刻系统当中的蔡司的反射镜的平整度是令人难以置信的。“如果将这个反射镜放大到我们所在国家的大小，那么EUV光线最大的撞击在这个国家大小的镜面上的只有大约一毫米。”
△ASML EUV工厂工程总监Mike LaBelle
台积电也曾表示，“目标必须非常精确，这相当于从月球发射EUV激光，击中地球上的一枚硬币。”
此外，CNBC还参观了位于美国圣地亚哥的ASML生产光源的子公司Cymer的洁净室。
据ASML制造业务高级经理Pete Mayol介绍，他负责这个生产EUV光源的洁净室已经六年了。下图中的设备上部就是储存“锡”的地方，下方则是喷射“锡滴”的喷嘴。
△ASML制造业务高级经理Pete Mayol
“如果任何一种有缺陷的颗粒出现，甚至出现在毛细管的顶端，那就意味着失败。我们将移除并重新开始。”Pete Mayol说到。
△喷射“锡滴”的喷嘴
七、对中国发展半导体的启示
对中国科技企业而言，ASML和它所在的荷兰存在很多独特性。但平心而论，这种独特性不在于当年荷兰比今天中国拥有多少优势，而在于ASML能够将可调动的优势发挥到极致。
今天，中国拥有全球最大的单一消费市场，从政府到企业，也都雄心勃勃地试图征服半导体高地。这些都是十分珍贵的优势，但是，我们也需要观照他人、深刻反思自己的不足，就ASML的案例，至少可以给我们以下几点启迪：
第一，必须尽快扭转制造业供应链外流的趋势。从ASML的经历来看，供应链就是它的生命线，更是它的创新线。ASML对蔡司的技术规范和提升，在过去几十年里，也大量发生在外资企业和沿海工厂之间。最典型的就是苹果供应链，2008年的时候，中国大陆企业在苹果供应链中只占了3.6%的价值比重，到了2018年，这一数据已经提升到25.4%，数据背后是中国供应链企业的集体飞跃。
甚至，中国在融入全球供应链的过程中，还打造出自己的手机品牌，OPPO、vivo、华为、小米等等，都享受了中国企业融入全球供应链后的多方面溢出效应。要知道，飞利浦最早的光刻机技术，就是对美国企业的跟随和模仿，而ASML击败尼康，也花了20多年。它早期成功的标志，就是成为IBM的供应商。
因此，当前科技产业供应链的外流需要引起足够的重视，必须注意到越南的进出口数据和印度的灯塔工厂数量的增长势头，这些都是再明显不过的信号。守住这些供应链，我们的半导体行业就有突破的希望。
第二，应该珍视类似飞利浦这样的生态型龙头企业。生态型龙头企业和一般龙头企业不同，它们往往是产学研一体化的组织者、统筹者，对中小科技企业的孵化功能，是一般龙头企业和创业孵化器所不能比的。对于飞利浦来说，并没有一个明确计划去孕育一家ASML，但它在发展中天然会去搭建一个创新生态，沐浴在这个生态下的中小微企业，自然而然得到了生态中的养分。
在硅谷、长三角以及粤港澳大湾区，都存在一批这样的生态型龙头企业，通过股权、知识和人才网络等形式搭建一些区域性的共享创新生态。深圳、杭州之所以敢喊出建设“东方硅谷”的口号，底气就在于已经培育了腾讯、阿里这样的生态型龙头企业。
正如经济学家樊纲在近期的一次演讲中提到，大企业是当前经济发展、产业进步的决定性力量，中国的大企业不是多了，而是太少了。他领衔的研究团队发布了《共享创新指数报告》，指出全球经济产业组织的底层逻辑正发生颠覆性改变，科技竞争正从企业、城市之间的竞争，走向生态之间、城市群之间的竞争。在中国，两个三角洲拥有明显高于其它地方的创新水准，依赖的正是高密度、高效能的创新网络。
第三，需要意识到资本市场对半导体产业的重要性。ASML所在的欧洲，从荷兰政府到欧共体和后来的欧盟，都比美国更喜欢给企业补贴，ASML当然是受益者之一。但ASML真正解决资金问题，是通过在欧洲和美国的同时上市，连接全球资本市场后，企业发展很快进入了快车道。这一点，2010-2018年间上市的中概股企业一定颇有体会。
相对而言，国家资本拥有更长远的眼光，但民间资本更注重投资回报中的正反馈效应，在瞬息万变的市场，民间资本能够更好地支持企业做出抉择。毕竟，没有一家企业事前知晓哪一条技术路径，哪一种商业模式可以百分百获得成功。所以，高频高效的反馈机制对于企业十分关键，而资本市场的信号往往是最快速、最清晰的。
蓝裕文化主题开发设计院认为，重视科技和上下游产业链是必然的选择，要想发展经济，就得舍得投入。但我们看到的是强大如ASML这样的垄断型企业，也依然会欢迎媒体前往，打开大门展示自己的科技实力。这对我们的众多制造企业来说应该有一个重要的启示，就是工业旅游至关重要，是一个企业的重要门面，应当妥善处理，合理打造，一边在需要时立马可用，这样才能为企业的发展起到巨大的推动作用。对于大企业来说，工业旅游，更加重要 。
来源：先进制造业
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