2/13/2020， 眾所周知，光刻是集成電路芯片制造的核心工藝。光刻機(jī)的成本占到了整個(gè)芯片生產(chǎn)的三分之一以上。而在光刻機(jī)的市場(chǎng)上，荷蘭ASML公司如今據(jù)說(shuō)占到了全球光刻機(jī)80%以上的市場(chǎng)。他們是如何做到的呢？
1960年代集成電路技術(shù)誕生后，最早的光刻工藝還不算什么尖端科技。仙童，IBM這些第一代芯片公司通常都是自己設(shè)計(jì)光刻工具，只有GCA, K&S和Kasper等少數(shù)公司開(kāi)發(fā)一些獨(dú)立的光刻設(shè)備。進(jìn)入1970年代，光刻機(jī)成為不少美國(guó)公司競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)。先是Kasper推出接觸式光刻設(shè)備，但是很快，接觸式被接近式機(jī)臺(tái)所淘汰，因?yàn)檠谀：凸饪棠z的接觸會(huì)很容易帶來(lái)污染。接下來(lái)Perkin Elmer（P&E）推出投影式光刻系統(tǒng)，迅速占領(lǐng)市場(chǎng)。1978年，GCA公司推出步進(jìn)式光刻機(jī)，光刻機(jī)的分辨率達(dá)到了1微米。但是由于性能問(wèn)題，暫時(shí)沒(méi)能撼動(dòng)Perkin Elmer投影式光刻機(jī)的市場(chǎng)領(lǐng)先度，直到進(jìn)入80年代后日本尼康公司推出更成熟的步進(jìn)式光刻機(jī)NSR-1010G，投影式光刻機(jī)的市場(chǎng)才開(kāi)始萎縮。整個(gè)80年代上半期，尼康，GCA各自占據(jù)了三成的光刻機(jī)全球市場(chǎng)。
也是在這個(gè)時(shí)候，誕生了荷蘭ASML公司。1980年代初，當(dāng)他們搬遷到靠近埃因霍溫飛利浦園區(qū)一處建議小房子時(shí)，ASML的創(chuàng)始人想象不到30年后他們會(huì)成為全球半導(dǎo)體創(chuàng)新的領(lǐng)袖。1984年4月1日，電子巨人荷蘭飛利浦公司與荷蘭先進(jìn)半導(dǎo)體材料國(guó)際ASMI公司（1964年由Arthur del Prado創(chuàng)辦，從代理起家逐步進(jìn)入設(shè)備自己研發(fā)生產(chǎn)）各自出資210萬(wàn)美元合作成立了一家專(zhuān)注于開(kāi)發(fā)光刻系統(tǒng)的公司，名字叫做ASM光刻，也就是今天的ASML，公司最初只有31名員工。公司成立的第一年，就推出了第一套光刻系統(tǒng)PAS2000 步進(jìn)型。當(dāng)然，這套系統(tǒng)并不是憑空而來(lái)，飛利浦關(guān)于光刻系統(tǒng)的研發(fā)工作早在1970年代初就開(kāi)始了，事實(shí)上飛利浦最初的注資中有180萬(wàn)美元就是用尚未研發(fā)完成的PAS2000充當(dāng)?shù)摹?985年，公司發(fā)展到100多員工，搬入位于Veldhoven新建的廠房，這個(gè)地方距離飛利浦研發(fā)實(shí)驗(yàn)室只有幾公里遠(yuǎn)。1986年，公司推出改進(jìn)了對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)的PAS 2500步進(jìn)型，奠定了隨后多項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新的基礎(chǔ)。也在那一年，ASML同卡爾蔡司（Carl Zeiss）公司建立了穩(wěn)定的合作關(guān)系。

          ASML最初的創(chuàng)業(yè)地點(diǎn)（圖片來(lái)自光刻機(jī)之戰(zhàn)）
1988年，ASML的國(guó)際化拓展初見(jiàn)成功。他們跟隨飛利浦在臺(tái)灣的合資流片工廠臺(tái)積電開(kāi)拓了亞洲業(yè)務(wù)，在美國(guó)的員工數(shù)增加到84人，建立了五個(gè)辦公室。1988年，剛剛完成設(shè)備安裝的臺(tái)積電一場(chǎng)大火為ASML送來(lái)急需的17臺(tái)光刻機(jī)訂單。
盡管如此，初創(chuàng)期的ASML還不能完全自立，他們的客戶(hù)數(shù)屈指可數(shù)，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)異常激烈。1980年代末恰逢全球半導(dǎo)體市場(chǎng)大滑坡。原先主導(dǎo)光刻機(jī)市場(chǎng)的美國(guó)光刻機(jī)廠商GCA, Ultratech和P&E光刻部先后退出或者縮小規(guī)模。日本的尼康和佳能成為主導(dǎo)國(guó)際光刻機(jī)市場(chǎng)的兩雄。就在那個(gè)時(shí)候，ASML兩家股東同樣遭遇困難，先是ASMI承受不了巨額投資卻不見(jiàn)回報(bào)決定退出，飛利浦也宣布龐大的成本削減計(jì)劃。為了挽救公司，ASML的管理層找到了飛利浦公司董事會(huì)成員Henk Bodt，通過(guò)他說(shuō)服其他董事決策為公司再提供一筆資金。
ASML的團(tuán)隊(duì)沒(méi)有辜負(fù)飛利浦董事會(huì)的信任。1990年，他們推出了PAS 5500，這一具有業(yè)界領(lǐng)先的生產(chǎn)效率和精度的光刻機(jī)。PAS 5500也為ASML帶來(lái)幾家關(guān)鍵的客戶(hù)，包括臺(tái)積電，三星和現(xiàn)代，這些客戶(hù)是他們后來(lái)實(shí)現(xiàn)贏利的關(guān)鍵。1995年，ASML成為阿姆斯特丹和紐約上市公司。飛利浦公司在IPO的時(shí)候出售了其受中持有的一半ASML股份，又在隨后幾年將其他股份拋售。上市為ASML帶來(lái)所需要的資金，支持他們進(jìn)一步擴(kuò)大研發(fā)和生產(chǎn)規(guī)模。他們擴(kuò)建了位于Veldhoven的De Run廠房，這里后來(lái)成為公司新總部所在。
2001年，AMSL推出TWINSCAN系統(tǒng)和革命性的雙段(dual-stage)技術(shù)，在對(duì)一塊晶圓曝光的同時(shí)測(cè)量對(duì)準(zhǔn)另外一塊晶圓，從而大大提升了系統(tǒng)的生產(chǎn)效率和精確率。2003年，TWINSCAN AT:1150i成為首臺(tái)浸入式設(shè)備，2006年首臺(tái)量產(chǎn)的浸入式設(shè)備TWINSCAN XT:1700i發(fā)布，2007年，首個(gè)193nm的浸入式系統(tǒng)TWINSCAN XT:1900i發(fā)布。這些創(chuàng)新的系統(tǒng)讓客戶(hù)可以生產(chǎn)更小尺寸的芯片，其特點(diǎn)是可以讓光經(jīng)過(guò)透鏡組和晶圓之間的一層水實(shí)現(xiàn)投影。
浸入式光刻技術(shù)來(lái)自臺(tái)積電的林本堅(jiān)博士一個(gè)建議。在那之前，全球的半導(dǎo)體工業(yè)都為超越193nm光刻絞盡腦汁，但是先后失敗。只有林博士提出的這個(gè)工程師相對(duì)簡(jiǎn)單的辦法最后成功。從那以后，浸入式光刻一直做到如今的7nm。正是憑借浸入式光刻的突破，讓ASML超越尼康，一躍成為全球光刻機(jī)市場(chǎng)的新霸主。
接下來(lái)光刻機(jī)的競(jìng)爭(zhēng)進(jìn)入EUV（極深紫外）時(shí)代。目前全球最先進(jìn)的EUV光刻工藝使用的是13nm光源，能夠滿(mǎn)足7nm線寬制程工藝的要求。全球能夠達(dá)到這種水平的光刻機(jī)制造商暫時(shí)只有一家——ASML。
2001年，ASML收購(gòu)美國(guó)硅谷集團(tuán)SVG，獲得關(guān)鍵的157nm光學(xué)技術(shù)，也因此得以進(jìn)入美國(guó)市場(chǎng)。2007年，ASML收購(gòu)領(lǐng)先的半導(dǎo)體設(shè)計(jì)和制造優(yōu)化解決方案提供商BRION，開(kāi)啟整體(Holistic)光刻戰(zhàn)略。2008年，又首次發(fā)售支持實(shí)時(shí)測(cè)試糾正的YieldStar（250D）系統(tǒng)，在整體光刻上更進(jìn)一步。2010年，ASML首次發(fā)售概念性的EUV光刻系統(tǒng)NXW:3100，客戶(hù)是一家亞洲流片公司的研發(fā)機(jī)構(gòu)，從而開(kāi)啟光刻系統(tǒng)的新時(shí)代。EUV光刻采用更短波長(zhǎng)的光來(lái)制造更小特征尺寸，更快也更強(qiáng)大的芯片。
2013年，ASML收購(gòu)美國(guó)加州圣地亞哥的光刻光源廠商Cymer，加快EUV系統(tǒng)研發(fā)，同年，ASML發(fā)售第二代EUV系統(tǒng)NXE:3300，2015年又推出第三代EUV系統(tǒng)NXE:3350。2016年，第一批面向制造的EUV系統(tǒng)NXE:3400開(kāi)始批量發(fā)售給客戶(hù)。在這個(gè)時(shí)候，ASML繼續(xù)改進(jìn)浸入式光刻技術(shù)，先后推出NXT1970Ci和NXT1980Di，這兩款設(shè)備被全球的半導(dǎo)體工業(yè)廣泛部署。
2016年，ASML進(jìn)一步擴(kuò)展整體光刻產(chǎn)品線，并購(gòu)臺(tái)灣Hermes Microvision（HMI）公司，一家領(lǐng)先的電子束計(jì)量公司，并在一年后成功推出整合兩家公司技術(shù)的ePfm5系統(tǒng)。在荷蘭電子束光刻公司Mapper破產(chǎn)后，ASML收購(gòu)了其IP資產(chǎn)，還延攬了其研發(fā)人員。

縱觀光刻機(jī)產(chǎn)業(yè)的歷史和ASML的發(fā)展故事，我們可以看到，堅(jiān)持，對(duì)新技術(shù)趨勢(shì)的準(zhǔn)確判斷與把握，持續(xù)不斷的研發(fā)投入，充足的資本保障是ASML能在30多年時(shí)間里從小到大，一躍成為全球光刻機(jī)行業(yè)龍頭的關(guān)鍵要素。和ASML同時(shí)起步，甚至更早的上海微電子（SMEE）的光刻機(jī)卻沒(méi)有發(fā)展起來(lái)。他們的對(duì)比，值得所有做產(chǎn)業(yè)研究的深思。

*本文的素材來(lái)自網(wǎng)文“光刻機(jī)之戰(zhàn)”以及ASML網(wǎng)站。