1984年4月1日,47名飞利浦员工当选中,不宁愿地转进新的合伙子公司ASML,他们将在几间靠近垃圾堆的狭小大略单纯房中办公、开拓光刻机。这个意志消沉的初创团队可能不会想到,30多年后,ASML将成为环球最大的光刻机制造商,市值远超原来的母公司飞利浦。
这家荷兰最大的出口商、荷兰最大的技能店主和天下最大的芯片设备制造商,后来搬到了人口不到30万的荷兰南部城市维尔德霍芬,并在此持续影响全体IT行业的发展速率。
光刻机影响了全体IT行业发展进度?
说光刻技能影响了全体IT行业的发展速率,这不是故作惊人之语。
回到原点来看,全体数字天下实质上便是无数的0和1。比如iPhone上的每一个APP、每一张照片和每一段短视频,所有这些终极都是由1和0组成的海量字符串。这些数字都要经由芯片,而芯片是由几百万个乃至几十亿个晶体管组成的网络,每个晶体管都是一个电子开关,通过电流开(1)或关(0)来处理和存储这两个数字。用手机点外卖、发朋友圈、打游戏,实质上是手机里的芯片,还有互联网平台做事器里的芯片,在同时处理无数的0和1。
打算机的算力强弱,就看其内部大量“开关”对0和1的处理能力。
1945年最前辈的打算机,是宾夕法尼亚大学为美国陆军建造的“埃尼阿克”(ENIAC),有18000个真空管当“开关”,用于打算炮弹轨迹,每秒可以打算数百个乘法,体积弘大,霸占了全体房间。此后科学家找到了更小、更快、更便宜的“开关”——晶体管。到1969年7月,将阿波罗11号带上月球的打算机利用仙童公司(Fairchild)的芯片,霸占了大约1立方英尺的空间,是“埃尼阿克”的千分之一。
1961年,仙童发布第一款芯片,个中只嵌入了4个晶体管而已,但很快,该公司就设计出了在芯片上放置十几个晶体管的方法,然后是100个……仙童联合创始人戈登·摩尔在1965年创造,随着工程师们学会制造越来越小的晶体管,每个芯片上可安顿的元器件数量每年都会翻倍。这一对芯片打算能力指数级增长的预测,便是著名的“摩尔定律”,摩尔由此预测了在1965年看似猖獗的“未来产品”,比如“电子腕表”“家用电脑”,乃至“个人便携式通信设备”。
摩尔定律险些成了接下来半个多世纪打算机发展的路线图。到2020年,每台iPhone 12上的A14处理器芯片都集成了118亿个微型晶体管。大家可以购买的手机,打算能力已经远超当年美国陆军的“埃尼阿克”。
更强大的打算能力,却只须要更低的运算本钱,关键就在更小的“开关”(晶体管),还有集成晶体管数量更多的芯片,这便是摩尔定律的魅力。
而坚持摩尔定律的关键,就在光刻机。
在芯片制造的几百道工序里,光刻是最主要的步骤。一块芯片在全体生产过程中须要光刻二三十次,耗时占生产过程的一半,本钱能占到三分之一。
说光刻机影响了天下打算机的算力和信息的存储容量并不为过,考虑到芯片在当代国防军事上的广泛运用——美国芯片行业最早的订单即来自NASA和美国空军,用来勾引火箭和导弹——对前辈光刻技能的追求乃至超出了家当链安全的范畴,成为大国博弈和地缘政治颠簸的一个焦点。
“烂摊子”ASML
但当ASML首任CEO贾特·斯密特履新时,这家公司离聚光灯还很远,乃至可以说是个烂摊子。
斯密特在加入ASML之前,在电信巨子美国国际电话电报公司(ITT)担当荷兰办事处的发卖经理,他创造,该公司电信业务的利润显然正在螺旋式低落,很快就要见底。但在他接管该公司CEO职位之后,ITT的同事首先质疑了他的职业方案,同时他还听到了一些著名剖析师的说法:ASM和飞利浦的合伙企业注定以失落败告终。
这种说法并非空穴来风,在某种程度上,ASML是飞利浦为摆脱其一贯烧钱的光刻机项目而成立的合伙子公司,而合伙方ASM并非飞利浦的首选,而是“姑息”抓到的末了一根稻草。
连飞利浦都“烧”不起的光刻机
光刻机的事情事理,或者说当代芯片制作的基本事理本身并不难懂,这个过程大致包括:(1)画出线路图;(2)把线路图刻到玻璃板上,制成掩膜(也叫光罩);(3)把掩膜上的线路图用强光投射到涂了光刻胶的硅片(晶圆)上,光刻胶被强光照射的部分变得可以溶解,这样就在硅片上曝光出了线路图;(4)对硅片上的线路图多次利用刻蚀、扩散、沉积等工艺做出繁芜的晶体管和电路网络。
自德州仪器(TI)的杰伊·莱思罗普发明光刻技能以来,光刻机和芯片制造的基本事理没有太多改变。但随着制程(可粗略理解为芯片上晶体管的密集程度)的发展,光刻技能的研发和实现本钱越来越高。
以目前仅有ASML能制造的EUV(极紫外光)光刻机为例,先看光源,在莱思罗普发明光刻技能的时候,只须要一个大略的灯泡,但当发展到EUV阶段的时候,光源的繁芜度已暴增到令人难以置信的高温——为了产生足够的EUV,须要用激光粉碎一个小锡球。已经被ASML收购的西盟(Cymer)自20世纪80年代以来一贯是光刻光源领域的紧张参与者,该公司由加州大学圣地亚哥分校的两位激光专家创立。西盟的工程师创造最佳做法是发射一个直径为三千万分之一米的小锡球,使它以时速约200英里的速率穿过真空。 然后以激光照射那颗锡球两次,第一次是加热它,第二次因此太阳表面温度好几倍的高温把它轰击成电浆体。这种轰击锡滴的过程,每秒重复5万次,就能产生制造芯片所需的EUV量。
再看镜头,起初莱思罗普只用把普通显微镜颠倒过来即可,但到了EUV阶段,对反射镜的工艺精度哀求极高,直径30厘米的反射镜哀求起伏不到0.3纳米,这相称于是做一条从北京到上海的铁轨,哀求起伏不超过1毫米。或者用ASML现任CEO韦尼克的话来说:“如果反射镜面积有全体德国大,最高的突起处不能高于1厘米。”
再看机台,光刻机一次曝光的区域,只有指甲那么大,一块直径12英寸的晶圆全部曝光一遍,要移动好几百次。如今的光刻机每次移动的定位,要精确到几十纳米,相称于头发丝直径的几万分之一。如果两辆车以每小时3万公里的速率并行,两者差值必须小于0.5毫米,才能达到与光刻机一样的精度。
芯片行业韶光便是金钱,滞销的过期产品价格断崖下跌很普遍。以是,光刻机必须24小时连续事情,整年停机韶光不超过3%。让如此精密又繁芜的机器永劫光连续稳定事情,是工程学上的巨大寻衅。
即便回到ASML刚成立的1984年,光刻机的研发也耗资巨大,由于迟迟不能盈利,连财大气粗的飞利浦也准备取消这一“非核心业务”,如果出售行不通,合伙也行。实在如果当时飞利浦光刻机项目的决定人特罗斯特(此人后来曾短暂担当ASML CEO)不动用只有他节制的隐蔽储备金,飞利浦光刻机项目可能会更早停滞。飞利浦的财务主管们之以是容忍特罗斯特的这种特权,是由于他们都依赖特罗斯特的其他项目为公司创造的古迹。
ASML:飞利浦与ASM的“勉强”联姻
本来当时美国的光刻机巨子Perkin-Elmer已经对和飞利浦互助表示兴趣,该公司已经在环球卖出了数千台Micralign光刻机。英特尔1978年6月推出了著名的8086处理器,便是用Micralign制造。在20世纪70年代末,Perkin-Elmer拥有90%的光刻市场份额,险些和最顶尖芯片制造者都有往来:从大学到IBM、英特尔和NEC等巨子。
Perkin-Elmer拥有巨大的市场份额、强大的客户群和环球范围内的机器发卖渠道,它彷佛是帮助飞利浦在光刻机市场摆脱困境的空想选择。但飞利浦却由于未能及时决策和给出回应,拖黄了这次绝佳的机会。
在和其余几家潜在合为难刁难象会谈失落败后,飞利浦只剩下和ASM互助一条路了。
ASM的CEO阿瑟·德尔·普拉多年轻时曾在哈佛商学院学习,在美期间被硅谷打算机芯片家当的乐不雅观和野心打动。荷兰一份著名的报纸后来引用他的话说:德尔·普拉多返回荷兰时,一手拿着晶圆,一手拿着500美元。他将自己的公司命名为前辈半导体材料公司(ASM)。
普拉多干得很成功,ASM于1981年景为第一家在纳斯达克上市的荷兰公司。1978年,公司收入1400万美元;到1983年,收入又增长了6倍。而同期的飞利浦和Elcoma的芯片厂却裁员数千人。在普拉多看来,他已经能够造出除光刻机外的险些所有芯片生产设备,只要加上光刻机,他就可以成为一站式的芯片设备供应商。
但对ASM的激情亲切,飞利浦却很冷淡,缘故原由首先是ASM的规模不足,1980年,ASM的收入才3700万美元。而据飞利浦方面打算,仅新一代步进光刻机的研发用度就将远远超过5000万美元;其次,与光刻机所需的前辈技能比较,ASM制造线焊机所需的专业技能切实其实不值一提,飞利浦认为普拉多对光刻机的繁芜性估计不敷;末了,光刻机的发卖与其他芯片生产设备不同,其他芯片生产设备的采购,经理层就能定,而光刻机的发卖只有董事会才能决策,以是ASM的发卖渠道对光刻机也没有帮助。
但为了拯救光刻机项目,飞利浦方面终极主动联系了ASM。会议只持续了一个多小时,刨除普拉多离席与团队商量的韶光,双方交谈的韶光不到15分钟,ASM即决定与飞利浦互助。光刻机业务符合普拉多的年夜志壮志。ASM制造了芯片生产过程中每一道工序需利用的机器,但对最具计策性的光刻机,他此前却未涉及。
终极,双方互助设立50∶50的合伙公司,即ASML。ASM出资210万美元,飞利浦则把在光刻机项目上库存的17套光刻机零部件等折价180万美元,再加30万美元现金作为出资。
虽然接下来普拉多和ASM没能熬过ASML光刻机的“烧钱机器”期间,险些在“印钱机器”期间前夜撤资出局,累计3500万美元的投资打了水漂,但他确实在关键时候脱手,让飞利浦的光刻机技能免于被埋没,也匆匆成了ASML的出身。
接“烫手山芋”的人
对斯密特而言,担当ASML的CEO颇有些“重聚”的意味。
他曾在代尔夫特理工大学学习航空工程,后得到NASA的奖学金进入马里兰大学学习。为欧洲空间研究组织(现为欧洲航天局)事情时,他曾写过一本70页厚的小册子,剖析地球磁场中的非线性太阳风骚。他的研究证明并阐明了NASA第一颗卫星当时丈量的数据。
后来他在1969年加入飞利浦,由于受不了公司内部的官僚主义,一年后他选择了离开。
在与ASML员工的初次见面会后,斯密特立即联系了他在飞利浦的前同事,他们认为斯密特真是疯了才会接这么一个“烫手山芋”。
先看团队,被飞利浦调到合伙企业ASML的工程师处境尴尬——他们成了光刻市场的笑话,没有人相信他们能成功。ASML的员工乃至把新公司看作是“杠杆剥离”,与“杠杆收购”相对应——由于破产而分拆企业。他们都认为飞利浦只是想摆脱不必要的包袱。
再看既有产品,飞利浦16台即将生产出来的PAS 2000光刻机也移交给了ASML。这些光刻机采取油压事情台,须要合营的动力单元比机器本身还要大,这又产生了震撼和噪音的问题,而且还有油污的风险。PAS 2000的光学部件来自法国,精度不足。有这些硬伤的光刻机很难卖出去。
末了看市场情形,就在ASML成立的时候,当时的市场领导者GCA已交付数百台光刻机,亚军尼康也正在快速盘踞市场。ASML的市场份额是多少呢?零。
但在和团队永劫光发言后,斯密特心中的迷雾开始消散,飞利浦光刻技能中的许多元素在当时仍旧领先,其对准系统精确叠加芯片图案的技能非常前辈,而且飞利浦的Natlab实际已经开拓了替代油压事情台的电动晶圆台,这是竞争对手没有的上风。在当时,Natlab是天下的传奇,节能灯泡、便携式X光机、旋转剃须系统、录像机都出自该实验室。为在合伙过程中保护自己的利益,飞利浦和ASM签订的条约十分苛刻,个中包括ASML每年向Natlab支付收入的1.5%作为研发用度,但ASML也有机会从Natlab得到推进光刻机开拓所需的统统技能。
找钱、造机器、卖出去
斯密特认为终极决定ASML命运的,还是客户。他在1984年5月尾飞到加利福尼亚州圣马特奥参加SEMICON West展会,拜访硅谷的那些芯片制造商们,却迎来当头一棒。
美国芯片制造商见告斯密特,装机量(在客户工厂中运行的机器数量)本身很关键。光刻机如此繁芜,会由于极小的成分就宕机,芯片厂希望将停机韶光保持在最低水平,以是售后做事至关主要。最多的时候,GCA有数百名做事工程师在现场事情。ASML还没有售出机器,也没有做事部门,毫无芯片生产的实践履历,而GCA和尼康已经拥有数百台装机量。
但这次展会上的行业脉动又给了斯密特希望,芯片行业都在尽力坚持摩尔定律的效力,而从大规模集成电路(LSI)到超大规模集成电路(VLSI)须要新一代光刻机。芯片线路将缩小到1/1000毫米以下,光刻机处理的将不再是4英寸的晶圆,而是6英寸的晶圆。这一转变将在今后两年内发生。新一代光刻机要将0.7微米的细节成像到晶圆上,并实现更紧密的微电子集成。而斯密特在展会上明确得知:还没有人找到这种芯片的光刻办理方案。佳能、GCA、尼康和Perkin-Elmer公司制造的机器仍旧利用导程螺丝杆来移动晶圆台,他们的图像细节达不到小于1微米的定位精度,而这正是ASML技能的上风所在。
作为一名航空狂热者,斯密特研究过航空业的整合,从他还在上大学到他拿到博士学位,天下上的飞机制造厂从50家减少到只剩下几家。在ITT任职期间,斯密特还亲历了电信业的变革。他知道新厂商在成熟市场没有机会,除非可以取得重大的技能打破。
现在,斯密特和ASML有两个选择:要么在开业前就关门;要么在两年后交付一台成熟的VLSI光刻机,征服市场。
斯密特在勉励团队时会用体育作类比。如果按照他这个表达办法,接下来ASML要做的事和篮球场上的“跑轰”战术相似——把球抢得手、快速推进至对方半场、把球投进去,ASML须要找来足够的钱,在短韶光内把机器造出来,末了把机器卖出去。
要1亿美元?
但在飞利浦,新一代机器可能须要10年韶光才能制造出来,ASML却只有两年,他们的工程师必须冲破传统的研发模式,办理方案是把机器拆分为各个模块,专业团队将并行开拓每个模块。真正的问题在末了的组装阶段,传统方法是逐个测试所有子系统,如果某个子系统出问题,其他子系统只能干等着。ASML只有同时构建5个原型,5个团队并行事情,才能将测试和组装阶段的时长从两年半缩短到6个月。在高峰期间,他们须要250名工程师同时事情。
工程师团队为此给出了1亿美元的报价,而且认为斯密特绝不可能让董事会接管。斯密特却并不错愕,在ITT,他处理过更大数额的投资。在脑海里排练了8天之后,斯密特把这个天价预算提交给了董事会,他的演讲激情洋溢,讲述了自己在展会上看到的危急和机会,他认为光刻机行业将重复航空和电信领域的市场规律,新一代设备的研发投资是上一代设备的10倍,每一轮都会有厂商被淘汰。现在有大约10家公司正在争夺市场份额,末了只会剩下几家而已。
“因此,我们至少要进入前三名。”斯密特阐明道,“要进入前三名,就只有一个办法——将投资做到行业榜首。我们必须去争取金牌,第三名都是不足的,我们必须争取第一名。我们得胜的唯一机会是制订积极进取、创新、集中的计策。不可避免的洗牌显示了市场的残酷。如果我们幸运,我们终极会登上顶峰;如果我们不太成功,我们将终极排在第三名;如果我们运气不好,我们会以第六名的成绩出局。但是,如果我们对排名第三或第六感到满意,那么我们最好现在就罢手别干了。我们必须把目标定在顶峰,没有其他选择。这是我们唯一的生存机会。”
斯密特留给董事会的选择是:付钱,或让ASML倒闭。
董事会暂时的答复是“可以”,飞利浦和ASM决定各增加150万美元投资。董事会希望斯密特自己去找投资并订定更详细的操持,现在他可以推动团队造机器了。他们将新产品的名字定为PAS 2500,操持在1986年的SEMICON West展会上展示该机器。
既然赶工,就不能学飞利浦
斯密特给ASML注入了一种完备不同于飞利浦的“非正式文化”,为勉励最初士气低迷的团队,他乃至会专门请人制作卡通幻灯片,这对此前在飞利浦事情的工程师完备是新鲜事。
为快速招募大量工程师,ASML打出的第一则招聘广告,上面ASM和飞利浦的标识十分能干,让人以为在ASML事情便是在飞利浦事情。这让斯密特受到了飞利浦的责骂,但他假装自己不知道不该如此。广告中还说,不须要复书发简历。有兴趣申请的人可以在晚上6点到10点之间打电话联系。这种做法在那个时期非常特殊,实在ASML在电话里就开始了第一轮淘汰。糟糕的经济形势使得荷兰海内有许多待就业的工程师,广告吸引了大约300名申请人。
ASML的生产办法也和飞利浦完备不同,为了追求研发速率和出货台数,自己制造统统是不可能的,因此尽可能外包是公司的关键计策之一。ASML在最初成立的几个月里,就确定了公司的定位:一家只进行研发和组装的公司。这在那时是闻所未闻的。
由于飞利浦的部分子公司不能按时交货,ASML每每不得不另寻供应商,在20世纪80年代后期,一些细分领域的小供应商能接到像ASML这种规模的订单就足以坚持运营。ASML著名的外包生态系统的种子是在那些年种下的。
为了管理弘大的供应链和生产流程,ASML哀求开拓职员在生产的早期就参与进来,让他们选择零部件。每一次调度,包括对每一个螺丝和螺母的调度,研发职员都必须如实地记录在物流系统中。这样既能让供应商在备货时更明确,又能让ASML更好节制各部件的到货进度。为了勾引一万个零件从河流汇入大海,ASML乃至在成立初期就花费数百万美元,从施乐公司购买物流和供应链系统,还为此雇用了一名全职员工来监督该系统的信息录入。
此时经济衰退的最初迹象已经显露,芯片制造商越来越谨慎。因此斯密特希望客户能够尽快开始试用机器,而不是等两年后的PAS 2500。
于是ASML团队6个月就造出了过渡机器PAS 2400,是在PAS 2000根本上,把液压机台换成了Natlab的电动机台。在这个过程中,以创业公司节奏赶工的ASML工程师不得反面飞利浦的节奏斗争。如果ASML工程师在周五下午打电话讯问零件,飞利浦那边就会说:“不可能在周末之前把零件拿出来,由于现在快5点了。”飞利浦的员工从不加班。办理方法居然是:给他们一点现金,几杯啤酒,一瓶或两瓶葡萄酒。后来ASML工程师的后备箱总是装满了啤酒和葡萄酒,以便尽快从飞利浦提取订购的零件。此外,他们还时时时地用现金给工人一些加班费。
在1985年的SEMICON West展会上,ASML的一位工程师比拟了PAS 2400和展会册子上竞争对手的机器,他熟习的别家机器在演示中都出了问题,维修时展台常常关闭,而PAS 2400险些一贯在运行。
为了赶工PAS 2500,ASML的一些员工会加班到深夜。ASML在维尔德霍芬租了一栋屋子,离家远的工程师如果加班到深夜,可以直接睡在那里。为防所有的床都被占,他们都把睡袋放在汽车的后备厢里。
而原定1986年1月1日就该完成的PAS 2500,终于在1986年5月初遇上了参加当年的SEMICON West展会。一位ASML工程师不雅观察了竞争对手的展位并进行了一次简短的调查。他的第一个问题:哪家拥有最好的光刻机?对手都回答:我们。下一个问题:谁家有第二好的机器?对手都回答:ASML。
如何争取AMD、美光、台积电
在1986年年初,ASML迎来了它的第一位客户,一家小型芯片制造商MMI购买了PAS 2400。从那时起,ASML终于真正成为了一家拥有装机量的新晋竞争者。虽然PAS 2400只是一台过渡机器,但MMI对这台机器非常满意,其生产卖力人许可ASML在1986年年初投放的广告中利用他的照片。
PAS 2500在1986年SEMICON West展会上的风光也吸引了另一位客户赛普拉斯,该公司CEO罗杰斯提出了相称多的哀求。“你们有天下上最好的机器。”罗杰斯对斯密特说,“但如果机器搞砸了我的项目逼得我跳楼,我想确保你也一起跳。以是,你必须购买我公司的一些股份。”
这种股权关系连接的利益共同体在芯片行业实在并不罕见,比如为加强与关键供应商蔡司的关系,后来ASML也入股了蔡司的半导系统编制造技能奇迹群(SMT)。
后来ASML的首席财务官设法和NMB银行办理了股份购买的资金,ASML也拿到了赛普拉斯的订单。
但当时斯密特最想得到的客户是AMD。为此他不惜对AMD CEO 杰瑞·桑德斯公开“喊话”。
在SEMICON West春季宴会上,桑德斯哀叹美国芯片设备制造商的质量和做事太差,不得不向日本购买设备。于是斯密特就在行业期刊上登广告,大字标题:“我们听见了你的话,杰瑞。”广告正文:“ASML光刻机接管杰瑞·桑德斯的可靠性寻衅,担保供应90%的运行韶光,这险些是该行业现在的2倍。杰瑞,你乃至不用担心圣安德里亚斯断层的地震,我们这些机器是牢不可摧的。”
1986年秋日,AMD让干系经理提前准备好购买PAS 2500的文书。但在末了一刻,桑德斯没有下单。当时行业还在衰退期,他也没资金了,他想等到市场复苏更明朗再作决定。这笔取消的订单占到当时ASML一半的产能。
直到1987年6月1日,AMD才签署了购买25台PAS 2500的条约。说服AMD的不是斯密特,而是ASML在MMI的机器。AMD收购MMI并清点库存时,创造Perkin-Elmer的机器在角落里落灰。而与此同时6台PAS 2400在ASML做事工程师的支持下正在不断地制造晶圆,这让AMD末了对ASML说“赞许”。
同样的故事在20世纪90年代初又重演了一次,三星在参不雅观ASML客户美光(Micron)的工厂后主动联系了ASML,双方在波折的会谈后达成互助。
在20世纪80年代末,ASML得到了两个关键客户。
首先是美光。ASML在协商后决定对其派驻一组做事职员,目标是使PAS 2500知足ASML承诺的所有规格,即提高每天的均匀晶圆产量和缩短机器的最大停机韶光。ASML还附加了一个条件:如果机器的性能得到改进,它将分享利润。在随后的几年里,美光稳步增长,ASML从中获益。在大多数美国公司已经把内存领域让给日本人时,美光仍坚持生产,如今已经是环球最大的半导体储存及影像产品制造商之一。
另一个是台积电。1987年台积电成立时,飞利浦以芯片技能换取其27.5%的股份并得到了5800万美元。台积电也算是飞利浦的子公司,它充分利用了这个上风,让ASML的会谈很困难,台积电谢绝为做事支付用度,末了还向ASML发送了一份两个拳头厚的合约。
1988年年底,台积电刚完成机器安装事情就发来传真:须要17台新机器,由于工厂被烧了。这笔订单在关键期间给ASML供应了喘息空间。在送回机器中,有几台只受到了很小的烟雾危害,很多机器很随意马虎被修睦。1989年,台积电的保险公司——末了真正掏钱的金主,成了ASML当年最大的客户。
但在ASML拿到AMD订单之后不到4个月,斯密特就卸任了ASML CEO。从财务状况上看,斯密特卸任时ASML比1984年景立时还要差,到1987年年底,这家公司已经花费了近5000万美元。操持的发卖目标没有实现,ASML不断亏损。ASM和飞利浦的蜜月期已经结束。但ASML已经拥有一个充满创造力且独立重生的开拓团队,物流和大规模生产系统也趋于成熟。
斯密特被ASML的CFO吐槽为“费钱大王”,即便公司一贯亏钱,斯密特对逐日收费700美元的外部咨询顾问还是照用不误,乃至包袱顾问同去美国的差旅费,这当然会引发周围人的不满。但如果不是由于他看重机会赛过本钱,在行业衰退期间仍坚持投资,开场就向顶峰冲击,ASML也不可能得到此后在光刻机领域的主导地位。
熬过发不出人为的至暗时候
现在用后视镜看,从1984年至1987年,市场永劫光的衰退实在反而给了ASML喘息空间,如果没有衰退,佳能和尼康很可能盘踞全体市场,由于ASML和美国光刻机巨子GCA的关键供应商蔡司产能太差。即便有大订单,ASML在1986年和1987年的产能也根本无法完成。衰退对佳能和尼康的影响比对ASML大得多。
1988年春天,ASML经历了将要发不出人为的至暗时候,靠飞利浦一笔130万美元的转账才活过来。同一年,ASM为避免被ASML拖垮撤资,飞利浦承担ASM在ASML中的股份与债务。
终极让ASML扭亏的是PAS 5500,这台机器实现了像乐高一样的模块化系统,可以像模型套件一样拆装。就以前的光刻机而言,在不得不改换镜头时,芯片制造商常日须要停产数周并花费大量资金。
ASML为潜在的大客户IBM准备了一场组装PAS 5500的“演出”,当IBM方面由于国际形势不能飞到荷兰看机器时,ASML选择录好“演出视频”去IBM,结果这台设备的前辈程度让IBM的人十分激动。
1993年的前几个月,资金开始加速流入ASML。订单量和交货量齐升,最新的光刻机卖出了高得多的价格,做事和升级的收入也在增加。1992年,公司的年收入从8100万美元跃升至1.19亿美元,ASML现在终于可以靠自己生存了。虽然那一年公司依旧亏损2000万美元,这紧张是由于PAS 5500出身前的“阵痛”。PAS 5500使公司的现金流不断增长。在公司的历史上,资金首次正向流入,而不是流出去。
ASML用支票偿还了1992年5月飞利浦2100万美元的“输血款”,一天后,飞利浦财务部门卖力人打来电话,请ASML再也不要用支票支付这么大一笔钱了,这样公司丢失了两天的利息。
1995年,ASML成功上市,不过不是在荷兰,他们在路演时得到的反馈很冷淡,连养老金都不相信他们,他们只能转向纳斯达克。在美国上市,以及美资股东引入,可能是ASML后来能避开一些地缘限定的缘故原由。
等到1996年,ASML的一些员工开始穿着印花T恤四处走动,T恤上面写着:我们将打败日本人。
打败日企
浸入式光刻是ASML打败尼康的关键节点。
20世纪90年代末,光刻光源被卡在193nm无法进步,摩尔定律受阻,科学家和家当界提出了各种方案。
末了胜出的是一个工程上最大略的办理办法,在晶圆光刻胶上方加1mm厚的水。水可以把193nm的光波长折射成134nm。浸入式光刻成功翻越了157nm大关,直接做到半周期65nm。加上后来不断改进的镜头、光刻胶,还有FinFET等技能,浸入式193nm光刻机一贯做到7nm制程(iPhone XS搭载的A12芯片就采取7nm制程)。ASML现任CEO韦尼克曾说:“iPhone能涌现,是由于浸入式光刻技能。”
2002年台积电的林本坚博士提出了浸入式193nm的方案,随后ASML在一年的韶光内就开拓出样机。而台积电也成为了第一家实现浸入式量产的公司,自此追上了之前制程领先的英特尔。
浸入式改进小、效果大、本钱低,险些没有人去订购尼康险些同时推出的157纳米干式光刻机。虽然尼康只用了一年韶光就完成了对浸入式技能的追赶,但ASML已经抢先夺下IBM和英特尔等许多大客户的订单。
这导致后面尼康不再强势。尼康在2000年还是老大,但到了2009年ASML市占率达到近七成,遥遥领先。
EUV光刻机之难在前文已有描述,一台EUV光刻机有超过10万个零件,须要40个集装箱运输,重达180吨,安装调试都要超过1年。
早在1997年,面对寻衅193nm之难,英特尔说服了美国对高科技最开明的克林顿内阁,发起了互助组织EUV LLC。该组织由英特尔和美国能源部牵头,还包括摩托罗拉以及AMD,以及美国三大国家实验室——劳伦斯利弗莫尔实验室、劳伦斯伯克利实验室和桑迪亚国家实验室,投资两亿美元凑集几百位顶级科学家,从理论上验证EUV光刻的可行性。
美国政府对20世纪80年代和日本的贸易战依然很敏感,不想让尼康、佳能等日本公司与美国的国家实验室互助,虽然尼康本来就认为EUV技能行不通。
结果是尼康被打消在外,ASML被许可加入(在做了一堆对美国贡献的许诺后)。
2012年,ASML请英特尔、三星和台积电入股自己,由于EUV光刻机的研发投入须要每年10亿欧元。统共算下来,ASML从三大巨子成功筹得53亿欧元资金。而2012年整年,ASML的发卖额也才47亿欧元。
2015年,可量产的EUV光刻机样机发布,ASML站上光刻技能之巅。
不可复制的故事
正如《光刻巨人:ASML崛起之路》一书作者瑞尼·雷吉梅克在接管《中国经济周刊》采访时说的那样:如果你想制造出一台光刻机,就须要在技能上投入大量的资金和人力,然而这样的技能也只能坚持几代人。想复制ASML的成功,须要企业同时拥有资金、人才、政府支持以及历史性的机遇。
ASML的成功无法复制,但其经历对芯片行业的后来者不无教益,尤其是其独特的外包办法和供应商生态。
如今的芯片家当供应链错综繁芜,一颗范例的芯片,可能是一个加州或中国的工程师团队,利用美国的设计软件,根据总部位于英国的ARM公司的蓝图设计出来的。 设计完成后,会送到中国台湾的工厂,那家工厂再从日本购买超纯硅片及分外气体,接着利用一家荷兰公司制造的、环球最精密的机器,把前述的设计刻在硅上。如果没有这些公司,很难制造出前辈的芯片。 之后,芯片会经由封装与测试,常日是在东南亚进行,然后才运到中国,装进手机或电脑。
还是以iPhone为例,台积电和三星作为代工厂,是苹果的供应商;ASML作为光刻机制造商,是台积电、三星的供应商;而蔡司作为光学元件制造商,是ASML的供应商……
而根据ASML 2022年年报,其供应商总数约为5000家,个中1600家在荷兰,1300家在北美,1350家在亚洲。
这个漫长的链条分担研发本钱,也分享商业利益。
有剖析认为,苏联在芯片上的掉队一大缘故原由是缺少国际供应链。硅谷与美国盟友互助打造的环球化分工极有效率。当时日本紧张生产内存芯片,美国生产较多的微处理器,日本的尼康与佳能以及荷兰的ASML瓜分了光刻机设备市场。 东南亚的工人卖力大部分的末了组装。 美国、日本、欧洲的公司在这个链条上争夺地位,但它们却都能够把研发整天职摊到一个远比苏联还大的半导体市场上,因而受益。
如何利用好国际供应链,如何定位自己在国际供应链中的位置,这是每个芯片行业后来者该负责思考的问题。
本文综合自:
(荷)瑞尼·雷吉梅克著;金捷幡译:《光刻巨人:ASML崛起之路》,公民邮电出版社,2020.10。
(美)克里斯·米勒著;蔡树军译:《芯片战役:天下最关键技能的争夺战》,浙江公民出版社,2023.5。
余盛:《芯片战役》,华中科技大学出版社,2021.11。
“金捷幡”"大众年夜众号“光刻机之战”系列组文
B站UP主“谈三圈”光刻机与芯片系列科普视频。
(本文刊发于《中国经济周刊》2023年第22期)