前言
近年来，由于众所周知的原因，荷兰ASML（阿斯麦）公司的先进半导体制造设备——光刻机，进入普通大众视野，成为人们茶余饭后谈论的焦点话题之一。
1月底，“美日荷三方谈判达成协议，可能进一步限制先进半导体设备出口”的消息，又一次将光刻机置于舆论中心。
根据外媒消息，若这一协议生效，ASML的部分DUV和EUV（极紫外光刻系统）光刻机将可能向中国断供，国内14nm及以下制程芯片的产线建设与扩产，都将因此陷入停摆境地。
尽管目前ASML方面表示，该协议不影响其2023年的供货，但是业界仍然不免担心，一旦EUV光刻机断供中国，我们将如何应对？毕竟，目前能生产最先进制程EUV光刻机的厂商，全球有且仅有ASML一家。
与此同时，网络上也不断涌现出这样的疑问：为什么ASML能够一家独大、垄断全球EUV光刻机市场？荷兰这样的小国家都能造出来，我们为什么造不出来？这比造原子弹还难吗？
本文接下来将对ASML EUV光刻机进行“拆解”，并对ASML的成长逆袭史进行简要梳理，以此更全面地了解ASML如何做到光刻机霸主地位。虽然它的成功不能复制，但他山之石可以攻玉，正处于寻求国产化替代的我们，或许可以从它的故事借鉴一二。
01
拆解EUV：集全球尖端科技于一身，90%零部件来自外购
EUV光刻机，也称为极紫外光刻系统，作为半导体芯片制造流程中投资最大、技术难度最高的设备之一，不断地挑战着物理极限和人类工业制造的极限，它的研发难度完全不亚于航空发动机和原子弹，因此也被誉为半导体工业“皇冠上的明珠”（航空发动机则被誉为“现代工业皇冠上的明珠”）。
ASML工程师称，EUV光刻机可能是人类迄今制造的最复杂最精密的机器之一。有多精密呢？它的工作，相当于用波长只有头发直径一万分之一的极紫外光，在晶圆上绘制电路，能够让指甲盖大小的芯片，包含上百亿个晶体管。
虽然半导体芯片的制造通常包括八大工艺——晶圆清洗、光刻、刻蚀、薄膜沉积、扩散、离子注入、机械研磨、金属化，其中每一步都不可或缺，但光刻这一步，可以说直接决定了芯片的集成度。
具体来说，光刻类似于照片冲印技术，利用紫外光线，把掩膜版上的精细电路图，曝光打印到硅片上，因此光刻机也叫掩膜对准曝光机。“打印”的电路图精细度越高，同样大小的晶圆就能容纳更多元件，从而大幅降低芯片成本。
根据公开资料，一台EUV光刻机一共由超过10万个零件组成，重达200吨，运输它需要3架波音747货机、40个货运集装箱和20辆卡车，将其小心翼翼运输至fab后，还需要半年至一年的时间进行安装调试，才能正式运行。
这样一台庞大复杂的EUV光刻机，售价相当昂贵，大约为1.2~1.5亿美元，且价格还在不断上涨，其最新一代用于生产2nm芯片的High-NA EUV光刻机，售价预计达到4亿美元（约合人民币27亿元）。
一台EUV工作一天大概需要耗电3万度
但即便EUV售价如此高昂，却仍然订单不断，据电巢了解，目前ASML无论是DUV还是EUV，都已售罄，现在下单的话，要等到2025年之后才能交付。
可以说，先进光刻机的出现，让人类得以不断挑战芯片制造工艺的极限，让摩尔定律得以不断延续。台积电、三星等芯片代工巨头正是依赖于它，才能够不断突破制程极限，实现7nm、5nm、3nm甚至2nm芯片的量产。因此，全球独此一家的ASML EUV，从诞生起就不担心没有市场。
但是，ASML能够拥有如此称霸全球的绝技，至今垄断着EUV市场，其实并非仅靠一己之力，它的背后集合了全球数千家公司最顶尖的智慧与技术。
据调研，ASML 90%的零部件都来自于外购，ASML只负责掌握最核心技术及集成。根据其公布的最新资料显示，公司供应商多达5000家，主要是来自美国、德国、日本、韩国、中国台湾和荷兰本土的企业，其中美国厂商数量最多。
具体分布为：来自荷兰本土的供应商大约有1600家，占比32%左右，来自北美和亚洲的供应商分别约1350个，占比各27%，来自EMEA地区（欧洲、中东和非洲）的供应商大约有700家，占比14%左右。
很遗憾的是，这5000家供应商，没有一家来自中国大陆
所有的零部件中，最核心的组件为光源和镜头，其中，激光光源的独家供应商为美国Cymer（被ASML于2012年10月收购，以加快EUV的研发进度）；镜头供应商为德国卡尔蔡司（Carl Zeiss ）。
另外，浸没双工作台供应商为ASML和台积电；光学组件来自德国的陶瓷和光学模组制造商Berliner Glas（ASML为了巩固关键部件的供应，已于2020年收购了该公司）；精密加工由德国Heidenhain（海德汉）负责，以及日本KYOCERA（京瓷）也为其提供零部件。
2016年，为了克服10nm以下先进制程良率控制方面的问题，ASML又收购了电子束晶圆检测设备供应商Hemes Microvision（HMI，中文名汉微科），进一步扩大了供应商版图。ASML部分供应商名单如下：
虽然ASML公开资料中显示没有中国大陆供应商，不过根据一些企业自己公布的信息来看，实际上大陆也有少数企业与ASML有着直接或间接的合作，但可能所占份额较小，或所提供零部件并不是关键组件，可替代性较强，因此未引起重视。
值得一提的是，就在2月2日，中国湖南凯美特气特种气体公司被ASML子公司Cymer列入合格供应商名单，这意味着凯美特气进入了ASML供应链，说明其在光刻气生产领域的生产能力、产品质量得到了认可。另外，由于俄乌战争的影响，ASML担心其乌克兰的氖气供应商中断供货，因此也在中国寻求替代者，有中企透露已通过认证。
当然，我们现在想要利用这一两种产品对ASML进行反制，目前来看显然是不现实的。
通过ASML供应商拆解，我们看到，ASML实质上就是一个集成商，但它掌握着光刻机最核心的技术。同时为了巩固自己的霸主地位，它还在不断进行收购，已将全球该产业链中最顶尖的企业几乎都纳入自己麾下，形成利益共同体。其它光刻机企业想要再造出能与之匹敌的EUV光刻机，短时间内仅凭一己之力恐怕很难实现。
02
ASML逆袭史：人、资金、技术，缺一不可
纵观全球光刻机发展史，1984年才成立的ASML，入局已经比当时的光刻机巨头尼康、GCA等晚了10-20年，而它却在30多年里实现从一无所有到一方霸主的逆袭，可谓业界传奇。
通过它的逆袭史，我们发现，ASML的成功离不开三大因素——技术、资金以及技术背后的人。
1984年，飞利浦因自身财务状况不佳，决定寻找一家公司合作接管其光刻机项目。但当时美国光刻机巨头Perkins Elmer、GCA等都不愿意，而荷兰ASM公司的创始人普拉多（Athur Del Prado）则看中这一赛道，主动寻求合作，ASML自此成立。
普拉多对于光刻机有着坚定的信念，他对ASML的成功也功不可没
虽然是飞利浦旗下的合资子公司，但ASML成立之初却很不受重视。公司当时的办公地点设在飞利浦门口的一个简易板房里，房顶漏水，门口还放着一个巨大的垃圾箱，办公环境可以说十分恶劣了。更惨的是，当时公司市场份额为０，账户存款空空，被调侃为“买杯咖啡就会破产”的公司。
ASML成立初期的办公室
那时候，ASML创始人根本不会想到，30多年后，公司会成为半导体光刻领域无可替代的老大哥。
当时的光刻机市场，属于美国GCA、Perkins Elmer、日本尼康、佳能等几家公司，尤其是尼康，发展势头强劲，在1985年正式超过GCA，成为业界第一大光刻机供应商。那时才刚刚诞生的ASML，完全无法望其项背。
成立后的前几年，ASML都不曾盈利，飞利浦一度对其失去信心。而ASML第一任CEO贾特·斯密特(Gjalt Smit)对技术的一次敏锐预判，改变了公司无人问津的局面。
斯密特在ASML只供职三年便离开，但他对公司的影响一直延续至今
斯密特从一次SEMICON West大会上回来后断言，从大规模集成电路（LSI）到超大规模集成电路（VLSI）的一步显然就在眼前，显然芯片的晶体管尺寸将缩短到1/1000毫米以下，光刻机也不再处理4英寸晶圆，而是转向6英寸。
在这种变化下，产业需要全新一代的光刻机，下一代光刻机必须可以将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，但是目前没有人能做成这一套光刻解决方案。
斯密特坚信ASML取得突破的机会来了。但留给他们的时间并不多，必须争取在两年时间内造出新一代光刻机，否则市场很快就会被其它巨头瓜分。
如何在如此短的时间里完成，斯密特选择了一个大胆激进的方式——公司只进行研发和组装，具体模块分包给合作伙伴。他把光刻机拆分成各个模块，专业团队并行开发每个模块，每个模块都有自动通信接口，最终模块组装成整个光刻机。这种模块化研发安排，大大提高了效率。
他们还与合作商建立深度合作关系，及时沟通，打通整个产业链，快速高效运转。
两年后，他们成功推出了第二代产品电动晶圆台光刻机PAS 2500（此前第一代产品步进式光刻机PAS 2000，仅有飞利浦自家友情支持购买了几台），并卖给了美国当时的创业公司赛普拉斯（Cypress），今天的Nor Flash巨头（2022年被英飞凌以101亿美金收购）。
ASML公司对PAS 2500的介绍
1987年，台积电向ASML下单了17台PAS 2500，这一个大订单，让ASML实现了扭亏为盈。
此后十多年时间里，ASML从最初无人问津的小透明，成长为台积电、IBM等公司的供应商，但尼康仍然是横在他们面前的一个强大对手，因为惯性，英特尔、IBM还是更青睐于尼康的设备。想要完全战胜尼康，实现逆袭，当时看来还很难。
而ASML很幸运也很有决心，抓住了下一个弯道超车的机会——加入EUV LLC联盟和选择浸润式光刻机赛道。
20世纪90年代末，市面上的光刻机波长停留在193nm，止步不前，干式193nm光刻机的极限工艺是65nm，如何进入40nm工艺，是每个光刻机厂商面临的难题。
当时，业界提出了各种方法，英特尔则坚定地选择了EUV方法，它和美国能源部牵头，与AMD、摩托罗拉等于1997年组成EUV LLC联盟，验证EUV光刻机的可行性。而将理论变成产品的重任，则被ASML坚定地包揽了过去。
之后的研发过程中，ASML又一次做出与众不同的选择——放弃大家都在研究的干式光刻技术，把“赌注”全部押在了台积电工程师林本坚提出的“浸润式”光刻技术上。
所谓“浸润原理”就是在晶圆光刻胶上方加一层水，水的介质折射率是1.44，因此193nm/1.44≈134nm。因此在不改变光刻机波长情况下，变相扩大了NA，使得193nm波长的能等效出134nm的波长。
之后的几年里，ASML开始紧锣密鼓地研发新设备，并在2004年正式推出浸润式光刻机的原型机。
2006年，ASML的XT 1400i进入英特尔并顺利通过40nm工艺的验证，获得了英特尔的大订单，之后一路高歌猛进，相继签下其它大厂商。
2006年，ASML推出的浸润式光刻机原型机
到了2009年，ASML就已经拿下70%的市场份额，当初的龙头老大尼康，则快速败退，只剩下30%的份额。
此后，ASML越战越勇，一路走向全球EUV光刻机霸主地位。2012年，它又请英特尔、台积电和三星入股公司，以获得更充足的资金进行设备研发与生产。得到三大巨头的资金支持，ASML没有了资金链断裂的顾虑，才有了“花最多的钱，制造最尖端的机器”的底气。
按照ASML自己的说法， EUV真正取得成功是在2018年。它的客户英特尔、三星、台积电，愿意花数十亿美元来购买EUV。说明大家已经开始完全信任EUV技术。
2019 年，第一款支持 EUV 的商业产品发布（三星的 Galaxy Note10 和 Galaxy Note10+ 智能手机）。2020 年开始，ASML的EUV正式进入量产，同年 12 月，ASML庆祝了第 100 台EUV出货。
公司员工庆祝第100台EUV的交付
截至 2021 年底，ASML共有127台最新一代EUV光刻机为其全球客户所用。这些“印钞机”一般的机器，为公司带来了上千亿人民币的营收。
总 结
ASML的逆袭之路，可谓跌宕起伏，它曾一次次受到行业巨头的轻视，一次次走在破产关停的边缘，但它又一次次地坚定信心，鼓起勇气去寻找机会、去创新、去突破。
当下的中国半导体产业，也正如最初的ASML一样在夹缝中求生，但我们相信，凭借国家政策、资金与人才的力量，我们也会一步一步攻克难关，书写属于我们的传奇。
ASML工程师曾说：“即使把EUV的设计图纸给别人，也没人能造得出来。”但现在，他们的态度也有所改变。ASML CEO温宁克在前不久就对媒体公开表示：“由美国主导的针对中国的半导体出口管制措施，最终或促使中国在高端芯片制造设备领域成功研发出自己的技术。如果他们不能得到这些机器，他们就会自己研发这些机器。这需要时间，但最终他们会达到目标。你越给他们施加压力，他们越有可能加倍努力，以制造能与阿斯麦相匹敌的光刻设备。”
目前上海微电子已经制造出用于生产90nm制程芯片的光刻机，28nm也正在研发中。给中国企业以时间，我们与国外厂商之间的差距终将一步步缩小，半导体工业皇冠上的明珠，也终将为我们所摘取。
参考资料：
金捷幡：《光刻机之战》
《ASML的登峰之路，给你带来不一样的光刻机故事》
