今天小編分享的科技經驗：ASML：從飛利浦棄兒到光刻之王，歡迎閱讀。
近日，荷蘭光刻機巨頭 ASML 宣布：其聯席總裁兼首席執行官皮特 · 溫寧克 （Peter Wennink）及聯席總裁兼首席技術官馬丁 · 範登布林克（Martinvanden Brink）将于 2024 年 4 月 24 日退休。現任首席商務官兼管理委員會成員克裡斯托弗 · 富凱（Christophe Fouquet）将可能會成為公司的下一任總裁兼 CEO ——當然，這還需要經過 2024 年 4 月 24 日的年度股東大會的最終批準。
溫寧克和範登布林克從 2013 年接任 ASML 的總裁，至今已經十年。這十年，是 ASML 成立以來最輝煌的十年。在這個時間點上，回顧一下這家公司從幾近破產的小公司成長為業界巨頭的過程，是非常有意義的。
一、光刻往事
要講 ASML 的故事，我們有必要先花點篇幅來介紹一些與光刻技術及光刻機相關的背景知識。
嚴格來說，我們将這項技術稱為 " 光刻 " 是有誤導性的。它并不是像很多人想象的那樣用激光在矽片上刻圖，而更像是一種照相曝光和印刷技術的組合。
光刻的英文是 Photolithography，從構詞上容易看出，這個詞脫胎于 Lithography，即 " 石版印刷術 "。
" 石版印刷術 " 的要害之處在于用化學的方法在要畫的圖案上塗上油墨，而讓其他地方保持空白。與之類似的，光刻的要害則在于用化學的方法保留矽片中需要的部分，而去掉其他的部分。所不同的是，在 " 石版印刷術 " 中，人們用的是油脂、樹膠和水來實現這一點，而在光刻過程中，人們則是通過光和光刻膠來實現。
大家知道，芯片的制作過程很大程度上是一個在矽片上雕刻出復雜電路的過程。仿照石版印刷的思路，可以先在矽片上畫上想要的圖案，并将它保留下來。為了達到這一點，我們需要先在矽片上塗上一層含有光致敏劑的光刻膠。然後再借用光學技術将帶電路圖的掩膜（mask）按比例縮小後投射到矽片上。在光照到的地方，光刻膠就會產生變化，形成一道保護層。在經過曝光之後，就可以用含氯或氟的氣體對矽片進行蝕刻（Etching）。這樣，有保護層的地方的矽就會保留下來，而其餘部分的矽則會被侵蝕掉，我們需要的電路就被刻到了矽片上。
從歷史上看，光刻技術出現的時間比芯片還要早。1955 年，貝爾實驗室的科學家卡爾 · 弗洛希（Carl Frosch）和林肯 · 德裡克（Lincoln Derick）發現了一種對矽擴散進行表面保護和選擇性屏蔽的技術。這種技術在矽的表面生成凝聚态的氧化膜，并在其上面蝕刻出視窗圖形。這樣，雜質原子就只能夠從視窗擴散到矽襯底中去，而覆蓋了氧化膜的矽則會被保護起來。
1957 年，物理學家傑伊 · 拉特羅普（Jay Lathrop）和詹姆斯 · 納爾（James Nall）通過改造的顯微鏡反射光線，得以将復雜的電路圖縮小投射到矽片上。在發表關于這項技術的論文時，拉特羅普和納爾将它命名為 Photolithography ——很顯然，在命名時，他們刻意将這種技術和古老的石版印刷技術進行了類比。有意思的是，後來拉特羅普曾認為這個名字用得并不得當，因為事實上在加工過程中起作用的是 " 蝕刻 " 而非印刷，但這個名字是如此生動而深入人心，因而後來一直被沿用了下來。
随着半導體產業的興起，光刻這種便捷、實用的矽片加工技術的需求變得越來越大，于是商業化的光刻機就有了它的市場。1961 年，美國地球物理公司（Geophsical Corporation of America，簡稱 GCA 公司）的子公司大衛 · 曼恩公司（David Mann）造出了世界上第一台商用光刻機—— 971 型光刻機。雖然從現在的角度看，這台光刻機的性能存在着很多不足，但在當時，它已經可以很好地滿足業界的需要。因此，包括 IBM、德州儀器，以及飛利浦公司在内的半導體產業制造企業都争相采購這款光刻機，GCA 也因此獲得了巨大的商業成功。從此開始，光刻機本身也形成了一個獨立的產業。
二、并不被看好的業務
回到 ASML 的故事。作為一家獨立的公司，ASML 成立于 1984 年。但在它獨立之前，其前身飛利浦公司的物理實驗室（簡稱 Natlab）卻已經與光刻機打了數十年的交道。
1962 年底，Natlab 的一個考察團赴美國參觀了貝爾實驗室。參觀期間，貝爾的研究人員向他們展示了自己開發的半導體芯片。這些芯片的精巧做工讓考察團的成員們驚嘆不已。考察團成員、Natlab 的主任皮特 · 哈依曼（Piet Haaijman）将一塊芯片帶回了歐洲，并讓實驗室的研究人員好好對其進行研究。一位剛入職不久的研究員弗利茨 · 克洛斯特曼（Frits Klostermann）在通過顯微鏡詳細觀察了這枚芯片後，感嘆這個小小的元件簡直就像一只 " 閃耀着彩虹般光彩的怪異昆蟲 "。
不久後，克洛斯特曼被調到了實驗室的光化學研究小組。這個小組的任務是為飛利浦開發光刻機。1963 年 5 月，飛利浦從大衛 · 曼恩公司重金購入了一台 1080 型光刻機。作為技術服務人員，克洛斯特曼對這架機器進行了組裝。通過這番實踐，他詳細了解了這款先進機器的結構，也發現了它的種種缺陷，這些都為他日後開發光刻機奠定了基礎。不久之後，他又作為采購人員訪問了美國多家光刻機廠，對當時各種先進光刻機的技術特性進行了深入的了解。
1966 年，克洛斯特曼終于獲準自行研發光刻機。1967 年，他就做出了一台重復曝光光刻機的原型機，并将其在 Natlab 的展覽會上展出。當時飛利浦的高層并不重視這個重要的研發成果。此後，Natlab 在光刻機的研發上還取得了很多成績。但遺憾的是，由于公司的高層對光刻機項目并不重視，導致這些研究成果沒能很好地轉化為現實的產品，更無法轉化為經濟收益。
三、抛棄和新生
上世紀 80 年代初，飛利浦自身的财務狀況陷入困境，出于降本增效的考慮，就打算出售其光刻機等非核心業務。起初，飛利浦的計劃是讓某個大型的光刻機廠商來 " 接盤 "，但幾個相關大公司都沒任何興趣。
這個時候，一家名不見經傳的公司 " 先進半導體材料國際有限公司 "（Advanced Semiconductor Materials International Ltd.，簡稱 ASM）出現了。ASM 的創始人阿瑟 · 德爾 · 普拉多（Arthurdel Prado）出生于印尼，其父母都是荷蘭人。" 二戰 " 時，他曾被關入集中營。戰争結束後，他回到荷蘭，并學習了經濟學和化學。随後，又赴美在哈佛商學院進行了深造。
從哈佛畢業後，他遊歷了矽谷，目睹了半導體產業的蓬勃發展，就回到荷蘭進行創業。在他聽說飛利浦有意出讓光刻機業務後，曾多次找上門試圖尋求合作，然而，飛利浦又豈會看得起這家新創的小公司？所以，這個合作一直沒有成功。
1983 年，飛利浦的光刻機業務已幾近窮途末路。就在這時，飛利浦科學與工業部（S&I）的技術董事喬治 · 德 · 克魯伊夫在報紙上看到了一篇介紹 ASM 的報道。他發現，此刻的 ASM 早已不是當初主動上門來求合作的那家小作坊，已經成為了一家在美國納斯達克上市的大公司。于是，他趕緊向公司高層報告，表示可以嘗試和德爾 · 普拉多談一下。早已為财務困境煩惱不已的飛利浦高層此時也顧不得矜持，馬上就同意了這個建議。
雙方很快決定了合作方案：由飛利浦和德爾 · 普拉多分别出資 210 萬美元，成立一家新的公司，雙方在新公司各占 50% 的股份。這家新的合資公司被命名為 " 先進半導體材料光刻公司 "（Advanced Semiconductor Material Lithography），也就是後來大名鼎鼎的光刻巨頭 ASML。
四、走過最初的黑暗
在 ASML 成立之初，它的日子非常不好過。這時的半導體芯片江湖已經進入了一個新的時代。從上世紀 70 年代末開始，日本的半導體產業開始在通產省的產業政策支持之下迅速發展，日立、三菱、富士通、東芝、日本電氣等企業強勢崛起，成為整個芯片行業内舉足輕重的角色。與此同時，尼康、佳能等企業則開始進入光刻機的生產行列，并憑借質優價廉将老牌的美國光刻機廠商打得節節敗退。
與當時野蠻生長的日本光刻機廠商相比，新生的 ASML 簡直不足一提。這家新公司的最初員工總共只有 47 人，都是從飛利浦的 Natlab" 優化 " 而來的，本來就沒什麼鬥志。他們的辦公室被安排在飛利浦大廈前的簡易木棚房内，可謂一番破敗景象。
如何才能讓這個新公司實現破局呢？德爾 · 普拉多認為，最重要的是要找一個靠譜的 CEO。那麼，誰才能勝任，并且願意出任這個職位呢？獵頭向他推薦了賈特 · 斯密特（Gjalt Smit）。
斯密特是一位充滿激情、熱愛自由的人物。他是磁流體工程學碩士和天體物理博士，并曾在歐洲航天局工作。對于飛利浦來說，他其實不算新人。因為在 1969 年時，他曾加入這家公司，但不久後，就因受不了公司的官僚作風而辭職離開。此時，他的職位是美國電話電報公司駐荷蘭的銷售負責人。在過去的四年中，他的工作十分出色，幫助公司取得了政府的巨額訂單。
當德爾 · 普拉多見到斯密特後，馬上就被斯密特表現出的商業直覺所吸引，認為他就是自己要找的人。但是斯密特在聽說飛利浦占據 ASML 的一半股份後，表示出了猶豫。他對德爾 · 普拉多說，他欽佩飛利浦的技術，但在商業和營銷上，那裡是一團糟。不過，德爾 · 普拉多早已認準了斯密特就是對的人，他很快說服飛利浦方面，讓斯密特出任 ASML 的 CEO，而斯密特在一番推辭之後也最終接受了這個職位。
怎麼才能讓 ASML 迅速振作起來呢？斯密特認為，最重要的突破口是要盡快找到客戶。為了尋找客戶，他于 1984 年 5 月底來到了美國加州聖馬特奧參加西部半導體展覽會（SEMICON West），并拜訪了多家芯片巨頭。拜訪的結果讓他沮喪。幾乎所有的芯片巨頭都表示，他們在選擇光刻機供應商時會非常在乎對方的銷售量。
原因很簡單：對于使用者而言，光刻機的售後維修和保養是十分重要的，而只有那些銷售量達到一定規模的光刻機廠商才有可能負擔起專業的售後團隊——事實上，日本光刻機廠商之所以可以在短時間内搶到巨大的市場份額，就是因為它們有極為優秀的售後服務。然而，這一切對仍處在一窮二白階段的 ASML 來說，顯然是難以企及的。
不過，通過和芯片巨頭們的交談，他也發現了一個重要的信息：當時，芯片已經從大規模集成電路（LSI）發展到了超大規模集成電路（VLSI），芯片線路将縮小到 1 微米以下。如果按照摩爾定律，那麼在兩年之後，芯片的制造就要求能夠實現 0.7 微米以下的成像，但包括尼康、佳能、CGA 在内的所有光刻機當時都還不能達到這一精度。
斯密特認識到，如果 ASML 可以彎道超車，率先實現這種新光刻機的生產，就可以成功在市場上站住腳。根據 ASML 工程師們的估計，想要在兩年内開發這樣一個新光刻機，投入的成本大約需要 1 億美元，在他們看來，ASML 的董事會顯然不會批準這麼大的一筆投入。這時，斯密特的銷售經驗就發揮了作用。憑借着他的三寸不爛之舌，董事會竟十分意外地同意了這個方案，并且讓飛利浦和 ASM 先各拿出 150 萬美元來作為第一筆資金。
得到了董事會的支持之後，斯密特馬上啟動了計劃。他預先将新產品的名字定為 PAS2500，并計劃在 1986 年的西部半導體展覽會上展示新的機器。
在斯密特的帶領之下，原本一團散沙的 ASML 團隊終于重新燃起了鬥志。不過，這時候，市場的情況出現了變化。随着經濟的衰退，芯片制造商們在購買光刻機時變得越來越謹慎。這讓斯密特認識到，如果完全把寶押在兩年後的 PAS2500 上，ASML 可能早就倒閉了。為了提早打開局面，他們必須先拿出一款過渡性的產品。
在 ASML 工程師夜以繼日的努力之下，過渡性質的 PAS2400 僅用了半年就生產了出來。相對于當時市面上主流光刻機适用的液壓機台，PAS2400 采用了 Natlab 的電動機台，從而可以讓光刻過程中的調節更加準确。
1985 年，斯密特帶着 PAS2400 來到了西部半導體展覽會進行展示。在展會上，PAS2400 的表現非常出色，整個展會期間，一直正常運作。相比之下，其他光刻機廠商演示的產品卻經常出現各種問題。但盡管如此，并沒有任何訂單在會上達成。
進入 1986 年，ASML 的命運似乎終于迎來了拐點。當年年初，它終于迎來了自己的第一個客戶——一家叫 MMI 的小型芯片制造商，它購買了幾台 PAS2400。這樣，ASML 終于實現了銷售上的零的突破。
當年 5 月，PAS2500 也終于開發完成。當斯密特帶着 PAS2500 來到西部半導體展覽會上時，這款新產品馬上吸引了人們的注意。賽普拉斯（Cypress）公司的 CEO 在看過 PAS2500 後，對其性能表示非常滿意，并表示出了購買意向。不過，他的條件是要求 ASML 買一些自己公司的股票，以确保雙方的利益綁定。這樣，如果 ASML 的光刻機出了問題，它自己也會受到損失。按照公司的規定，這有些困難。但對于變通的斯密特來說，這并不是問題，他指示公司的 CFO 很快向 NMB 銀行貸款解決了股份購買的資金。
斯密特還想要更多。此前，AMD 的創始人傑瑞 · 桑德斯（Jerry Sanders）曾抱怨美國產的光刻機質量太差，因而不得不購買日本的產品。斯密特知道此事後，立馬讓人在報紙上登廣告向桑德斯 " 表白 " 說：" 我們聽見了你的話，傑瑞。" 在 1986 年的西部半導體展覽會上，斯密特又親自帶着資料找到了桑德斯，向其兜售 PAS2500。桑德斯對 PAS2500 非常感興趣，但在最後一刻決定沒有購買，原因是行業不好，AMD 也缺錢。
戲劇性的是，在一年之後，一切又峰回路轉，AMD 主動找到了 ASML 要求購買光刻機。原因很離奇：AMD 收購了 MMI，在盤點其固定資產時，發現 MMI 購買的其他品牌光刻機已經不能再使用，而那幾台 PAS2400 卻依然正常工作。就這樣，ASML 終于靠自己過硬的質量赢得了 AMD。
不過，當 ASML 正在向好的方向轉變時，斯密特的地位卻變得岌岌可危。盡管已經獲得了一部分訂單，但由于前期的巨量投入，ASML 虧損嚴重，這讓兩家母公司不堪重負，就連德爾 · 普拉多也開始抱怨 ASML 的無止境燒錢。就在這個時候，德國的 Leybold Heraeus 公司向斯密特抛出了橄榄枝，于是他就很識趣地從 ASML 主動辭職了。
從歷史的角度看，斯密特是 ASML 歷史上繞不過去的一個角色。正是他帶領 ASML 走過了最困難的時光，也是他為 ASML 注入了精益求精、用技術優勢來占領市場的公司精神。
五、逆天轉運
1988 年春季，ASML 已經發不出工資，最終靠飛利浦投入的 130 萬美元才勉強度過了難關。更為糟糕的是，ASM 也被 ASML 的無止境燒錢拖垮了。為了避免公司破產，ASM 不得不從 ASML 撤資，其在 ASML 中的股份與債務由飛利浦繼承。
就在 ASML 幾乎走到山窮水盡的時候，一筆大單卻意外地從天而降了：剛成立不久的台積電要購買 17 台新的 PAS2500。坦白說，這筆訂單多少有些關系性質。台積電成立時，飛利浦曾通過技術入股的方式獲得了其 27.5% 的股份，因而從某種意義上講，台積電和 ASML 有 " 兄弟 " 關系——不過，這種關系也有壞處，因為它在很大程度上束縛了 ASML 和台積電的談判空間。
1988 年底，當台積電的新生產線快要布置完畢時，意外遭遇了一場大火，大批原先向 ASML 訂購的 PAS2500 由此受損。因此，台積電發來了新機器的訂單。然而，很多在這場火災中受損的機器其實被破壞程度非常小，因而 ASML 實際上是回收了多數機器，并憑空多了一大筆訂單。由于有了這筆訂單，ASML 在光刻機市場上的份額增加到了 15%。
但 ASML 先前傾注了巨大心血的 PAS2500 并沒有如預期的那樣受市場歡迎。到 1989 年年中，ASML 的市場份額重新跌回了 6%，在主要光刻機廠商中位列倒數第二。而這樣的原因，很大程度上是随着芯片需求的增加，芯片制造商需要加工的晶圓規格已經從 6 英寸增加到了 8 英寸，但包括 PAS2500 在内的所有型号 ASML 光刻機還不能加工 8 英寸的晶圓。在這樣的情況下，要實現根本破局，就必須盡快搞出新產品。
這個艱巨的任務落到了範登布林克——也就是本文開始提到的那位即将辭任的首席技術官身上。作為新機器的架構設計師，他被命令要在三個月内拿出新機器的方案。臨危受命的他為了趕時間，幹脆在公司對面的會計師事務所找了一間安靜的房間，在裡面夜以繼日地進行工作，終于趕在期限拿出了新機器 PAS5500 的方案。
和市場上流行的所有光刻機都不同，PAS5500 是一台模塊化的光刻機，它的組件可以更換。由于光刻機的使用損耗非常大，所以在過去的整體架構下，芯片廠商經常會因一個零件的損壞而更換一整台光刻機，而 PAS5500 的設計顯然可以解決這個問題。
雖然 PAS5500 的設計很快完成了，但第一台機器的交貨卻是 1991 年的事了。在這中間，ASML 處理了大量供應鏈方面的問題。第一台機器的買家是 IBM，這時它已經是全球最大的半導體制造商，ASML 的銷售團隊經過了很大的努力，才敲開了它的大門。事實證明，當成功地把好的產品賣給這樣的買家時，ASML 的轉機就真的來了。
1992 年，ASML 的營收已經從前一年的 8100 萬美元上升到了 1.19 億美元，雖然由于前期研發的巨量投入，總體上依然是虧損，但幅度已經大大收窄。從 1993 年開始，ASML 的收入就出現了飛速增長，利潤也開始轉正。
1995 年，ASML 成功在納斯達克上市。到此為止，這家一度瀕臨破產的公司已經成長為真正的光刻機巨頭了。
六、光刻之王的加冕
那麼，ASML 又是如何最終超越尼康、佳能等日本的光刻巨頭，最終加冕為光刻之王的呢？這其實多少有一點偶然的成分。
在光刻機行業中，有一個重要的 " 瑞利法則 "（Rayleigh Criterion）：光刻機可以處理的臨界尺寸與使用光源的波長成正比，與數值孔徑成反比。随着芯片行業的發展，制造商們需要處理的電路尺寸越來越小，因而對光源的波長要求也就越來越高。
從上世紀末開始，光源的波長一直被卡在了 193 納米。那麼，怎麼才能獲得更短波長的光源呢？當時，台積電的林本堅提出了一個方案，将晶圓的光刻膠上增加 1 毫米厚的水，從而将 193 納米的光折射成 134 納米的光。基于這一原理，他提出了浸入式光刻機的構思。由于台積電和 ASML 的 " 親緣 " 關系，以及過去的長期合作，所以在這個構思提出後，機器的制造工作就自然交給了 ASML。
雖然浸入式光刻機的構思非常巧妙，但從工程角度看，它并不難完成。ASML 很快就按照設計制造出了 134 納米波長光源的浸入式光刻機，并憑借這台設備一舉擊敗了尼康。盡管幾乎同時，尼康經過研發，也突破了 193 納米的關口，開發出了 157 納米波長光源的光刻機，但市場是殘酷的。包括 IBM、英特爾在内的很多大客戶抛棄尼康，轉投 ASML。
但 ASML 并沒有滿足。為了鞏固地位，它在開發浸入式光刻機的同時，就已經向極紫外光源，也就是 EUV 發起了挑戰。在這個階段，ASML 的運氣可謂爆棚。當時，美國是最熱心 EUV 研發的國家，以英特爾為代表的一些企業成立了一個 EUV 聯盟，很多與之相關的技術和專利來自于這個聯盟。但由于美國和日本之間貿易關系的惡化，所以日本企業被排除在了這個聯盟之外。相比之下，ASML 雖然也是外國公司，但考慮到其人畜無害的形象，所以被接納到了這個聯盟當中。
ASML 在這個聯盟中獲得了很多有用的信息，并很快摸索出了一種新的 EUV 產生方法：用激光轟擊錫珠，讓其化為等離子态，從而產生 EUV。基于這個方法，ASML 于 2010 年推出了第一台 EUV 樣機。
不過，将樣機變為可以銷售的商品還需要很多投入，預期的投入可能達到每年 10 億歐元，以 ASML 的财力并沒有能力獨自完成這一切。為了解決這個問題，它邀請了英特爾、三星和台積電入股共同研發。終于，在 2013 年，量產的 EUV 光刻機 NEX：3300B 面世了——也就在這一年，溫寧克和範登布林克接過了公司的領導權。
此後，在這兩位聯席總裁的領導下，ASML 繼續高歌猛進，于 2017 年推出了 TWINSCANNXE：3400B，将光刻機的制程（即最小的電路栅格間距離）從 7 納米推到了 5 納米。而由此，ASML 的光刻霸主地位也最終确定。
