崛起、封锁、绞杀：40年光刻战争背后的美国阳谋

来源:是说芯语发布时间:2022-12-081349浏览

”是说芯语”已陪伴您1423天

大家好，这里是好奇心爆棚的一心博士。

据外媒报道，美国正向荷兰施压，要求扩大光刻机的禁售范围。

也就是除了最先进的、用于7nm以下的EUV（极深紫外线）光刻机，就连技术落后一代、只能用于生产7nm以上制程芯片的DUV（深紫外线）光刻机，可能也将遭到禁售，从而国产芯片厂商、车规级芯片以及一些消费类芯片，都将面临受制于人的命运。
如今光刻机领域，阿斯麦、佳能、尼康三家厂商占据了90%以上的份额，这三家当中，阿斯麦又独占91%的份额（销售额），佳能6%，尼康3%，尤其是EUV光刻机仅有阿斯麦有能力生产。

阿斯麦
但时间回到40年前，却完全是另一幅光景。
当时正是日本半导体全面崛起的年代，尼康凭借着相机时代的积累，成为光刻机领域当之无愧的巨头。而阿斯麦全公司算上老板只有31名员工，名义上是飞利浦的子公司，但是只能挤在飞利浦总部大楼旁，临时搭建起的板房里。

那么一个30人的创业团队，是如何逆袭日本半导体巨头？阿斯麦和尼康的经历，对我们又有什么启发呢？

天崩开局
芯片领域有一个众所周知的摩尔定律，集成电路上的晶体管数目，每18个月增加一倍，也就意味着晶体管要不断缩小，光刻机厂商则要交付相应的设备出来。
光刻机，可以简单理解为超高精度的照相机，把设计好的电路图投射在硅片上。这么一说，是不是感觉听着尼康造光刻机就挺靠谱的？
上世纪60年代，光刻机的门槛并不是很高，不高到三十人团队的ASM（阿斯麦前身）也能进入这个行业。
但当时的ASM，既没有技术也没有规模，处处碰壁，连年亏损。没人觉得ASM能有什么未来，甚至飞利浦在烧了20年的钱之后，找人接盘光刻机业务时，正眼都不看ASM一眼。
飞利浦没想到的是，他这么看ASM，别人也是这么看飞利浦，最后没人愿意搭理的飞利浦和ASM勉强凑到了一起，1984年，双方合资成立阿斯麦。
飞利浦以还没做好的光刻机出资，不再提供经费，也不提供办公室，即便如此，ASM也不得不与飞利浦平分股权，31人的团队就在飞利浦大楼下的漏水棚子里办公。
飞利浦还想尽可能节省资金，财务部门起草了合资企业必须支付的费用清单，包括制造20台光刻机所需的费用，以至于阿斯麦“买杯咖啡就会破产”。
这时的阿斯麦，就像一艘四处漏水的小船，好不容易才凑足了水手，修修补补之后起航，结果刚一出海就遇到了暴风雨。
1986年，阿斯麦刚研发出新一代的光刻机，半导体市场就迎来了大萧条，大量光刻机厂商亏损倒闭，入不敷出的ASM从阿斯麦撤资，飞利浦含泪扛下了所有。

尼康称雄

阿斯麦成立的1984年，靠着不断推陈出新的尼康已经揭竿而起，成为了光刻机市场的头号玩家。

相比于竞争对手依靠产业链，尼康的特点是零件技术全部自己搞定，优势是更新迭代快人半步。
就靠着这半步的优势，1984年，尼康市场份额达到三成，与美国光刻机巨头平起平坐，英特尔、IBM、AMD等每天排队等着尼康的新产品下线，和今天眼巴巴等着阿斯麦出货别无二致。
随着行业陷入衰退，美国绝大多数光刻机厂商都爆发了财务危机，昔日垄断市场的美国巨头相继被收购，到80年代末，美国光刻机巨头的地位，已经完全被日本的微影双雄（尼康和佳能）取代，即便美国两度逼迫日本签订半导体协定，也没能改变美国光刻机没落的趋势。
当然也正是此时日本光刻机的风光无限，以及对美国的绝对碾压，为日后的衰落埋下了伏笔。
对于阿斯麦来说，尽管当时的形势异常艰难，但事后来看却是天赐良机。
因为如果当时市场欣欣向荣，阿斯麦落后的产品卖不掉，很有可能迅速失败。而市场不振，恰好给了阿斯麦喘息和修炼内功的机会。
第一个转折点出现在1991年，经过了行业寒冬及大洗牌之后，阿斯麦推出了业界领先的突破性产品：PAS 5000，带来了台积电、三星、现代几家关键客户，阿斯麦的名气随之迅速打响。
1995年，阿斯麦在阿姆斯特丹和纽交所上市，熬出头的飞利浦，直接在IPO时出售了一半的股份，之后几年陆续卖光离场。
此时的阿斯麦，终于进入了光刻机巨头的行列，市场形成尼康、佳能、阿斯麦三分天下的局面。
这时同样一个难题摆在他们面前，那就是，如何突破193nm。

阿斯麦崛起
根据这个公式（瑞利方程），要降低R（光刻机分辨率）就需要降低k1或λ，或者提高NA。
R=k1*(λ/NA)
当时最直接有效的方法，是降低光源的波长λ，但是这条路那会基本走到头了，短期难以突破，各大厂商提出了种种方案，最终全部以失败告终。
他们败给了台积电一个叫林本坚的鬼才工程师，和一个近乎异想天开的方案。林本坚跳出公式，用高中物理知识解决了困扰全行业的难题。

林本坚
之前的介质是空气，如果把介质换成水，通过水的折射，就能从193nm直接跨越到134nm。
听起来很美好，但毕竟只是理论，能不能实现还有无数问题要解决，所以林本坚带着ppt到美国、日本、德国等跑了一大圈，根本没人买账。
原因除了技术太“鬼才”，还有非常重要的一点是颠覆性创新的沉没成本实在太高，各家公司已经在原来的技术路径上投入了太多，所以有些公司不但不理，甚至向台积电施压，要求雪藏林本坚。
不过当林本坚跑到荷兰时，阿斯麦决定赌一把。
当然也不能完全说是赌，阿斯麦一直有赛马机制，在难以判断孰优孰劣时，多花点研发经费，让两个团队在两条技术路径上赛马，当年让阿斯麦起死回生的PAS 5500的研发，也是采用的赛马机制。
2003年，阿斯麦和台积电合作研发出首台浸入式光刻机，成功进化到了134nm，第二年，尼康才推出157nm的干式光刻机。
这一次，尼康不但慢了半步，而且还技不如人。随后意识到大事不妙的尼康也转向浸入式光刻机，但为时已晚。
自此，阿斯麦开始全面碾压其他对手，到2010年，阿斯麦的市场份额突破60%，尼康则从50%左右跌到20%左右。

结局已定？
如今回过头看，尼康的失败，还不仅仅是因为这一次技术路线选择的问题。
因为在下一代光刻机EUV上，尼康早已失了先机。
1997年，英特尔为了突破193nm，选择了激进的EUV方案，记得咱们开头提到的只有阿斯麦能造EUV光刻机吗，没错，开端就在这里。
英特尔组织了一个EUV联盟，联盟中除了AMD、IBM这样的产业巨头，还有美国的三大国家实验室，这几个实验室日常研究的都是核武器、超级计算机这样的东西，万事俱备，就缺个像样的光刻机制造商，偏偏美国本土的光刻机企业，一个能打的都没有。
尼康和阿斯麦能打，但都不是美国本土企业，怎么选？

专家给国会的汇报中这么说，“尼康可能会将技术转移回日本，从而彻底消灭美国光刻机产业”。
刚在日本这吃过亏的美国，只能选择阿斯麦。
后面的一切似乎都顺理成章，阿斯麦集全球制造业精华，成功在2015年造出了EUV“印钞机”，英特尔、台积电、三星，先后入股阿斯麦，如今美国资本集团、贝莱德是阿斯麦的前两大股东，阿斯麦成了半个美国公司。
不过我们所面对的，也并非是铁板一块，阿斯麦是半个美国公司，但也只是半个。至于封锁的影响也是两方面的，一方面会掣肘技术发展，但另一方面也会加速国产替代，就像阿斯麦CEO所言，“出口管制，只会加速中国的科技自主。”

关于阿斯麦的崛起，有人会强调合作，强调阿斯麦是集大成者，但现实很残酷，阿斯麦的成功路径，不是谁都可以复刻。
但回顾阿斯麦的发展史，从阿斯麦数次濒临破产，到成为全球光刻机霸主的过程中，可以发现无数的绝境，以及无数的绝境逢生。
现在是很艰难，但没有自主就没有自由，未来只会更难。
尽管今天落后，但在技术路径决定一切的光刻机市场，尼康、阿斯麦可以后来居上，下一个阿斯麦，为什么不会诞生在中国？

参考文献：1.US Wants Dutch Supplier to Stop Selling Chipmaking Gear to China，Jillian Deutsch2.ASML CEO warns Europe not to ban export of technology to China，Kimanthi Sammy3.光刻机之战，陈兴华4.光刻机大败局，刘芮等5.从“小破厂”到全球一哥，光刻机巨头ASML的周期逆袭史，经纬创投6.复盘 ASML 发展历程，探寻本土光刻产业链投资机会，倪正洋7.摘取光刻机皇冠上的明珠——ASML，胡小禹等

加入“中国IC独角兽联盟”，请点击进入

----------------------- END-----------------------

推荐阅读：

台积电，开始倒计时

美国籍人才大批离职？人才回流加速！
半导体到底怎么了？

一个亿的融资在一家芯片初创公司可以烧多久?

国产芯片人才还能火多久？

俄罗斯芯片什么不怕卡脖子？