為什么一臺(tái)最新的光刻機(jī)可以賣到超過(guò)一億美金？

一、ASML'sArchitects

我很有幸得到荷蘭作者RenéRaaijmakers的支持，協(xié)助翻譯一本講述光刻機(jī)霸主ASML(阿斯麥)發(fā)展史的書：《ASML'sArchitects》。

作者René醞釀這本書超過(guò)十五年，而寫作花了整整七年。

為什么寫此書這么費(fèi)時(shí)間呢？因?yàn)闆](méi)有類似的書可以抄，ASML一直是個(gè)低調(diào)不愛宣傳的公司。

全書翻譯成中文約五十萬(wàn)字，和字典一樣厚，每個(gè)事件都來(lái)自于當(dāng)事人訪談和企業(yè)文檔。所以95%以上的內(nèi)容，對(duì)中國(guó)讀者來(lái)說(shuō)都是從沒(méi)聽過(guò)的新鮮內(nèi)容。

René最終給出了問(wèn)題的答案，那些了不起的人們才是光刻領(lǐng)域的貢獻(xiàn)者，我們最應(yīng)該歌頌的是勇于挑戰(zhàn)的科學(xué)家和工程師們。

讓我感到羞愧的是，我在之前文章中把所有成就都簡(jiǎn)單歸功于公司頭上。

接下來(lái)聊幾個(gè)書中小花絮。

二、飛利浦和ASM合資時(shí)還是挺欺負(fù)人的

ASM老板ArthurdelPrado出生于當(dāng)時(shí)還是荷蘭殖民地的印尼，父親有猶太血統(tǒng)。二戰(zhàn)時(shí)十來(lái)歲的他被關(guān)到印尼的集中營(yíng)，還好這不是納粹管理的那種。

早期飛利浦研發(fā)半導(dǎo)體的負(fù)責(zé)人HajoMeyer更是傳奇，作為猶太人被從荷蘭趕到奧斯維辛集中營(yíng)，因?yàn)榈聡?guó)人需要他維修機(jī)械逃過(guò)一劫。第二次逃過(guò)毒氣室是趁蘇軍到來(lái)被趕到河邊逃生。他回憶說(shuō)，那次差點(diǎn)變成化肥或者鞋油。

戰(zhàn)后的規(guī)矩是難民各回原籍，像鉛筆一樣瘦的Meyer步行從波蘭走回荷蘭，然后去上大學(xué)學(xué)習(xí)。

太平洋戰(zhàn)爭(zhēng)結(jié)束后，DelPrado也回了荷蘭上大學(xué)并后來(lái)考取了哈佛商學(xué)院。二十六歲時(shí)，他到硅谷旅行，見識(shí)到剛剛起步的芯片行業(yè)，便被深深吸引了。

畢業(yè)后，DelPrado帶著一小片晶圓和500美元回到荷蘭，創(chuàng)建了“先進(jìn)半導(dǎo)體材料”公司，ASM就是公司的縮寫。

三、一個(gè)人有多大的見識(shí)，決定了他能做多大的事

DelPrado的公司很成功，他準(zhǔn)確預(yù)判了芯片業(yè)的偉大前景，并夢(mèng)想打造歐洲的硅谷，但是傲慢的飛利浦卻多年都不理他。DelPrado在報(bào)紙上撰文說(shuō)，他在美國(guó)可以很容易約到IBM或HP談合作，但在家鄉(xiāng)卻很難約到本土巨頭。

直到1983年ASM在納斯達(dá)克上市兩年后，飛利浦的一位高管讀報(bào)時(shí)才意識(shí)到這家伙還是有點(diǎn)錢可以聊聊的。

雖然DelPrado苦苦追求，但雙方合作談了一年多，飛利浦還是覺得ASM太小玩不了光刻機(jī)，并不看好其未來(lái)。所以在雙方?jīng)Q定合資公司(即ASML)各出210萬(wàn)美元時(shí)，飛利浦有點(diǎn)狡猾地把16臺(tái)還沒(méi)做好的庫(kù)存PAS2000光刻機(jī)折價(jià)180萬(wàn)美元算出資。

DelPrado當(dāng)時(shí)可能不很清楚，這16臺(tái)PAS2000因?yàn)椴捎糜蛪簜鲃?dòng)臺(tái)，配這臺(tái)機(jī)器還需要比機(jī)器更大的動(dòng)力單元而且有震動(dòng)，很難找到客戶買。

PAS2000的光學(xué)部件來(lái)自巴黎的CERCO，雖然這家公司很強(qiáng)，但是做到大規(guī)模集成電路精度就不行了。而當(dāng)時(shí)ASML還沒(méi)找蔡司合作，蔡司根本就看不上這個(gè)小生意。

四、ASML是1984年愚人節(jié)成立的，和聯(lián)想同歲

那時(shí)正是日本半導(dǎo)體如日中天的時(shí)代。NEC和東芝那時(shí)的江湖地位就像今天的英特爾和三星。日本生產(chǎn)的DRAM良率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于美國(guó)，逼得兩年后英特爾壯士斷腕。

日本半導(dǎo)體的成功背后，是尼康和佳能兩大光學(xué)巨頭的光刻，以及東京電子、日立、迪恩士、住友、東橫等一系列配套廠商的支持。

缺錢缺光學(xué)器件的ASML，市場(chǎng)占有率為零的ASML，拿什么去競(jìng)爭(zhēng)呢？

首任ASML的CEOGjaltSmit到美國(guó)開展會(huì)時(shí)向應(yīng)用材料的CEOJimMorgan請(qǐng)教。應(yīng)用材料公司當(dāng)時(shí)規(guī)模還不大，是ASM的晶圓前后道工藝的直接競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。Smit是托了飛利浦的人介紹，所以Morgan就坦誠(chéng)發(fā)表了意見。

Morgan說(shuō)，他肯定不會(huì)去碰光刻，光刻根本不能說(shuō)是一道工序，而是要有能力駕馭機(jī)器和光。他補(bǔ)充說(shuō)，半導(dǎo)體廠一般只會(huì)從一家買光刻而且要董事會(huì)級(jí)別才能決定。

一臺(tái)機(jī)器都沒(méi)賣出去的Smit回國(guó)時(shí)心情十分沉重(withaheavyheart)。

五、光刻機(jī)的原理

光刻機(jī)的原理非常簡(jiǎn)單，就是用光把圖案投射到硅片上。然而實(shí)現(xiàn)上有兩個(gè)難點(diǎn)，一個(gè)是如何讓圖案盡可能地小，另一個(gè)是怎么讓生產(chǎn)效率最高。

圖案要多小呢？最新技術(shù)是一平方毫米(比芝麻還小)里面有一億個(gè)晶體管。

生產(chǎn)效率要多高呢？目前的核心技術(shù)是一小時(shí)出產(chǎn)近300片300mm晶圓，每片晶圓上千個(gè)芯片。ASML的先進(jìn)光刻機(jī)7x24小時(shí)工作，全年停機(jī)時(shí)間不超過(guò)3%。

光頭一次只能曝光26x33mm橡皮那么大的區(qū)域，一塊晶圓曝光一遍至少要移動(dòng)好幾百次。你可以想象光刻機(jī)臺(tái)的移動(dòng)速度有多快。更何況每次移動(dòng)的定位要精確到幾十納米，就是頭發(fā)絲的幾萬(wàn)分之一。

六、“定位精準(zhǔn)”與“唯快不破”

ASML的前輩們從公司一開始就決定好了主攻方向，那就是“定位精準(zhǔn)”和“唯快不破”，這個(gè)理念稱為后來(lái)成功的基石。

讓精密動(dòng)作到令人發(fā)指的機(jī)器7x24小時(shí)穩(wěn)定工作，是工程學(xué)上的巨大挑戰(zhàn)。

我們經(jīng)?？吹叫侣劊f(shuō)某科研單位實(shí)現(xiàn)了多少nm光刻，這時(shí)你要理解從實(shí)驗(yàn)室刻出兩條線到工廠7x24之間是有天塹的。

ASML研發(fā)前身飛利浦物理實(shí)驗(yàn)室(NATLAB)的特色就是，不在乎成本但是要做到最好。這個(gè)偉大的實(shí)驗(yàn)室是CD光盤的誕生地，也是NXP(恩智浦)的誕生地。

所以ASML光刻機(jī)的設(shè)計(jì)原則也是，盡量不考慮成本和售價(jià)，但是要做到最精密和最可靠。

ASML在90年代中期的老機(jī)型PAS5500，現(xiàn)在還在官網(wǎng)翻新出售。這足可見其可靠性之高。

這剛好契合了半導(dǎo)體廠商的需求，投資以數(shù)十億美元計(jì)的工廠，最怕的就是停線。設(shè)備貴一倍都沒(méi)關(guān)系，只要能不停運(yùn)轉(zhuǎn)，就可以源源不斷地印錢。

作者René也把光刻機(jī)稱為L(zhǎng)icensetoPrintMoney。

書中介紹日本競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手時(shí)，給了我一種有趣的聯(lián)想(不是結(jié)論)。

日本半導(dǎo)體衰落的原因，并不像那些陰謀論公眾號(hào)說(shuō)的是貿(mào)易戰(zhàn)。

它和1985年廣場(chǎng)協(xié)議以及日美半導(dǎo)體協(xié)議沒(méi)有直接關(guān)系。因?yàn)榈搅?990年NEC、東芝和日立還是半導(dǎo)體世界前三名，而且營(yíng)業(yè)額都翻番。

1994年ASML的市場(chǎng)份額只有18%，但是設(shè)計(jì)超前的8英寸PAS5500以及1995年的IPO給ASML插上了翅膀。率先采用這個(gè)機(jī)器的臺(tái)積電、三星和現(xiàn)代(后來(lái)的Hynix)很快決定幾乎全部光刻改用ASML。

而1995年?yáng)|芝、西門子(后來(lái)的英飛凌)和IBM聯(lián)盟一起開發(fā)256MbTrenchDRAM。他們當(dāng)時(shí)考慮到和佳能的合作，開始沒(méi)選擇ASML。

巧合的是，堅(jiān)持尼康佳能的日系半導(dǎo)體廠商真正開始了長(zhǎng)達(dá)十年的衰敗，而押寶ASML的三大東亞廠商迅速崛起直到今天稱霸。

我在國(guó)內(nèi)聯(lián)系了一些出版社希望出版《ASML'sArchitects》，但很不幸多數(shù)出版社并不認(rèn)為它有商業(yè)價(jià)值，即使市面上還沒(méi)有介紹這間公司的書。

一家著名大學(xué)出版社的編輯說(shuō)，只寫一個(gè)公司的書銷路會(huì)很窄，暗示我應(yīng)該寫個(gè)故事拼盤。我開玩笑反駁說(shuō)《騰訊傳》不是賣得很好嗎？他說(shuō)，那不一樣。

我猜他可能是對(duì)的，這種書也許就能賣個(gè)幾千本，談不上賺錢。而且現(xiàn)在讀者更喜歡快餐讀物，更關(guān)心結(jié)論；尤其希望聽到馬云等偶像直接告訴我們?nèi)松晒γ卦E是什么，韭菜能不能吃，貿(mào)易戰(zhàn)能不能贏...

雖然如此，如果一本書能夠吸引獨(dú)立思考的年輕人或半導(dǎo)體從業(yè)者喜歡他的行業(yè)，有熱情投身進(jìn)去學(xué)習(xí)和鉆研，對(duì)國(guó)家大力支持的集成電路產(chǎn)業(yè)還是會(huì)有莫大好處的。

你們是希望和未來(lái)。