极紫外光下拍摄的太阳,日冕在黑色背景中发光

只有一家公司造得出的机器

1984年,一家荷兰合资公司在埃因霍温的一栋飞利浦大楼里开工。到2012年,它押下的那场大赌每小时只能产出七片晶圆,而所有头脑清醒的对手都已离场。这几十年的大部分时间里,耐心和固执看上去一模一样。

№ 0132026年9月9分钟阅读Pedrum Shokouhi

太阳在13.1纳米极紫外波段下的样子,从轨道上拍摄。波长这么短的光穿不过空气,所以制造芯片的机器只能在真空里自行造光。

Gjalt Smit · Arthur del Prado1984年,埃因霍温,Strijp TQ

ASML 开张营业那天是1984年的愚人节。当时它还叫 ASM Lithography,是一家合资公司,设在埃因霍温飞利浦的 Strijp TQ 大楼里,新上任的总经理叫 Gjalt Smit,手下有四十七名工程师,都是被人劝着放下了铁饭碗的人。原先这个小组有五十人。飞利浦开出了诱人的条件,而他们把这份邀约看得一清二楚,直言这是资产剥离。飞利浦本来连这个合作伙伴都不想要:它中意的是美国巨头珀金埃尔默,把 Arthur del Prado 的 ASM 当成无名小辈,直到珀金埃尔默与别人签了约、这个小组也没时间可耗了,才回头去找他。工程师们带过来的那台机器 PAS 2000,核心技术要重新设计,头一件就是那个液压晶圆台,它把油带进了洁净室。公司很快就嫌地方小了,挤进飞利浦办公楼旁边的一间棚屋,ASML 自己的大事年表管它叫漏雨的棚屋,1985年才搬进费尔德霍温的新楼。这间棚屋后来成了圣典,ASML 自己讲述创业经过时,用的词就是“神话”。

最初几年,没人有理由去想遥远的未来。和蔡司的镜头合作从1986年开始,可到了1988年,公司的处境已经糟到让 ASM 撤了出去,一位叫 Henk Bodt 的飞利浦董事会成员说服同僚,再拉它最后一把。1986年,日本开了一场与埃因霍温的任何人都毫无关系的学术会议,NTT 的研究员 Hiroo Kinoshita 在会上报告说,他用多层膜反射镜反射极短波长的光,投出了图像。道理很简单:光的波长越短,印出的线条越细,而当时业界用的是436纳米的汞灯,Kinoshita 却一路探到了11纳米附近。麻烦在于,几乎所有东西都会吸收这么短的光,所以依靠它的机器只能在真空里运行,光路里只能用反射镜。“遗憾的是,听众对我的报告极为怀疑,”Kinoshita 几十年后回忆道。在美国,评审贝尔实验室一份提案的人写道,这么细的线条“永远用不上”;劳伦斯利弗莫尔国家实验室的 Andrew Hawryluk 就这个想法发表了一篇论文,然后按他自己的话说,“夹着尾巴”回了家,发誓再也不提。

安迪·格鲁夫 · Jos BenschopEUV LLC,1997年至2003年

最先拿出真耐心的是美国人。1992年,安迪·格鲁夫批准英特尔拿出$2亿投向 EUV。后来联邦政府对国家实验室的资助逐渐见底,英特尔及其伙伴在1997年向这些实验室承诺了$2.5亿,英特尔同意通过一个叫 EUV LLC 的联盟,承担实验室全部的 EUV 研究费用。同一年,ASML 请来 Jos Benschop 启动自己的项目,1998年与蔡司成立了欧洲研究小组,1999年加入美国的联盟。1990年代中期曾执全球光刻设备销量之牛耳的佳能和尼康,则留在了圈外。至于原因,各家说法不一:有的说华盛顿实际上阻止了日本公司参与,有的说尼康在争议中自己谢绝了,佳能则被挡在门外。不论哪种,英特尔都在力挺荷兰人。ASML 承诺在美国建一座与荷兰工厂规模相当的工厂,并让美国零部件占到55%,至少有一份严谨的研究说,它从未兑现这些条件。所以,如今人们称赞的 ASML 护城河,有相当一部分是外国政府和一位急需供应商的客户送给它的。2001年,ASML 完成了对 Silicon Valley Group 的收购,一份研究称它是美国最后一家光刻设备供应商,英特尔还为这桩交易四处游说。于是,在开业十七年后,ASML 买下了当年珀金埃尔默的光刻业务。

任何灯都发不出这种光,所以机器只能自己造光。一台发生器把熔融的锡滴射进真空,每滴的宽度大约是一根头发的三分之一,速度是每秒七十米。一发激光脉冲在锡滴飞行途中击中它,把它压成一张薄饼,再来一发更强的脉冲,把薄饼汽化成等离子体,温度约50万开尔文(这是 ASML 给出的数字),等离子体便放出13.5纳米的光。紧接着下一滴又到了,每秒5万次。通往晶圆的路上,每面反射镜只能反射约70%的光,十二面下来,能剩下的光可能不到2%。锡离子曾经把光学系统糊住,直到工程师加入氢气把它们扫走。这些反射镜由蔡司制造,蔡司自己打的比方是:把一面镜子放大到德国那么大,它偏离设计形状的幅度也只有0.1毫米。光学曾是所有难题里最让人发怵的一个。按 ASML 自己的说法,蔡司证明了自己造得出这些反射镜之后,光学问题很快就从关键问题清单上消失了,公司的注意力转向了光源。

技术人员正在加工哈勃空间望远镜的大型主镜
1979年,哈勃主镜在珀金埃尔默接受研磨。几年后,飞利浦会选这家公司,而不选 ASM。
Grant WillsonSPIE 主题演讲,2005年2月

Benschop 曾说过,EUV 到2006年就能量产。2006年,实际做出来的是两台原型机,一台给比利时的 imec,一台给奥尔巴尼的一所纳米科技学院;而一年前,这个领域最主要的学术会议上,主题演讲台已经彻底调转枪口,对准了这个想法。“永远不会有人靠 EUV 印出一片赚钱的晶圆,”Grant Willson 说,他是得克萨斯大学教授,也是 Molecular Imprints 的联合创始人,这家公司做的是一种竞争技术。同一年,DARPA 终止了自己的光刻项目,此时已投入$10亿、历时十四年。2001年,支持者们谈的价格是每台$1500万到$2000万。第一台预量产系统2010年运抵三星在韩国的一处研究基地,平安夜实现首次出光,到了第二年,ASML 披露该型号的平均售价约为€4000万。“他们在 SPIE 上简直把我们钉上了十字架,”Benschop 回忆道,因为客户总是拿旧的光源路线图,去对照光源实际的表现。2012年10月,ASML 同意收购光源供应商 Cymer,公告用它自己的数字交代了现状:在客户现场最高11瓦,大约相当于每小时七片晶圆。

十一瓦

EUV 光源功率(单位:瓦),对照量产所需的250瓦。

250 W, the target 2012年10月,客户现场:最高11 W 11 W Oct 2012 customer sites 2012年10月,实验室:30 W 30 W Oct 2012 lab 2016年,实验室:200 W 200 W 2016 lab 2017年7月,演示:250 W 250 W July 2017 demonstrated 250 W, the target 11 W Oct 2012 customers 30 W Oct 2012 lab 200 W 2016 lab 250 W July 2017 shown
十一瓦,意味着每小时约七片晶圆。250瓦,意味着125片。第一个数字是 ASML 自己公布的,就在宣布收购光源供应商的公告里。
佳能 · 尼康退出,2009年与2011年

很容易把那些退出的人说成傻瓜,可我不认为他们是。佳能押的是 X 射线光刻,2000年底宣布不再继续。尼康押的是电子束投影,2005年放弃,此前英特尔买下了它$9000万的债券,部分原因就是想让它继续押在 EUV 上。2007年,尼康仍向日本的合资企业 Selete 交付过一台 EUV 设备。2009年5月,听说尼康暂停了部分 EUV 设备,野村的一位分析师写道,“ASML 近乎垄断的地位,很可能会变成真正的垄断”;同年9月,《EE Times》援引业内人士报道,佳能的 EUV 工作正和高端光刻业务一起逐渐式微,佳能对此部分提出异议。2011年,尼康退出 EUV 系统,后来在一份投资者演示材料中给出的理由是“所需的投入过于庞大”。它2013年的年报仍然说,EUV“没有按计划推进”,并转而把方向指向450毫米晶圆。把这句话放到那十一瓦旁边,再去找找其中的傻瓜。头脑清醒的董事会,到这里就会退出。我想换作是我,也会在这里退出,还会写一份写得很漂亮的备忘录解释为什么。

英特尔 · 台积电 · 三星客户联合投资计划,2012年

让这场赌局活下来的是客户,而这场救援的结构,正是投资人该研究的部分。2012年7月9日,EUV 设备还在评估阶段,ASML 手头缺钱,公司宣布了一项计划,最终的结果是英特尔、台积电和三星分别持有15%、5%和3%的股份,并同意在五年内出资€13.8亿用于研究。他们为这些大多没有表决权的股票付了€38.5亿,而 ASML 把这笔钱全数还给了其他股东。随后是 Cymer,宣布时作价€19.5亿,原因是 ASML 向 SEC 表示,它认为 Cymer 没有能力独自把光源做完;2016年轮到卡尔蔡司 SMT 24.9%的股权,作价€10亿。英特尔承诺的€8.29亿研究经费中,有€5.53亿是用在450毫米晶圆上的,也就是尼康当初指的那个方向。2013年11月,距计划宣布十六个月,在客户作出决定之后,ASML 暂停了这项工作,这笔钱转投 EUV。

瓦数姗姗来迟。到2016年,ASML 在实验室里做到了200瓦,2017年7月,它已能宣称相当稳定地演示了250瓦,这个水平意味着每小时125片晶圆;公司一位高管打趣说,他在 Cymer 工作的时候,目标永远是明年。按 ASML 的口径,第一款商用 EUV 产品在2019年到了公众手里,那就是三星的 Galaxy Note10,当年在一场研讨会上,Benschop 掏出了手机。“我曾经天真地说过,EUV 会在2006年量产,”他回忆起自己当时对台下这样说,按他自己的算法,晚了整整十三年,然后他朝众人晃了晃手机。后来有人请他总结整件事,他笑了。“你可以说,我们要么才华横溢,要么只是固执。”为这段历史写过专著的 Chris Miller,把这种品质称为“固执地愿意投入”,我觉得他说得对。ASML 的2025年年报称它是全球唯一的 EUV 系统制造商,那一年它对其中48台确认了收入;不过路透社2025年12月曾报道,深圳一间实验室里的一台原型机正在产生 EUV 光,但“尚未造出能用的芯片”。

我认为 Benschop 那句话,是迄今任何人谈到这家公司时最诚实的一句,因为他不肯二选一。IBM 和 NTT 当年同样认真评估过 X 射线光刻,后来因为掩模怎么也做不到能用而放弃,那份耐心如今被记成了浪费。我之前写过那些飞回来的飞机,这里就是其中一架:一个幸存者,身上的弹孔如今被我们读成了性格。我最多只能给出两条检验标准,拿在手里也别攥得太紧。ASML 的固执是有边界的。它一直在改进那些养活公司的深紫外设备,2003年交付了第一台浸没式系统,而客户不再需要的东西,它就放手。还有,真正要买这台机器的人,在数字还停在十一的时候就把钱押了下来。即便如此,答案也不干净利落,因为信得最久的那位客户,收获反而最少。英特尔在1992年下了第一注,后来在自家工厂里栽了跟头,直到2023年才开始用上 EUV。

再说回主题演讲台上的那个人。佳能在2014年收购了 Grant Willson 联合创办的 Molecular Imprints,纳米压印成了它重返芯片制造前沿的路径;尼康2022年的经营计划,则把 EUV 相关零部件列为增长动力,也就是它当年转身离开的那台机器的零件。2024年9月,佳能卖出了据报道是其首台正式销售的纳米压印设备,距收购已过去十年,买家是得克萨斯州的一家研究机构。ASML 押注到第十个年头,交付出去的只有两台原型机,还被人从台上断言,永远不会有人靠这玩意儿印出一片赚钱的晶圆。我真想告诉你,其中一个是耐心,另一个是固执。可这样的句子,只有事后才写得出来。


注释

  1. ASML 的创立、四十七名工程师、珀金埃尔默、PAS 2000 和那几间棚屋,出自 Jorijn van Duijn 的《ASML’s founding story》(ASML,2024年4月3日)和 ASML 的在线历史年表;年表还提供了埃因霍温漏雨的棚屋、1985年迁往费尔德霍温、蔡司合作的开端以及1988年的各项事件。
  2. Kinoshita 1986年的报告以及 Hawryluk 的遭遇,见于 Sander Hofman 的《Making EUV: from lab to fab》(ASML,2022年3月30日),以及 SPIE 的《Photonics Focus》,2023年5/6月号。关于主办这场报告的学会,各方资料说法不一。11纳米这个数字出自 Rachel Courtland,《IEEE Spectrum》,2016年10月31日。
  3. 贝尔实验室的评审意见、格鲁夫的$2亿、1997年的承诺、日本公司被挡在门外、ASML 1999年的条件、SVG 一事上的游说、将 SVG 称为美国最后一家供应商的说法,以及 IBM 和 NTT 的 X 射线研究,均出自 John VerWey 的《Tracing the Emergence of Extreme Ultraviolet Lithography》(CSET,2024年7月)。尼康谢绝参与、佳能被阻挡、ASML 从未兑现其条件,这几点出自 Brian Potter 的《How ASML Got EUV》(《Construction Physics》,2025年11月20日),该文还点出 Ultratech Stepper 是另一家获得授权的美国企业。珀金埃尔默的光刻部门1990年出售给 SVG 一事,出自 ASML 的 Wilton 历史介绍(2023年)。
  4. 锡滴的速度、频率和等离子体温度,出自 ASML 的《The hottest thing about ASML machines》。ASML 在别处把这种等离子体描述为比太阳表面热40倍,与上述数字对不上,所以我只采用了其中一个。锡滴大小和氢气一事出自《MIT Technology Review》,2021年10月27日;反射镜的反射率出自《IEEE Spectrum》,2016年;德国的比喻出自 Simon Bihr(卡尔蔡司 SMT)在2022年 EUVL 研讨会上的报告。
  5. Grant Willson 的那句话出自《EUV litho headed for failure, say SPIE keynoters》(《EE Times》,2005年3月1日)。DARPA 的退出和2001年的价格说法出自 CSET 的报告;首次出光出自《Making EUV》。ASML 在2011年第二季度业绩中给出 NXE:3100 的平均售价为€4200万,在第三季度业绩中为每台€4000万,两份业绩均已提交 SEC。CSET 给出的更高数字$1.2亿,无法追溯到它所引用的来源。
  6. 11瓦、每小时七片晶圆,以及2012年收购 Cymer 的交易条款,出自 ASML 2012年10月17日的公告,该公告已提交 SEC。实验室30瓦的数字出自同一份公告,200瓦的数字出自《IEEE Spectrum》,2016年,250瓦的报道出自《EE Times Asia》,2017年7月18日。
  7. 佳能与尼康:CSET;John Walko,《Nikon said to be delaying EUV lithography development》,《EE Times》/《EDN》,2009年5月15日;Mark LaPedus,《Canon struggles in litho as tool prices soar》,《EE Times》,2009年9月18日;尼康,《Annual Report 2013》;尼康,IR Day 2022 演示材料,第47页。佳能否认自己已退出193纳米光刻。
  8. 联合投资计划出自 ASML 2012年8月5日和10月17日的公告、之后的一份 6-K,以及2012年、2013年和2016年的 20-F 文件,这些文件同时给出了450毫米项目的暂停、英特尔的承诺,以及 ASML 对 Cymer 资源状况的判断。蔡司股权一事出自2016年11月3日的联合公告。
  9. Benschop 的言论和关于光学系统的叙述出自《Making EUV》。2025年的数字出自 ASML 于2026年2月25日提交的 20-F 表格。深圳原型机一事出自路透社的《How China built its ‘Manhattan Project’ to rival the West in AI chips》(2025年12月17日),我读的是香港《The Standard》的转载版。Miller 的话引自《MIT Technology Review》,2024年4月1日。英特尔2023年开始使用 EUV 一事出自 CSET。
  10. 佳能2014年的收购及其首笔正式销售,出自《Canon finds first customer for nanoimprint tool》,《Bits&Chips》,2024年9月30日。

P.S.我是 Pedrum Shokouhi。我着迷于公司如何被创办、融资和运营。所以我写它们,像投资人一样拆解它们的战略,也亲手创办自己的公司。这里记录我正在学到的东西。