从“小破厂”到全球一哥，光刻机巨头ASML的周期逆袭史 |【穿越周期的冠军】

2022-05-18 04:05

随着2022年疫情起伏，一些城市进入封闭和静态管理节奏，很多创业公司也进入经营的艰难时刻。穿越周期对任何公司来说都并不容易，此刻我们想梳理和研究一些公司，它们或是某个硬科技领域的隐形冠军，或是一些重要赛道的著名公司，来看看艰难时期它们是怎么成长的。

第一篇我们选择了阿斯麦ASML，“光刻机”作为一个赢者通吃的硬科技领域，在它身上显现了太多科技公司发展的要素——如何押注正确的技术路径？是选择渐进式创新还是颠覆式创新？如何在短时间内做出正确的战略决策？如何发挥出高效的执行力？……这些也都是当下硬科技公司所需要面对的难题。ASML从一个被抛弃的研发项目，屡次走在破产边缘，到如今成为全球光刻机霸主，它如何度过那些绝境时刻？如何小心翼翼地穿越周期？尽管很多公司的成功不可复制，但这样的故事依然是引发思考的绝佳养料。

“他们不来了？他们不来了？他们不能这样做！” ASML总裁兼首席技术官马丁·范登布林克差点把他的电话机砸烂。1991年因为海湾战争的爆发，出于安全考虑很多跨国公司禁止高管乘坐飞机。

“他们”指的是IBM，因为这样的禁令，IBM的高管无法来与ASML进行最后的合同谈判。但此时ASML的财务状况几乎进了ICU，如果拿不到IBM的订单，1991年的ASML就会破产。ASML压上了全部身家，为了IBM的订单疯狂努力了好几年，这些努力，都会因为这场跟他们毫无关系的战争而化为泡影。

1991年的ASML，还远不是我们今天看到的ASML。今天ASML风光无限，光刻机被称为现代工业皇冠上的明珠，是制造芯片的核心设备，全世界只有少数几家公司拥有这样的技术。中国芯片产业最大的短板就是EUV光刻机，而这家荷兰公司占有45nm以下高端光刻机80%的市场，而在极紫外光（EUV）领域，ASML是全球独家生产者。

但曾经的ASML，无数次走在资金链断裂的边缘，小心翼翼地穿越经济周期。贯穿始终的，是ASML对技术路径的卓越把握和几乎无止境的研发投入。从推出PAS 2500在光刻机领域站稳脚跟，随后经过改进的PAS 5500进入头部行列，到与台积电合作成果研制浸没式光刻机系列，一举奠定霸主地位。

再到2010年推出第一台EUV光刻机原型，以及通过外延并购形成整体光刻产品组合，从ASML的发展历程中可以看出，要想做出一家战略级硬科技公司，是需要冒多么大的风险，有着多么大的决心，花费多么大的资金，才有可能成长起来。

我们通过书籍、券商研报、媒体报道等资料，研究了ASML的发展史，并结合对硬科技的投资逻辑总结了一些观点。以下，Enjoy：

经济危机救了ASML：我们看到ASML是怎么小心翼翼地穿越经济周期，回过头来看惊诧地发现，其实经济危机救了它；
硬科技的艰难抉择——押注改进还是颠覆：ASML真正的崛起里程碑，是选对了技术路径，但有时候成功来自于渐进式创新，有时候又来自于颠覆式创新，选对了一飞冲天，选错了万丈深渊，我们来看看ASML的启示；
关键转折点——贵人相助与敌人犯错：企业要想成功，离不开盟友助力与敌人犯错，台积电是ASML的贵人，两家力推的浸没式光刻技术，打败了当时流行的干式光刻技术，这也源自敌人尼康、佳能的错误。当运气来了，要怎么抓住它，看看ASML是怎么做的；
合作才能走得更远：今天的ASML 90%的零件其实是外购的，它是一家集成商，背后是美国、日本、欧洲、中国台湾、韩国多家公司与研究所的技术支撑，最终才能量产出极度复杂的EUV光刻机，合作与形成利益共同体是长远之道。

经济危机救了ASML

“坐视我们这种高风险企业快速倒闭，是典型的荷兰人做法。如果我们办公室的灯连续13个晚上亮着，政府劳工检验员会要求查看我们的工作许可证。但我们要把一个关键的战略产业拱手让给美国和日本吗？那我只能说，你们以后就去快乐地挤牛奶、搅黄油和种郁金香吧。” 德尔·普拉多曾愤愤不平地在接受媒体采访时说。

德尔·普拉多是ASM的创始人，他在1984年接手了被飞利浦抛弃的光刻机研发团队，成立了合资公司ASML。ASM是制造芯片生产设备的，但无论从技术和规模上，飞利浦都看不上ASM，所以在寻找接手方时，连谈判的机会都没有给它。

德尔·普拉多是个猛人，他几乎吃饭、睡觉和呼吸都在ASM，他的魅力、野心和无畏展露无遗。ASM有欣欣向荣的一面，但也有深陷泥沼的一面。欣欣向荣的是，ASM是荷兰经济惨淡景象中的一颗璀璨明珠，正从一家设备分销公司转型为独立设备制造商，收入开始增长；但深陷泥沼的一面是连年的亏损、不大的规模、面临众多技术先进的竞争对手……普拉多一直在用“芯片是战略产业”这一点来吸引荷兰政府资金的投入，但政府耐心也有限。

直到1983年，飞利浦在其他人那里碰了一鼻子灰，在经历了和3家公司谈判失败后，所有人都士气低落。而ASM在纳斯达克的成功上市，令飞利浦看到也许ASM还是有钱的。在飞利浦高层再一次明确必须放弃像光刻机这样的非核心业务后，必须抓住最后一次机会来挽救光刻机团队，阻止裁员的发生。

飞利浦光刻机项目早期的产品SiRe1；图片来源：Lithography giant：ASML's rise

于是，ASM作为最后一根稻草，会谈开始了。这场会议只持续了1个小时15分钟。“对不起，失陪一小会儿。”普拉多与飞利浦光刻机团队负责人克鲁伊夫聊了15分钟后，他走出房间与团队商量。将近一个小时过去了，他才回来，然后说：“让我们一起做吧。”

光刻机业务符合普拉多的雄心壮志，他制造了芯片生产过程中每一道工序所需要的机器，但唯独缺乏最具战略性的光刻机。

但合并一个光刻机团队也是巨大的冒险。在这场谈判的一年前，ASM的收入才3700万美元，然而仅新一代步进光刻机的研发费用，就将远远超过5000万美元。并且与光刻机所需的先进技术相比，ASM以前掌握的技术简直不值一提。

一家小公司与巨头合作，话语权往往落在谁更需要谁。先进技术令飞利浦在新成立的合资公司ASML中享有很大话语权，为了获得飞利浦Natlab技术实验室的后续访问权限，ASM不得不答应在新公司中与飞利浦平分股权。

飞利浦在交易中还想尽可能节约资金，财务部门起草了一份详细的合资企业必须支付的费用清单，包括为制造20台步进光刻机所需订购的零件和材料费用，以至于“这家新公司买杯咖啡就会破产”。

这就是ASML艰难的成立史，它像一艘好不容易凑齐水手、仍在四处漏水的小船，一边修补一边扬帆起航。这个艰难的开始，与后面ASML所要面临的困难相比，也只是九牛一毛。

从ASML成立的1984年开始，后面连续3年遭遇了市场长时期衰退，行业增长陷入停滞。但研究ASML的学者们提出了一种观点，市场崩溃最终证明是对公司的天赐之物。

为什么说经济危机救了ASML？

荷兰高科技学院（HTI）的董事总经理瑞尼·雷吉梅克，以及诸多ASML的早期员工都认为，经济危机打击了当时的巨头，但奇迹般地给了ASML喘息的时间，让它有足够的时间来重塑其研发和生产部门，因为当时刚刚起步的ASML，走错了油压技术路线、装配厂也还根本无法生产真正的大订单。那时如果芯片设备市场特别好，而ASML却卖不出光刻机，那么ASML会立刻失败。

另一方面，由于ASML的定位是光刻机集成商，一些零部件还需要依靠上游生产商，比如镜头，就需要德国蔡司生产，但蔡司当时的产能情况也非常糟糕。如果市场在1984年高速增长，蔡司都无法满足当时光刻机老大GCA的需求，更不可能给ASML足够的供应。

当然，这些认知是用后视镜来看，由ASML早期管理层总结出来的。但在1987年秋天，当时没有人能够感受到这种奇迹。

在经济衰退的这三年，刚刚起步的ASML主要在修炼内功，从一个士气低落、被抛弃的团队，逐渐变成一个自力更生的开发团队，物流和大规模生产系统也趋于成熟，销售和营销也已成为一股重要力量。

这种艰难开局还奠定了一个坚实的心理基础——要坚持熬过周期，在后来ASML多次濒临破产边缘时，都跟ASML在第一天就面临的困难一样。

工人正在超净室里组装；图片来源：Lithography giant：ASML's rise

硬科技的艰难抉择——押注改进还是颠覆

“等你卖了20台光刻机后，再回来找我谈。”

时任ASML CEO斯密特在加州一场世界一流的芯片设备展上备受打击，他到处宣扬飞利浦的光刻机项目起死回生了，但得到的反馈寥寥无几。当时的光刻机巨头是美国GCA和新崛起的日本尼康，装机量（在客户工厂中运行的机器数量）是所有人关心的关键指标，GCA和尼康已经达到数百台，而ASML还是零。

这个指标之所以重要，是因为光刻机过于复杂，以至于光刻机供应商需要配备大量服务工程师，以应对突发情况。一些微小的因素就会导致光刻机出现问题，实践经验非常重要。

带着绝望的心情，斯密特回到了荷兰，他除了觉得芯片行业充满活力之外，其他都是沮丧的消息。绝境逼人思考，当他回顾在整个差旅中看的一切时，似乎在黑暗中有一丝光线若隐若现。

当时，整个芯片行业即将跨越一个难关，这为设备制造商创造了机会。在加州的展会上，每个人都在谈论摩尔定律，谈论下一代机器——从大规模集成电路（LSI）到超大规模集成电路（VLSI）。

显然在未来几年内，芯片线路将缩小到1/1000毫米以下，光刻机处理的将不再是4英寸的晶圆，而是6英寸的晶圆。

随着这个转变，超大规模集成电路需要新一代光刻机，这种机器要能够将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。在所有的坏消息中，唯一的好消息就是，还没有人找到制造这种光刻机的方法。

大门虽关闭，但窗户已打开。斯密特与团队一起探讨，如果ASML成功开发出新一代光刻机，那么半导体行业就会被他拿下。

斯密特之所以有这样的信心，是因为新一代光刻机必须在光学、对准和定位等几乎每个方面都大幅改进。当时的行业巨头佳能、GCA、尼康和Perkin-Elmer公司制造的机器仍然使用导程螺丝杆来移动晶圆台，这意味着他们的图像细节达不到小于1微米的定位精度，而这正是ASML技术的优势所在。

斯密特也是一位有远见的人。他以前研究过航空业的整合行动，在他还在上大学的时候，世界上有50家飞机制造厂，当他拿到博士学位后，就只剩下几家了。他还在上一份工作经历中见证过电信业的技术变革。他知道一家新公司，在成熟市场是没有机会的，除非这家新厂商选择对了技术路径。

助ASML在光刻机市场上站稳脚跟；图片来源：Lithography giant：ASML's rise

技术路径深刻影响了光刻机公司们的起起伏伏，我们总结了三个重要启示：

早期优势有可能会转化为阻碍

ASML由于承袭了飞利浦的光刻机技术，在一开始采用的是油压驱动，而非电动。

在1973年，当爱德·鲍尔在飞利浦制造了第一台步进光刻机时，这个基于油压驱动的晶圆台遥遥领先于时代。当时油压是一项卓越的技术，如果没有受到挑战是很难被放弃的。

油压装置提供了稳定性和精度极高的定位系统，但它有一个问题，就是机油如果泄漏，则会对芯片制造过程造成严重破坏。在80巴的压力下，即使是最微量的泄漏也会将整个房间喷上油雾，污染将使芯片生产停滞数月，油在芯片生产过程中是“毒药”。

并且，机油系统还会产生很多噪声，需要定制外壳来减少噪声。这些问题导致了油压驱动的光刻机没有客户。

但由于技术依赖的惯性，飞利浦没有改进这个问题，直到剥离光刻机项目。而到了ASML，也没有在一开始就重视这个问题，斯密特仍希望将这种油压设备，硬卖给那些想要尝试其高级对准系统的客户。

当然，结果肯定是失败的。虽然ASML有一张技术王牌——能够实现精准套刻的对准技术，但由于这项技术被应用于油压驱动的机器中，就是没有人买。最终斯密特决定放弃油压，改为电动晶圆台，这意味更多的研发经费、更短的研发时间、和一定的失败几率，但也不得不迎难而上。

渐进式创新的影响力可能超出想象

20世纪80年代，ASML在光刻机领域还算不上最头部的公司。当时的老大要属美国GCA。但GCA在80年代中期就迅速衰败了。

当时导致GCA失败的最终因素，主要是蔡司的g线镜头，一种光线漂移问题严重。在开始时一切都很好，但随着光刻机运行的时间变长，图像质量就会下降。因为急于向客户交付光刻机，所以GCA在把镜头安装在机器上之前不会对镜头进行检查，这导致GCA交付了数百台带有故障镜头的光刻机，而蔡司多年来对这个问题一无所知，只有不到10%的镜头被送回进行维修。

更大的问题是GCA的光刻机无法自动纠正此类错误，工程师们也不知道问题出现的确切原因。

此时，一种渐进式创新出现了。GCA的日本竞争对手（尼康）设法改进了光刻机的聚焦系统。尼康依次开发出了具有较大数值孔径的g线目镜，这种组合令尼康的系统，能够更清晰地将微小图案成像到光刻胶的薄层上。

这项渐进式创新，令尼康斩获颇丰。当时有很多厂商正在大规模投入g线技术向i线技术革新。但客户们都很看好尼康的改进，因为他们只需要换掉GCA的光刻机，而不是是重新创建一个全新的基础设施。在制造更好芯片的同时，还节省了大量资金。

在技术转型期要格外小心这些因素，尼康对g线镜头的微小创新只是其中一个。当现有技术的寿命延长，对昂贵新技术的需求就会减弱，这意味着投入时机的重要性。

要探索技术路径的迷雾，赛马制可能是不错的手段

ASML也一样会面临抉择，到底是逐步改善现有技术，还是投入新的？ASML里程碑式的光刻机PAS 5500，就是在这样的抉择中诞生的。

工程师要做的不仅是机器的物理设计，他们还必须在初期选择技术路径，然后再扩展物理设计。如果机器架构从一开始就不可靠，那么以后各个环节都会遇到麻烦，问题还将持续多年。

例如晶圆台精度就是一个不确定因素。当时，ASML在其机器中使用带有直线电动机的H型晶圆台，但随着市场对“对准精度”的要求越来越高，很难说这种技术路径的产品能在市场上存活多久。

此时，摆在面前的问题是，ASML应该选择逐步改善，还是彻底革新？如果选择逐步改善，这种技术路径很可能最终无法满足市场的新需求；另一种选择是使用革命性的长冲程、短冲程发动机寻求突破，但研发会有风险。

ASML PAS 5500的首席架构师范登布林克没有直接做出决定，其实他也很难判断到底孰优孰劣。由于这个决策意义重大，他决定在这两条路上分别试验6-9个月，两个团队分别在自己的技术路径上赛马。

最后，技术竞赛证明旧H型晶圆台，有足够的潜力定位8英寸的晶圆，所以ASML选择了这条保险的路线。长短冲程发动机被暂时雪藏，但也可作为更新换代的备选方案。

PAS 5500对于ASML来说，是一款决定性的产品，ASML把所有希望寄托在它身上，PAS 5500也的确推动ASML走向光刻机世界的舞台中心。所以在这种重大的决策上，多花点研发经费是划算的，技术路径的赛马机制是值得的。

经历了多年的苦心经营，ASML在步进扫描光刻机时代走到了巨头行列，当时的市场形成了三家独大的局面：ASML、尼康、佳能。

但令ASML真正登上霸主宝座，弯道超车打败另外两家的契机，来自于颠覆式创新，来自于台积电的一个发明。

关键转折点——贵人相助与敌人犯错

技术赛马制之所以重要，就在于当颠覆式创新的机会来临时，提供支撑勇气的判断。

ASML最大的弯道超车，发生在193nm制程到157nm制程的升级过程。过去步进扫描光刻机采取的技术路线都是干式法，通过用更高级的曝光光源，来支撑技术进步到下一代。为了追求更高的分辨率，光源波长从最初的365nm，到248nm，再到193nm，但再往下走时，这条技术路径出现了困难。

当时业内又面临是押注改进还是颠覆的抉择。大部分企业选择了在原有技术路径上改进，比如两大巨头尼康、佳能，都选择进一步研发157nm波长的光源，但遇到了困难。

这时候，一种全新的技术理念出现在市场上——浸没式。这个思路由台积电的华裔越南科学家林本坚提出，他创造性的用水作为曝光介质，光源波长还是用原来的193nm，但通过水的折射，使进入光阻的波长缩小到134nm。

以前的干式法中，曝光介质用的是空气。它们的区别在于折射率，193 nm光源在空气中的折射率为1，在水中折射率为1.4，这也就意味着相同光源条件下，浸没式光刻机的分辨率可以提高1.4倍。

当时很多人认为浸没式技术难度太大，首先水可能会把镜头上的脏东西洗出来，影响工作效能；还有人担心水中的气泡、光线明暗等因素，会影响折射效果。林本坚也在着手攻克这些问题，比如用去离子水和其他手段，来保持水的洁净度和温度，使其不起气泡。

但理论归理论，能不能从实验室真正到工厂，还需要经验丰富的设备商一起开发。林本坚去美国、日本、德国、荷兰跑了一大圈，向光刻机厂商兜售浸没式光刻的想法。但是，绝大部分大厂都不买账。

不买账的原因除了这项技术走得太“鬼才”，还有不少想法需要验证之外，另一个原因就是改变的沉没成本太高。当时主流的研发思路，都是在157nm的干式光刻技术路径上。诸多公司已经耗费了大量财力、人力、物力，如果用这种“加水”的想法，各个研究团队就得全部重新开始，推翻原有的大部分设计。

所以巨头们对林本坚的态度，不仅仅是不理睬，而是封杀。尼康甚至向台积电施压，要求雪藏林本坚。在现实利益面前，这样的事情还发生过很多，比如柯达其实是最早研发出数码相机的公司，但缺乏自我颠覆的勇气，因为恐惧它威胁到自己的胶片业务，反而是雪藏了数码相机。

终于当林本坚跑到了荷兰时，ASML愿意做第一个吃螃蟹的勇士。虽然ASML也是从干式光刻机起家，但它想通过赛马制来赌一把，既然尼康、佳能都在死磕干式法157nm光源，且进展不顺利，那这支“奇兵”的意义就是巨大的。

最终浸润式成功了。2003年，ASML和台积电合作研发的首台浸没式光刻设备——TWINSCAN XT:1150i出炉，第二年又出了改进版。同年，研发进度拖慢的尼康，终于宣布了157nm的干式光刻机产品样机出炉。

但此时胜负已定，一面是用原来193nm光源但通过水进化到132nm波长的新技术，一面是157nm波长的样机，浸润式技术的优势不言而喻，这一技术成为此后65、45和32nm制程的主流，推动摩尔定律往前跃进了三代。

颠覆式创新的毁灭力也是巨大的。尼康、佳能由于对技术路径的判断失误，不仅意味着几百亿研发资金打了水漂，更是在与ASML的竞争中彻底落败。在2000年之前的16年里，ASML虽然跻身第一梯队，但是第一梯队里最小的玩家，占据的市场份额不足10%。

但自浸没式技术出现后，一路摧枯拉朽，全面碾压昔日巨头尼康、佳能，2008年市场占比超过60%。整个日本的半导体厂商，以及IBM等巨头，也都迅速衰落。

合作才能走得更远

为了进一步巩固战果，ASML开始打造上下游利益共同体。

由于浸没式技术的独家性，ASML要求所有合作伙伴必须投资它，否则就不合作。Intel、三星、台积电等等都投资了ASML，大半个半导体行业成为了ASML一家的合作伙伴，形成了庞大的利益共同体，大家都绑在了一条船上。

值得注意的是，在研发浸没式光刻设备的同时，ASML还早期布局了EUV技术，可谓走一步看三步。中国现在买不到的EUV光刻机，就是这种最前沿的产物。

我们在前文提到，尼康开发干式157nm光源遭遇了困难，就是因为不停缩小光源波长越来越困难，浸没式光刻技术虽然通过水的折射率暂时领先，但在未来，也一样会面临需要不停缩小波长的问题。

极紫外光（EUV）就像曾经的浸没式技术一样，拥有另辟蹊径的潜力，因为它的光波长极小，可以创造出比传统光刻小得多的电路。从1990年代末开始，直到2017年推出第一台商用EUV机器，这个项目共耗资90亿美元。

EUV代表产生电路的极紫外光；图片来源：New York Times

资金只是一方面，EUV的量产并不是一家公司的能力，而是多方合作的共同结果。美国政府之所以对ASML拥有影响力，就是因为美国政府和美国科研力量，是开发中极其重要的一环。

早在1997年，英特尔认识到进一步缩小光源波长的困难，渴望通过EUV来另辟蹊径。英特尔说服了美国政府，组建了“EUV LLC”的组织，包含了商业力量和政府科研力量，例如摩托罗拉、AMD、英特尔等，还汇集了美国三大国家实验室，美国成员构成了主体。

在对外国成员的选择上，英特尔和白宫产生了分歧，英特尔想让在光刻机领域有实力的ASML和尼康入局，但白宫认为如此重要的先进技术研发不该有”外人”入局。

此时ASML展示出了惊人的技术前瞻性，一定要挤进EUV LLC，虽然这个组织的目标是为了论证EUV技术的可行性，而不是量产它。ASML强力游说，开出了很难拒绝的条件——由ASML出资在美国建工厂和研发中心，并保证55%的原材料都从美国采购。

几百名全球顶尖的研发人员，经过了6年时间，终于论证了EUV的可行性，于是EUV LLC的使命完成，于2003年解散，各个成员踏上独自研发之路。

此时的ASML刚在浸润式技术上奇兵致胜，然后就立即投入到EUV的研发中。ASML每年将营业收入的15%用于研发，比如2017年的研发费用就高达97亿人民币。越投入技术越强，竞争对手都逐渐跟不上了。

EUV的技术难度非常高，在先进的EUV光刻机中，为了产生波长13.5nm超短波长的光，需要持续用20kw的激光轰击从空中掉落的金属锡液滴，液滴直径只有20微米，而且同一个液滴需要极端时间内连续轰击两次，第一次冲击是将它们压平，第二次冲击是将它们汽化，才能产生足够强度的极紫外光。为了保证光的持续性，每秒要轰击5万次。

EUV每秒钟激发50000次

EUV光刻机被誉为人类制造的最复杂机器之一，各个环节的高度专业性也汇集了全球的尖端产业，其中要用到来自德国的反射镜，以及在圣地亚哥开发的硬件，这种硬件通过用激光喷射锡滴来产生光，重要化学品和元件则来自日本。ASML还于2012年收购了顶级光源企业Cymer。

EUV光刻机绝对是人类制造的最精密复杂的设备之一

运输该机器需要40个集装箱、20辆卡车和三架波音747飞机；图片来源：New York Times

ASML其实是一个集大成者（集成商），也是全球化的受益者。ASML 90%的零部件来自于外购，再由最理解客户需求和产业发展趋势的ASML集成。ASML的背后是美国、日本、欧洲、中国台湾、韩国的技术支撑，最终才能量产出极度复杂的EUV光刻机。

这就是尖端供应链全球化的典型例子，如果中国想在芯片领域取得大幅进步，那就不得不面对一个由多方构成、缺一不可的全球尖端供应链。

早在ASML成立最初的几个月里，就确定了它合作的基因。ASML只进行研发和组装，并不什么都由自己制造。这种理念在1984年是十分超前的，因为当时欧洲流行的信念是“你最好什么都自己做才能控制一切”，当时很多人都认为ASML疯了：“培养合作伙伴与把钥匙交给别人是同一种意思，这是在自找麻烦，你会完全失去控制权。”

但事实证明合作才能走得更远。