荷蘭 ASML 曝光機（光刻機）是怎樣成為全球第一的？

本文以詼諧的文字，深入淺出地介紹了晶片行業最重要的上游——曝光機（光刻機）的進化歷程，以及全球曝光機龍頭阿斯麥 ASML 的成長經歷，作為發展國內半導體行業的重要參考。

最近幾天，從海外傳來了一則壞訊息。荷蘭、日本和美國達成了新的協議，要向中國限制出口先進晶片製造設備，說白了，就是曝光機。

拜登甚至親自會見日本、荷蘭領導人，討論了相關措施。

而就在短短半個月前，事情還不是這樣。1 月 15 日，荷蘭外貿與發展合作大臣施賴納馬赫爾表示，荷蘭不會草率接受美國對向中國出口晶片製造技術實施的新限制。這次將被捲入其中的企業包括阿斯麥（ASML）、尼康、東京電子等。

雖然這份協議的詳細內容尚未公佈，但根據業內人士了解，禁售範圍可能涉及 EUV 曝光機和最新一代 DUV 曝光機，而普通 DUV 大概率不在禁售名單。

也就是說，中國要被卡脖子的是最先進製程（比如 5 奈米、7 奈米）的曝光機。因為荷蘭和日本企業壟斷了全球高端曝光機市場。

這家叫阿斯麥的荷蘭企業，壟斷了全世界最先進製程晶片的全部 EUV 曝光機市場，也就是高端裡的高端。

很多人旗艦機裡的 5 奈米、4 奈米制程晶片，只能用阿斯麥的 EUV（極紫外）曝光機來做，連日本人也做不了。

有人說 EUV 曝光機就是「工業皇冠上的明珠」。

一臺先進製程曝光機，可以賣到 3~4 億美金，比一架波音飛機都貴。

它的重量可以達到 180 噸，零件超過 45 萬個。

運輸一臺曝光機，需要使用 40 多個恆溫恆溼專用箱、專業防震氣墊車來運輸，以及 4 架次的波音 747 貨機。

雖然這樣的產品已經登峰造極，但是阿斯麥這家公司一點也不高大上，當我看完它的故事以後，我反而對我們更有信心。

今天我們來看看荷蘭人當年到底是怎麼做成的。

阿斯麥不該是一家被捧上神壇的企業。

相反，阿斯麥的成長過程更像是一部創業爽劇：

一家瀕臨倒閉的創業公司，是怎麼從一個草臺班子開始，九死一生，打敗所有巨人，然後登頂的故事。

1952 年，美國貝爾實驗室迎來了一批特殊的客人。

他們是來公開「抄作業」的。

在這裡舉辦的一場電晶體技術研討會上，貝爾實驗室同 25 家美國公司、10 家外國公司分享了所有電晶體技術，收取專利授權費 25000 美元。

當時參會的有一家小公司，叫飛利浦物理實驗室，英文是 Natlab（簡稱「N 公司」），這就是光刻巨人阿斯麥的前身。

50 年代，他們利用電晶體技術推出了各種元件，取得了巨大的商業成功。

60 年代初，N 公司的一位研發分部主任去美國出差，帶回來一枚美國人做的晶片。

荷蘭人意識到他們錯過了和世界先進技術同步發展的機會。

飛利浦研發主管對年輕工程師克洛斯特曼（小克）提出要求，讓他放下手頭工作，集中精力製作一枚晶片。

當時 N 公司沒有相關的光刻技術，於是小克決定自己搞一臺機器出來。

那一年，美國的 GCA（G 公司）已經賣出了幾十臺重複曝光曝光機。

嚴格來說，曝光機應該叫曝光機，它的工作原理有點類似於單反相機。

只不過高端的單反鏡頭支持 6000 萬像素解析度，而一臺 7 奈米曝光機的像素可以達到1600 億像素，是頂級單反的 2666 倍。

來源：啟哥有何妙計

它的作用是把掩膜板上的圖形，縮小以後投影到矽片上。

矽片上有光刻膠，膠裡有光致敏劑，光一照就會變化。

曝光以後，經過烘烤固化、顯影處理，掩膜版上的圖形就複製到了矽片表面。

至於「刻」矽片的過程，則是在曝光以後，由刻蝕機來完成的。

所以曝光機的作用就像用陽光照剪紙（掩膜），再在桌上放一張紙（晶圓），把剪紙陰影的邊緣描出來。

然後刻蝕機再對準桌上的描邊，剪出一張微縮的圖案。

這個過程之所以是這樣，是因為 20 世紀 50 年代，化學家詹姆斯·納爾從顯微鏡當中獲得的啟示。

顯微鏡可以把小東西放大，那麼如果把顯微鏡顛倒過來，是不是就可以讓大圖像變小？

人們可以利用這種原理，在微小檯面上「列印」複雜圖案，從而在半導體材料上繪製出積體電路，做成晶片。

早期掩膜（紅膜）有幾英尺大，可以人工繪製

那麼當要列印的電路圖越來越複雜、細小，這個過程會出現什麼困難呢？

一大難點在於光刻系統高速運行的過程中要保持精準。

比如一片晶圓上需要曝光的單元有幾百個。

晶圓在曝光運動過程中，可能是鏡頭不動，機器操縱晶圓動來動去，那麼就涉及到加速-急停-加速-急停。

在晶圓「剎車」的時候，位置要對準到什麼程度？要達到 1 奈米以內的對齊精度，也叫「套刻精度」（Overlay）。

不然你「刻」一會兒，該「刻」的位置就歪了，就像剪紙剪跑偏了。

有人比喻這個過程，相當於兩架飛機並排飛，一個人拿出刻刀，在另一架飛機表面一粒米大小的面積上刻字。

而阿斯麥的曝光機系統，在保持這種精度的前提下，全年可以穩定運行超過98%的時間，停機檢修工作只需要 7 天左右，剩下 350 多天都能幫你「印鈔」，阿斯麥設定的每一個部件正常工作時間要達到 3 萬小時以上，也就是 4 年左右。

只不過小克剛上手研究的時候，阿斯麥（也就是 N 公司）離這種水平還差著十萬八千里。

小克的老闆覺得自己人研究太慢了，就先找美國 G 公司買了一臺曝光機。

當時這臺機器粗糙到，如果想要移動晶圓位置，還得手動擰螺絲來調整。

每移動幾釐米，誤差就會達到幾微米，也就是頭髮絲十分之一的寬度。

小克覺得美國人的機器不是特別牛。

60 年代後期，飛利浦的半導體材料部也發現美國人的光刻設備滿足不了生產需要了，就找到了自家 N 公司商量，雙方一拍即合：一起弄出來一臺曝光機。

當時 N 公司依託飛利浦，擁有很多精密技術和設備，比如一個光電標尺可以測出 0.1 微米的位移，在當年都是非常先進的。

還有液壓軸承、空氣軸承，都是飛利浦沒有商業化的技術，但 N 公司內部可以生產，對滿足曝光機的精度要求非常重要。

曝光機 1 代的氣動系統的一部分，通過壓縮空氣移動晶圓

但他們搞不定鏡頭。

小克找到了德國蔡司，對方覺得 N 公司要的鏡頭數太少，拒絕給他們定製，隨後小克找到了法國的C 公司（CERCO）解決了這個問題。

就在同一時期，美國的 G 公司也找到了更好的鏡頭供應商——尼康。

但是飛利浦在用 G 公司曝光機的時候，發現他們的設備不可靠，第一套掩膜（也就是「剪紙」）良率高，之後的就很拉胯。

飛利浦在曝光機上貼了溫度計，發現電極讓滑軌變熱，滑軌熱脹冷縮就會翹曲，軌道從直線變成了弧線，雖然弧度很小，但是會破壞精度。

小克團隊注意到鎖定滑軌的約束螺栓，調整它的鬆緊，就能把晶圓臺的偏差校正到零點幾微米之內，隨後在自家的機器上改良了這一點。

1967 年，小克信心滿滿地帶著 N 公司的曝光機原型參加飛利浦的年度展覽。

飛利浦的董事會成員也來到了展臺旁。小克正在眉飛色舞地講解，董事卻溜到旁邊展臺看新款洗衣機了。

對飛利浦集團來說，一臺能年銷幾萬臺的「三大件」遠比一臺沒有商業前景的破機器誘人得多。

但飛利浦的半導體材料部是懂行的，他們訂購了 1 臺 N 公司的曝光機，非常滿意，每套掩膜之間的對齊精度也很高。

在 1976 年飛利浦的年度報告裡寫著這樣一句話：

「由於在光學、機械和控制系統方面有著豐富的經驗，我們成功地在研發設備中實現了位置移動 10 釐米而位移偏差只有 0.1 微米。」

但是這項技術除了用來自戀，沒有其他用處。

到 80 年代初，美國 G 公司的曝光機拿下了 IBM、仙童、西門子等大客戶，1981 年的銷售額達到了 1.1 億美元，3 年翻了近 10 倍。

而 N 公司這邊研發一片混亂，一臺售出的曝光機都沒有。

油壓軸承也出了問題。有一天，油泵機發出刺耳的嘶嘶聲，機油從導管噴湧而出，整個超淨工作室沾滿了油汙。

他們決定要改用永磁體來驅動電機。

經歷無數次失敗，他們的線性電機實現了兩個目標：

運動時達到極高的加速度，帶來曝光機更高的吞吐效率；

靜止時停在該停的位置，達到極高的靜態精度。

但是大家不知道該怎麼量產這臺機器。

因為大家不喜歡搞一大堆圖紙，出了問題都是拿嘴溝通，解決了就拉倒。

結果所有知識分散在所有人的腦袋裡，連第二臺機器都不知道該怎麼「複製」出來。

N 公司想了一招：懶得動筆，那就把所有流程都用相機拍下來。

在經歷了非常動盪的內部磨合之後，他們終於將一臺測試樣機送到了 IBM。對方雖然提出了一些改善建議，但看上去就要下訂單了。

負責人喬治樂觀地說：「他們會訂購三四十臺呢！」

但是接下來很長時間，IBM 都沒有下訂單。

團隊士氣低迷，而飛利浦內部對曝光機項目的質疑也越來越大。

半導體材料部門從 G 公司訂購的設備總能按時交貨，但自家 N 公司的設備卻總是延期。

G 公司一年能賣 200 臺曝光機，N 公司只有 5 臺，還是供給飛利浦。

飛利浦 CEO 德克下令：「儘快結束曝光機這種沒意義的項目。」

他們打算叫停或出售飛利浦各種不賺錢的業務，這是西方大公司的常規操作。

有一家荷蘭本地的晶片設備廠商想要接盤，它的名字叫ASM（先進半導體材料公司），但是 N 公司高層很快就把它的名字劃掉了，嫌人家體量太小。

這時候，美國 G 公司最大的競爭對手P 公司（Perkin-Elmer）受邀來到飛利浦考察。

他們參觀完曝光機制造產線以後告訴他們：「你們這簡直就是一間用金磚做的茅房。」

意思是雖然技術不錯，但是沒必要弄這麼昂貴。

更讓 P 公司高管驚訝的是，飛利浦董事會高層對晶片市場一無所知，對曝光機業務滿臉嫌棄。

他們問 N 公司的人：「呃，你們大領導知道自己在說什麼嗎？」

P 公司有意願收購，但隨後他們又參訪了另一家公司，就改了主意。

N 公司覺得自己就像沒人要的孩子。

但只說對了一半。

因為 ASM 的老闆德爾·普拉多（老普）始終不死心。

他的公司在 1978~1983 年間收入增長了 6 倍。

1983 年春天，負責飛利浦曝光機業務的技術董事克魯伊夫（老克）在報紙上讀到了 ASM 成功地故事。他意識到：老普這傢伙還挺有錢的。

當時飛利浦全新的步進式曝光機距離完工只剩一步之遙，而 ASM 成了他們最後一根救命稻草。

1983 年，當老克第一次走進老普辦公室的那天，他們只用了不到 1 個小時就敲定了飛利浦和 ASM 建立合資企業的計劃。

也就是後來的阿斯麥（ASML）。

老普想做的事情很簡單：他的公司生產其他幾乎所有種類的晶片製造設備，除了曝光機。

收了 N 公司，他就能做成設備全產業鏈一條龍。

雙方股權 50% 對 50%。

但實際上，只有老普拿著真金白銀注資 210 萬美元，而飛利浦幾乎「一毛不拔」，拿著一批過時的設備、原料充抵註冊資金 180 萬美元，只掏了 30 萬現金。

連飛利浦的管理人員都看不下去了：「這家新公司買杯咖啡就能破產。」

在收購之後，老普才發現阿斯麥的產量真是馬尾巴穿豆腐——提不起來，連年產 40 臺的目標都達不到。

那家法國的 C 公司也很拉胯，供應的 16 個鏡頭裡只有 1 個能滿足客戶 IBM 的要求。

一些著名分析師表示：這家合資公司註定失敗。

1984 年春天，阿斯麥擁有 47 名意志消沉的飛利浦員工。

他們之所以肯來，是因為集團保證4 年後他們可以轉崗回到飛利浦。

那一年，G 公司和尼康是全球曝光機的冠亞軍，而阿斯麥的市佔率依然是 0。而佳能、日立和其他國際公司也在爭搶蛋糕。

他們計劃在 1986 年參加矽谷的國際半導體展會，展示一款新曝光機來搶佔市場。

但在兩年內量產一臺比對手更強的曝光機，幾乎不可能。

阿斯麥的第一任 CEO 賈特·斯密特（老賈）擔起了這副重擔。

在阿斯麥幾乎沒人喜歡他獨斷專行的風格，多年後當他離職時，同事按慣例給他眾籌的離職紅包裡只裝了 80 美元。

但他是帶著阿斯麥起飛的第一人。

他逼著大家改變工作流程，每天拿出一部分精力來記錄工作日誌，整理文件。

客戶明確告訴老賈，他們不需要歐洲的曝光機：「等你賣出去 20 臺，再來找我談吧。」

老賈沒有一蹶不振，而是發現了產業升級過程中的機會：

從大規模積體電路（LSI，細節大於 1 微米）到超大規模積體電路（VLSI，細節小於 1 微米），產業需要新一代曝光機，處理的晶圓尺寸也會從 4 英寸升級到6 英寸。

而當時業界沒有形成解決方案。

尼康、G 公司，都還在用導程螺絲桿來移動晶圓臺，圖像細節定位精度大於 1 微米，而阿斯麥掌握著技術優勢。

老賈認為，這是阿斯麥彎道超車的機會——兩年後，交出一臺成熟的 VLSI 曝光機。

他估計，這需要投入 1 億美元。

他需要去求 2 個爸爸——兩個前期只投入了 210 萬和 30 萬美元的爸爸們。

老賈精心準備了一套 PPT，給董事們畫出了新的大餅，指出阿斯麥的一些技術無人能比，行業未來一定會大洗牌，成為頭部公司的市佔率和回報是非常可觀的。

「我們可能需要多達 1 億美元，但只是一個粗略的估計。具體的數字可能更少，也許 5000 萬就夠了。」

事後證明，老普估的很準。

包括老普在內，董事們很震驚，這個保底數字是當時母公司 ASM 全年的營收，而 ASM 剛剛扭虧為盈。

最後老賈得到的回覆是：你可以接著搞，董事會追加 300 萬美元（0.03 億美元），剩下的錢你自己想辦法。

之後，老賈一邊找錢，一邊招人。

他們需要軟體、電子、機械、光學、測量和控制技術等各個學科的人才。

為了釣到更多的魚，他們在報紙上登招聘廣告，怕公司沒名氣，擅自用了飛利浦的標識——老賈假裝自己不知道，還被母公司罵了一頓。

結果收到了 300 份簡歷，很多人的求職信上都標著「請轉交飛利浦公司」，大家都是衝著大廠來的。

20 世紀 80 年代，隨著日本半導體產業，尤其是記憶體產業的快速發展，佳能和尼康獲得了巨大的發展機會。

從日本到美國，他們一步步蠶食著 G 公司原本佔有的市場。

1984 年底，日本曝光機市場規模超過美國。

這一年，阿斯麥把公司搬到了荷蘭南部的費爾德霍芬，一座人口只有 4.5 萬人的城市。

今天，全世界以萬億美元計算產值的半導體產業都要看這座小城的臉色。

但是在當年，阿斯麥的大部分員工就是在這樣一些簡易板房裡開發曝光機的。

為了這一次「彎道超車」計劃，阿斯麥開始網羅供應商。

為了做出直線電動機，他們需要50 個定子，也就是發電機中保持固定不動的部分。

他們在飛利浦的供應鏈當中尋找工廠，這些企業每年都是給飛利浦做上萬件零部件配套的。

他們告訴對方一年只需要 50 個，談話就結束了。

阿斯麥的員工覺得自己像個沒人搭理的小娃娃。

但他們沒有退縮，而是找到飛利浦各個工廠求援，一開始都吃了閉門羹。

這些工廠沒見過這麼執拗的人，他們的態度也開始鬆動。

最終阿斯麥員工發現，只要穿過幾條街，就可以在飛利浦的玻璃工廠裡找到一些精密的玻璃部件。

工人在 ASML 樓內的新超淨室中組裝

供應鏈解決了，但交貨又成了問題。缺少一個部件，曝光機就不能工作。

負責供應鏈的克拉森幾乎要崩潰了。

他週五下午問飛利浦的司機，零件什麼時候到。

司機說：「都快五點啦，這周沒戲啦。」

因為飛利浦員工從不加班。

克拉森絞盡腦汁，想出一轍，沒想到真的管用：

給他們塞一筆加班費，送上幾杯啤酒，再來兩瓶葡萄酒。

所以他的後備箱裡裝滿了各種酒。

為了確保不缺東西，他要求所有東西堆在他眼前。

結果他的辦公室裡堆滿了電纜、插頭和成箱的零件。

克拉森與電動機零件

在鏡頭方面，他們一腳踢開了不靠譜的法國 C 公司，再次找到蔡司。

但對方再次拒絕為阿斯麥定製鏡頭，而是讓他們從庫存裡挑。

阿斯麥給蔡司畫大餅，說未來幾年會擴大數倍的訂單量，蔡司一點也不感興趣，因為一個蔡司「金手指」工匠要培訓幾年甚至十幾年，人才供給跟不上。

20 世紀 50 年代蔡司的中央光學生產車間

經過一番軟磨硬泡，蔡司最終還是答應了。

但是蔡司上來就坑了阿斯麥一把。

由於密封鏡頭的膠水同其他材料的熱膨脹係數不一樣，鏡片用著用著就會發生漂移，圖像變得模糊，客戶退回了一批又一批產品。

蔡司當年的這個問題不僅坑了阿斯麥，也坑了美國的 G 公司。

在承認這個問題之後，蔡司才低下了高傲的頭顱，開始同阿斯麥共同研發曝光機光學系統的解決方案。

1985 年，阿斯麥的新機器 PAS 2400 製造完成。

老賈打算敲鑼打鼓地宣傳一番。

在半導體展會上，他們在參觀手冊上買下了 10 個版面，拿自家機器與行業主流產品進行對比，跟現在手機發佈會上的參數對比沒什麼兩樣。

廣告：阿斯麥曝光機每小時處理矽片 74 片，高於尼康和 G 公司

在展會上老賈還發現一個好訊息：

他們的 PAS 2400 幾乎一直正常運行。

而尼康等企業的曝光機在演示過程中都出了問題。

為了維修設備，對手的展臺經常閉門謝客。

那年夏天，阿斯麥終於拿下了AMD 的一臺測試樣機訂單。客戶反饋不錯，但就是不下訂單。

當年全球半導體市場進入下行週期，曝光機買家很少，美國和日本企業還是佔據主導地位。

老賈有些灰心了：沒有一家正經廠商下訂，連飛利浦都拒絕承諾購買。

與此同時，母公司 ASM 也陷入困境，虧損 580 萬美元。

為了幫阿斯麥找市場，老普甚至跑到保加利亞拿到了一臺訂單。

員工說：「沒客戶，沒機器。老闆像瘋子一樣到處跑，到處花錢，就好像錢會過期一樣。」

1986 年，阿斯麥依然沒客戶，而每個月的開支高達數百萬美元。

市場變化太快了，PAS 2500 也不能滿足需求了。美國企業正朝著專用積體電路（ASIC）發展，阿斯麥需要研發新一代升級版——PAS 3000，並實現高度的自動化。

很多研發人員陷入了長期「996」和「007」的狀態裡。

阿斯麥在當地租了一棟樓供加班員工睡覺，另一些人把睡袋放在後備箱，以防「睡樓」裡住滿了人。

1986 年，市場復甦，AMD 訂購 2 臺 PAS 2500，中國訂購了一臺油壓驅動的舊式 PAS 2000。

那些想在 VLSI 領域大幹一場的晶片製造商開始關注日本之外的設備廠商。

老賈給大家鼓勁：「今年我們賣多少臺，那就是基數，明年就能翻 5~10 倍！」

1986 年 5 月，第一臺 PAS 2500 量產曝光機終於下線了。

當第一臺交付給客戶的曝光機用叉車裝進卡車的時候，負責維護機器的工程師維克的心提到了嗓子眼。

他發現有一個標記某部件的氣球漏氣了，他跳進卡車裡，把氣球吹了起來。

同事哈哈大笑，說他就好像在給機器做人工呼吸。

卡車一路緩緩行駛，阿斯麥沒有聯繫交警開道。

每當車隊停在十字路口，員工們一窩蜂地走上去指揮交通。

這臺機器的正常交付給阿斯麥員工注入了強心劑，大家工作熱情高漲，自願加班，有時候甚至晝夜不停。

但無論這時故事充滿多少溫情與熱情，他們都不是國際舞臺的主角。

阿斯麥市佔率只有 5%，只能靠荷蘭政府提供的研發撥款和補貼來維生。

蔡司的鏡頭問題最終把 G 公司拉下王座，而尼康改進了自家的光學系統，乘勢而上，在 80 年代後期成為全球曝光機的新霸主。

老普在接盤以後對阿斯麥無法盈利的處境越來越憤怒，1986 年母公司虧損 2500 萬美元，阿斯麥虧了 1400 萬美元。

而這時蔡司的鏡頭有一半都不合格，另一半還遲遲不到貨。

老普壓力大到頂不住了，母公司在晶片爐等設備上掙的錢全都用來給阿斯麥填窟窿了，即便這樣阿斯麥工資也快發不出來了，老賈還要母公司追加投資，老普和老賈甚至會在走廊裡互相咆哮。

老普只能考慮出售阿斯麥，斷尾求生。

他聯繫了日本的三井物產、住友集團洽談收購，未果。

直到 1987 年 6 月 1 日，AMD 終於下了 25 臺 PAS 2500 的訂單，那天老賈高興得在走廊裡吹了一天的口哨。

但是兩個月後，他卸任的日子也到來了，另一家德國公司把他挖走了。

300 多人給他籌集的離職紅包，放在一個帽子裡，不到 80 美元。

至此，阿斯麥燒錢規模已累計 5000 萬美元。

還能再糟糕一點嗎？

不會了，因為天降猛男了。

1986 年，張忠謀受邀回到台灣，出任台灣工研院的院長。

1987 年，工研院和飛利浦成立了一家合資公司，名叫「台積電」，飛利浦佔股 27.5%，是台積電最大的外部股東，還將一些晶片生產線轉移到了台灣。

結果 1988 年底，台積電新產線就快裝好的時候，發生了一場大火。

台積電把所有煙熏火燎過的曝光機退回了阿斯麥，還下了17 臺新訂單。

阿斯麥發現這些退回來的機器，有的只讓煙燻了一下，很容易修好。

而為火災買單的保險公司成了阿斯麥 1989 年最大的客戶。

當年的 74 臺訂單讓阿斯麥利潤翻了一番，達到 700 萬美元，全球市佔率達到 15%。

但是大火不是年年有，阿斯麥怎麼才能更上一層樓，超過尼康和佳能呢？

你需要把事情做對，然後耐心等著對手出錯。

1988 年，合資企業解散，阿斯麥從兩個爸爸手中獨立了出來。如果有朝一日阿斯麥上市或出售，老普的 ASM 將受益。

為了抓住 DRAM（一種記憶體）市場蓬勃發展的機會，所有曝光機廠商都在佈局。

曝光機中不同波長的光對應著不同的製程工藝。

總體上，曝光機用的光線一直是往更短波長發展的，從紫外、深紫外到極紫外，都快接近 X 射線了。

佳能和尼康選擇「跳過 i 線」，直接從 g 線跳到深紫外線（DUV，圖中的 KrF 和 ArF），但碰到了棘手的技術問題，當時連適合 248 奈米 DUV 的光刻膠都沒有。

而阿斯麥剛剛歷盡劫難，沒能力大舉投入 DUV，只能老老實實做 i 線。

從荷蘭政府和歐共體那裡，阿斯麥拿到了 1650 萬美元用來研發新的 PAS 5500，也就是 i 線的步進式曝光機。

這時候，阿斯麥遇到了台積電之後的第二個貴人——IBM。

IBM 財大氣粗，為了從 6 英寸晶圓升級到 8 英寸，他們決定第一個吃螃蟹，業內第一套 8 英寸設備的研發費用他們包圓了。

8 英寸晶圓面積是 6 英寸的 1.778 倍，能切出的晶粒（Die）就更多，浪費更少，幫企業掙到更多的錢。

最後 IBM 投入的這筆金額是——10 億美元。

但對阿斯麥不利的是，他們在 IBM 的供應商名單中排在最後一名，第 5 名。

IBM 大部分人傾向於尼康這些「老牌」巨頭。

巧的是，在美國紐約州達奇斯縣的東菲什基爾，IBM 全新工廠的負責人凱利沒有墨守成規，而是對所有供應商一視同仁。

相比於對手，阿斯麥的優勢是精確的曝光對準。

IBM 的高管希望來到阿斯麥公司考察新機。

PAS 5500 的總架構師老範（範登布林克）要求所有人嚴陣以待，各司其職，演示 10 個子系統模組，比如鏡頭組、電動晶圓臺。

在 IBM 高管來訪前的週末，老範親自給所有工程師的老婆們打電話：

「對不起，您的丈夫這週末必須加班，我們需要他。」

但是 1991 年 1 月 11 日，老範接到 IBM 的電話：他們來不了了。

海灣戰爭打響，IBM 不讓高管坐飛機，因為那樣會有風險。

老範急眼了，在公司裡瘋狂咆哮，因為如果拿不下 IBM，阿斯麥可能離倒閉關門就不遠了。

同事老波（波拉克）看著他發洩完，點了一支菸：「你知道不，咱們應該直搗黃龍，去他們 IBM。」

老範驚了：「但咱沒法帶機器過去啊。」

老波說，立馬成立一個攝製組，把原本要展示的所有內容拍成錄影帶。

老範喜出望外。

他們找了一家專業的影視公司，拍攝剪輯好以後第二天就飛到了 IBM 總部。

凱利等高管看了影片，有人差點從椅子上摔了下來。

用他們的原話來說：「我們從來沒見過這麼先進的設備。」

PAS 5500 在業內率先使用模組化設計，並行開發，每個模組都留有自動通訊接口，最終拼裝成一臺曝光機。

這種設計的研發、生產效率都大大提高。

而且模組化設計可以讓客戶隨意選配各種部件包，包括各種鏡頭，各種尺寸，各種光源，各種投影模式，應有盡有。

所以阿斯麥把這一代曝光機做成了一代光刻平臺。

就這樣，阿斯麥實現了IBM 的破冰之旅。

為了大批量供應曝光機，阿斯麥轉過頭去開始倒逼蔡司轉型升級。

蔡司 6 個「金手指」辛苦一年，只能交付 10 個 i 線光學元件。

產能低得像一個噩夢。

他們必須摒棄過去「金手指」工匠純手工打磨鏡片的方式，加入全自動化設備。

隨著 PAS 5500 的普及，蔡司終於解決了鏡頭生產對人工的依賴問題。

1996 年，拋光機器人就可以讓鏡頭元件的精度達到原子級別，只需要 80 個人就能年產 200 多個複雜鏡頭。

再後來，蔡司高管加入阿斯麥監事會，雙方建立獨家排他關係，阿斯麥入股蔡司，還為後來的 EUV 曝光機蔡司光學系統研發提供資金支持。雙方緊緊地綁在了一條船上。

但回到 90 年代初期，阿斯麥最大的問題還是缺錢。

1991 年，阿斯麥虧損了 500 萬美元。

飛利浦併購部門建議關掉阿斯麥。

阿斯麥方面表示 PAS 5500 訂單能讓公司起死回生，懇求老東家不要斷奶！

他們還腆著臉找飛利浦借了 2100 萬美元來發工資。

1993 年，情況開始改善，訂單量、交付量顯著提升，公司現金流第一次開始正向淨流入，盈利 1100 萬美元。

他們拿著 2100 萬美元的支票拍到了飛利浦同事的桌上，笑得像個傻子一樣，其他在場的人都使勁鼓掌。

第二天飛利浦財務部的人打電話來把他們罵了一頓：「下次別再用支票付這麼多錢了，集團損失了兩天的利息呢！」

這一時期，阿斯麥的步進曝光機比競品貴 25%，但是生產精度和生產率都更高，能很快幫客戶把錢掙回來。

他們甚至有信心跟客戶籤「不賺錢不付款」的合同，一開始只收 80% 的錢，尾款根據客戶業績支付。

為了籌到更多的錢擴大生產，阿斯麥在 90 年代初期選擇上市，並拿下了韓國三星等大企業的訂單。

飛利浦通過阿斯麥上市獲得了 1.25 億美元。

1996 年，荷蘭新聞週刊 Elsevier 將阿斯麥排在值得購買的股票列表的第一名。

20 世紀末，他們離登頂全球曝光機霸主只剩一步之遙。

那時候，阿斯麥的一些員工穿著 T 恤衫走來走去。

衣服上印著一行大字：我們會打敗日本人。

那麼尼康，是如何走下神壇的？

20 世紀末，當時先進的製程工藝從 130 奈米來到 90 奈米，晶圓尺寸從 8 英寸來到 12 英寸，曝光機的波長也從 248 奈米進入 193 奈米。

用乾式 193 奈米（波長）曝光機，極限的製程工藝是 65 奈米。

怎麼做出 40 奈米以下製程的晶片，所有半導體專家都在探索。

當時給出的方案包括 157 奈米 F2 鐳射、電子束投射、離子投射、EUV(13.5 奈米) 和 X 光等。

尼康等企業都選擇了 157 奈米鐳射方案，因為難度低一些。

阿斯麥沒想好，於是決定 157 奈米和 EUV 兩條路線齊頭並進。

結果尼康做了半天，樣機測試結果並不理想，一直琢磨怎麼縮短光的波長，沒弄好。

而 2004 年，阿斯麥利用當時最新的「浸潤原理」，做出了浸沒式曝光機。

而浸潤原理很簡單，就是在光刻膠上方抹一層水，水的介質折射率是 1.44，那麼 193 奈米÷1.44≈134 奈米。

2006 年，阿斯麥的新款曝光機在英特爾順利通過 40 奈米工藝驗證，拿下了英特爾的大訂單。

而此時尼康在 157 奈米路線上積重難返，新型曝光機也無人問津。

因為阿斯麥曝光機最後一片鏡片是純平的（能放水），而尼康的是曲面鏡片。

如果尼康要改用浸沒式系統，整個鏡頭光路都要推倒重來，至少需要 2 年時間。

2009 年，阿斯麥反超尼康，首次佔據了曝光機 7 成的市場份額，把尼康逼到了牆角，此後再無翻身的餘地。

而阿斯麥利用 193 奈米浸沒式曝光機一路做到了 7 奈米制程工藝。

但是即便如此，這也只是停留在深紫外（DUV）的領域，還沒有達到今天登峰造極的極紫外（EUV）曝光機領域。

從 1997 年開始，英特爾為了突破 193 奈米的限制，發起了 EUVLLC 聯盟，集合阿斯麥、AMD、摩托羅拉、美國三大國家實驗室，召集幾百名頂級科學家，投入 2 億美元，發表幾百篇論文，只為了從理論上驗證 EUV 的可行性。

EUV 使用的 13.5 奈米光線，波長太短，連空氣都穿不透，只能在真空環境中傳播，現實中沒有任何單層材料可以反射它，而是需要幾十層鉬和矽層層疊疊摞起來，在鏡片上鍍膜才能完成，每一層只有奈米級別的厚度，且每層誤差不能超過 0.01 奈米，相當於京滬高鐵一根鐵軌，起伏不能超過 1 毫米。