重温光刻巨人ASML崛起之路国产光刻机离ASML还有多远？

　　如果不是因为华为芯片被制裁而导致的华为手机市场份额从全球巅峰跌落谷底，手机芯片、纳米晶圆、光刻机这些术语也许在未来很长一段时间不会被公众关注，华为麒麟芯片为什么受限？追根溯源，源头是我们无法制造甚至无法购买到当今最先进的EUV（极紫外）光刻机，而全球唯一生产这台机器的公司位于荷兰，因为光刻机是生产高进程芯片的必备设备，ASML这家公司也因此成为了这个领域的巨头。
　　ASML这家成立于1984年的公司，用了近二十年的时间打败了美国的PerkinElmer和GCA，当这两家巨头被日本的佳能和尼康赶超后，ASML又用了十年的时间取代了佳能和尼康的市场地位。
　　为何ASML能顺势而起？中国何时能生产出自己的高端光刻机？笔者在去年看过一本描述ASML成长的书籍叫《光刻巨人：ASML崛起之路》，初步了解了ASML的成长历程。
　　那么，在过去两年间，国产的光刻机发展情况如何？笔者就对这本书做个复盘，结合当下产业情势，一起聊聊国产光刻机的发展方向，总体而言，笔者认为，要实现高尖端光刻机的国产化，这不是梦想，而是看得到的未来。为什么是ASML？
　　ASML早期光刻机PAS2400项目经理埃弗特波拉克说了这么一段话：
　　在20世纪70年代初，荷兰飞利浦研发实验室的工程师们制造了一台机器：一台试图像印钞票一样合法赚钱的机器。但他们当时并没有意识到自己创造了一个怪物，这台机器在未来20年里除了吞噬金钱没有做任何事情。
　　以埃弗特波拉克为代表的工程师们执着地坚信这台怪物的未来前景，他们最朴素的价值观就是：
　　我们赶紧动手吧，难题得一个一个去解决
　　确实，成立于1984年的ASML在初期遇到了很多难题，不仅仅是技术上难以和美国的竞争对手相比，还面临资金困难、资源匮乏的难题，当时对光刻机有大量需求的IBM、AMD等企业毫无例外地选择了技术更成熟的美国本土光刻机公司，如PerkinElmer和GCA，ASML也就是一家毫不起眼的小公司，甚至早期也是依附于飞利浦的屋檐下艰难生存。
　　ASML的第一款步进式光刻机PAS2000销售惨淡，工程师们将落后的油压晶圆台升级为电子晶圆台，并将这个技术应用在升级款PAS2400上，即便后来又推出了更好的PAS2500，ASML的光刻机仍然不是市场主流，但可以肯定的是，ASML未来的腾飞始于PAS2400，虽然在镜头方面还不如竞品，但因为效率的优势也开始展露头角。
　　从上个世纪80年代中期开始至今，ASML历尽创业三十多年，终于成为这个行业食物链的顶端，是无可争议的领导者。
　　ASML为何成功？这才是我们国产光刻机产业应该去研究的核心。
　　在笔者看来，ASML是一家纯粹的以光刻技术为导向的企业，这家公司一开始只是飞利浦公司旗下众多实验室中的一个，因为在80年代光刻技术的领导者是美国的公司，最大的需求集中在美国和日本的半导体公司，身处荷兰的飞利浦虽然对光刻机有需求，但并非刚需，有必要的话，飞利浦宁愿购买美国的设备，而不是自己投资的ASML，在当时，毕竟ASML的光刻技术还落后于美国的同行。
　　在ASML处于资金匮乏、员工信念动摇、产品落后的初期，是什么动力让ASML能够持续地坚持下去呢？
　　毫无疑问，是ASML一开始就打造了坚定不移的工程师文化，这股文化是由ASML的历代领导者和项目经理不断打磨和继承而形成的，在此影响下，ASML执着于动手去解决一个个技术难题，不断地缩小与竞品的距离，最终赢得了市场。
　　值得一提的是，ASML这家技术型公司也是全球供应链和资本整合高手，熟悉光刻机的朋友应该知道，光学系统是光刻机的重中之重，EUV光刻机可以实现每秒以比头发丝千分之一还细的精度刻出上千亿个晶体管，要实现这点，没有顶尖的光学镜头就无法实现，ASML则花了大量的精力和德国蔡司取得合作，为了获得最好的光源系统，ASML把美国的Cymer公司收购了。
　　除此之外，ASML还在2007年收购了计算光刻软件公司睿初科技，2016年收购了晶圆检测技术的头部企业汉民微测科技。
　　通过一系列对行业供应链顶尖技术的整合收购，ASML建立了强大的技术壁垒，将光刻机技术提升到一体化光刻技术这样一个高度。
　　当一个科技公司处于行业领先时，通过一系列收购、合资等手段获取供应链技术和软硬件优势，从而巩固其领导地位，这是众多头部公司常用的手段。
　　所谓强者越强就是这样的逻辑，苹果、华为、微软、谷歌这些公司基本都是如此。
　　ASML不仅仅在技术上加强护城河，而且在资本上也将供应链牢牢捆绑在一起。
　　比如今天最尖端的极紫外（EUV）光刻机，一台设备的销售价格达到了1亿欧元以上，根据去年ASML的营收数据，EUV光刻机销售额为63亿欧元，同比增长了41，其它光刻机营收为74亿欧元，同比增长了26，合计去年ASML营收达到了186亿欧元，大约1000亿人民币，同比增长了33。
　　ASML发展了三十多年，显然拥有了比较成熟的市场运营思维，为了深度捆绑全球供应链，ASML对EUV光刻机的研发采用了资本手段，引进了全球顶尖的晶圆制造商英特尔、台积电和三星共同出资数十亿欧元共同研发EUV光刻机。
　　ASML的这招非常厉害，不仅仅获得了研发资金，而且将主要的EUV光刻机需求方成为EUV光刻机的投资方，保障了研发出来也能及时地卖出去，同时也堵死了竞争对手觊觎EUV光刻机的市场。
　　一举三得，很难想象这是一家技术公司想出来的高招。
　　至于ASML是如何从技术上超越美日同行？ASML的领导者们又是如何解决一个个资金难题，如何重整员工信心？限于篇幅，细节之处在本文就不展开描述，感兴趣的朋友可以去阅读《光刻巨人：ASML崛起之路》这边书籍。国产光刻机痛在哪里？
　　大概讲完了ASML为何成功，就有必要分析一下国产光刻机的现状和未来了，毕竟，在高端芯片上被卡脖子，确实是我们心中永远的痛。
　　首先简单了解一下光刻机的工作原理，这样容易理解为何国内光刻机难以突破高进程工艺光刻机的生产。
　　光刻是芯片制造的一个环节，这个环节需要一台光刻机来完成对晶圆硅片的涂胶、曝光和显影后才能实现电路布图和功能实现。
　　无论是汽车、智能家电还是手机、电脑，都需要用到芯片，要最终制造出直接放进手机或电脑的芯片，就需要用到光刻机，没有光刻机，台积电也好、中芯国际也好都无法生产芯片，同理，没有EUV光刻机，中芯国际也没法生产出华为手机所需要的高端麒麟芯片。
　　可见光刻机是多么重要！
　　光刻机又叫掩模对准曝光机，通俗地理解和胶片相机制版有些类似，早期的光刻技术对光学和影像系统要求并不高，ASML成立后采用的是步进式扫描曝光技术，随着曝光技术的提升，光源波长从一开始的近500纳米，逐渐提升到今天的4纳米，未来波长数值还会更底。
　　更低的波长纳米意味着同一晶圆面积能够容纳更多更复杂的电路布置，也就能实现更小体积的芯片实现更高的设备性能，这无疑是智能社会的发展方向，但对光刻技术而言无疑是巨大的挑战。
　　这个挑战对ASML来说具备了得天独厚的技术和产业链优势，但对国内光刻机产业却是一个无比艰难的门槛。
　　上海微电子是国内光刻机领域的头部企业，但目前技术工艺还处于90纳米，不过在去年传出上海微电子攻克了28nm光刻技术的消息，如果属实的话，这意味着国产28nm芯片即将覆盖大部分应用场景。
　　不过，在等待国产28nm光刻机诞生的同时，中芯国际的官网显示已经实现了28nm芯片的量产，该芯片可以广泛运用于目前火爆的新能源车领域，以及其它常用的电子消费品之中。
　　显然，中芯国际实现28nm芯片量产的光刻机来自于ASML的DUV光刻机，去年ASML也表示，中芯国际可以采购到其生产的DUV光刻机，在上海微电子28nm光刻机还处于攻关阶段时，ASML光刻机是国内半导体和晶圆代工企业最好的选择。
　　那么，为何国产光刻机无法实现更高纳米进程工艺？
　　ASML的EUV光刻机并非ASML一家就能独立制造，而是整合了全球顶尖的供应链，比如蔡司的镜头，Cymer的光学照射技术、台积电的代工等，顶尖的额光刻机需要顶尖的配套软硬件技术，前有ASML设立技术壁垒，上海微电子显然没法获得蔡司最好的镜头，Cymer最好的光学系统等，这些缺失才是国产光刻机真正的痛，痛在全球技术供应链的单薄。
　　怎么办呢？既然ASML掌握了最好的技术且无法复制，国产光刻机怎么突围呢？
　　在今年初ASML一个指控引发了笔者的注意，网传ASML指控国内半导体企业东方晶源有侵犯ASML知识产权的可能，请注意，是可能，也就是ASML怀疑东方晶源某项技术侵犯到了ASML的权益，什么技术呢？ASML并没有申明，东方晶源在声明中强调了自己是一家专注于集成电路领域良率管理的企业，自主研发了计算光刻软件、纳米级电子束检测装备等核心产品并重视和保护相关知识产品。
　　那么，ASML怀疑这种可能性，也可以从反面证实东方晶源的技术可能是与光刻机相关的，或者理解为东方晶源的技术将提升国产光刻机的技术水平，此消彼长，国产光刻机相关软硬件技术提升了，对ASML而言显然是个威胁。
　　对于国产高尖端光刻机的发展，尽管目前可能和ASML还有相当长的差距，但笔者仍然还是看好国产光刻机的发展，综合以上分析，笔者觉得国产光刻机不单单是上海微电子一家的使命，而是需要整合全球产业链来推动其发展。
　　首先，国内目前已经具备了生产高端光刻机的产业环境和市场需求，这是一个巨大的市场，市场孕育需求，需求反哺产业。虽然28nm光刻机还没有办法取代ASML，但对于上微电子而言还只是一步之遥，尽管这一步需要三年五年甚至更长，但只要解决了28nm光刻机，就是一个革命性的突破，或者是个里程碑，接下来攻克7nm、5nm就是看得到的未来。
　　其次，受限于技术产业链的缺失，我们无法获得尖端的光学系统等软硬件供应，自然会受限于此，因为光刻机作为一台高精密仪器，是由多个核心系统组合而成，如何弥补拼图中的缺失版块？需要我们做的就是尽早布局技术供应产业链。
　　比如佳能、尼康作为全球顶尖的光学企业，其具备了自主生产光刻机的能力，但也受限于ASML的强势而无法在光刻机领域与ASML抗争，我们是否可以联合这些全球顶级光学公司共同攻克光学难题？
　　另外，ASML的光刻机之所以能够实现自产自销，与ASML和三星、英特尔及台积电这些需求方实现了资本合作有极大关联，为了共同打造顶级的光刻机，台积电、英特尔甚至不惜与ASML分享自己的技术，那么，像上微电子、中芯国际、东方晶源等半导体产业链企业是否能够形成类似的共同体，一起在技术底层和实际应用上达成合作，从资金、应用、软硬件协同各个方面推进高进程工艺光刻机的研发？
　　鲁迅先生有一句脍炙人口的名言：地上本没有路，走的人多了，也便成了路。
　　制造高端光刻机，ASML用了三十年的时间才有今日之功，我们应该理性地看待自己的差距，也许我们需要花更长的时间才能拥有国产高端光刻机，ASML从一个实验室，再到一个企业，最终建立全球产业链，占据产业链顶端地位，它的发展历程有太多值得我们学习和借鉴。
　　但笔者想，我们不应该为这个差距而妄自菲薄，实现光刻机的梦想不是一家企业就能完成的，而是要动用全产业链的力量，合力才能缩短追赶时间，产业布局其实早就开始了，也许现在还看不到希望，就如刚开始的ASML一样，但我们身处智能社会的今天，只要一天还需要芯片，那么光刻机就拥有未来无法想象的市场回报。
　　行动起来！如果要给个期限的话，我希望是在近十年以内看到国产光刻机取得了重大突破。