光刻机龙头的沉浮变迁（下）

明辉

2017年4月，尼康向阿斯麦尔（ASML）和蔡司的微影技术发起专利诉讼，要求赔偿损失并停止出售相应技术的光刻机。经过两年的和解，ASML和蔡司一共支付尼康1.5亿欧元赔偿金，以及未来十年双方相互支付相应收入0.8%的专利授权费。此事件表明，此时的ASML依然没有建立绝对的优势。

年轻的ASML起步晚、专利薄，基础理论创新少，公司选择在工程技术上不断创新。2000年8月，公司推出采用独家磁悬浮驱动的双工件台系统，这是光刻机行业的一大进步，生产效率提升35%。这受到量价取胜的韩国和中国台湾地区厂商的青睐，成本优势领先日本，ASML开始与中韩地区的芯片制造业深度绑定。该年，ASML营业额达到27亿欧元，增长125%。但随后的2001年互联网泡沫破灭，营业额下滑40%。

此后，台积电的崛起成了ASML的幸运星，甚至说台积电的几个技术专家改变了台积电和ASML的命运，影响了半导体产业的格局。

当时全行业遇到了一个难题：准分子激光的波长被卡死在193纳米，摩尔定律遇到了麻烦。尼康和硅谷集团都主张在前代技术基础上，采用157纳米的波长，走稳健路线。但这需要重新研制光刻胶，改造难度大，但技术路线清晰，没有风险。而出身IBM、跳槽到台积电的林本坚却提出了一个疯狂的方案，用水的折射来降低波长，直接跨越157纳米的天堑，来到134纳米波长。

这一方案遭遇业内大厂的集体反对，他们普遍已经在157纳米光刻机上投入10亿多美元巨资，受到沉没成本的桎梏。林本坚在重压之下并未屈服，并且受到高层张忠谋和蒋尚义的大力支持。当时ASML与台积电合作紧密，历史研发包袱小，且都是小角色，ASML决心赌一把，押注浸没式技术可以实现以小搏大、换道超车。于是，他们和林本坚一拍即合，拼尽全力，用时一年研发出浸没式光刻机，2004年经过改进成熟顺利投入使用。

虽然尼康成功研发出157纳米干式光刻机，但浸没式光刻机属于小改进大效果，应用成本更低，缩短光波效果更好，所以没人去订尼康的新机。浸没式光刻机使得摩尔定律再次前行。虽然尼康随后也用了一年时间完成了对浸没式技术的追赶，然而芯片行业最宝贵的便是时间，18个月就会差一代，ASML已经抢先拿下IBM和英特尔等众多客户的大订单，加上其优秀的工件台对准技术，尼康已毫无优势可言，曾创年销售900台的辉煌纪录后，开始走下坡路。

林本坚在2015年退休，浸没式光刻机继续向前做到了7纳米制程。林本坚和ASML的紧密合作，将全球芯片工艺制程一口气推进了9代，台积电也因此跻身一线大厂，主导了产业发展，改写了产业格局。2007年，ASML领先于尼康成为市场第一；2009年，ASML占据70%的市场份额。

芯片制程继续向前来到5纳米，将由极紫外线光刻技术，这几乎逼近物理学、材料学和机密制造的极限。

早在克林顿政府时期便已经成立国家实验室与英特尔、IBM、AMD等的联盟，由于美国的光刻机公司早已衰落，只剩下当时实力最强的尼康和刚崭露头角的ASML。此时，政治力量开始干预，美国担心尼康可能会将技术转移回日本。在这关键时刻，ASML也大表忠诚，要在美国建厂，保证55%零部件从美国采购，并接受美国政府的定期检查。美国政府最终拒绝了尼康，选择ASML加入EUV LLC联盟。

实际上，日韩和欧洲国家都进行过极紫外线光刻机的技术攻关，但他们的实力都无法与汇集了美国顶级科研机构的EUV联盟相比。从1997-2003年，联盟科学家们用了六年时间才攻克在光源、抗蚀剂和防护膜上的三大难题，最终验证了极紫外线光刻机的可行性。

2006年，ASML推出极紫外线光刻的原型机，但他们自己也没想到从原型到量产将要用十年时间。2010年，ASML才造出第一台概念性样机，交给台积电研发。此时，每年10亿欧元的研发投入让ASML也吃不消了，更糟的是，极紫外线光刻机市场并不大，有可能收不回研发成本。ASML于是推出利益捆绑模式，三星电子、台积电和英特尔想要拿到最先进的光刻机，每家必须购买ASML 5%的股份。

英特尔、台积电、三星电子迟迟不见极紫外线光刻机量产，也没有太多信心，最终三家在2012年合计投资ASML 23%的股份，还承诺在五年内拨出14亿欧元支持ASML研发。ASML合计从三巨头获得了53亿欧元，而2012年其收入也才47亿欧元。

终于，2016年第四代极紫外线光刻机、能搞定5纳米及以下制程的NXE3400B正式发售，并于2017年开始交付。售价高达1.2亿美元一台，重达180吨，超过10万个零件，需要40个集装箱运输，安装调试时间需要超过一年，每年量产不超过30台。由于收到大量订单，排队交货要好几年。

尼康成为极紫外线光刻机技术的最大失意者，放弃开发。ASML在高端光刻機的实际占有率接近90%，居于垄断地位；在极紫外线领域则仅此一家，属于绝对垄断。

由于对极紫外线光刻技术实在缺乏信心，等两年半的锁定期一到，三星、台积电和英特尔便匆忙将ASML的股份几乎卖光。三家共同注资的时候，ASML市值有300亿美元，而目前市值2770亿美元。同样还有飞利浦，如果持有ASML的股份至今，可以升值几百倍，飞利浦自己的市值目前仅有200亿美元，飞利浦分拆出的恩智浦，如今市值530亿美元，飞利浦还曾经是台积电的最大股东，但也在2008年全部清空。如果没卖，飞利浦今天的股份市值，足以让英特尔和三星电子都望尘莫及。

我们没必要嘲笑飞利浦，因为半导体投资金额和风险都越来越大，经营业绩也经常波动很大，上市公司连续几年业绩太差、管理层就会下课。那些年，全球欧美日电子巨头都在剥离半导体业务，英特尔、台积电这样的半导体业内巨头都对ASML的前景没有信心，又何况其他大公司的管理层呢？

表面看，ASML是一家荷兰企业，但实际上，在其崛起的背后是欧美科技产业与资本、政治的三大联手，公司最大的两个股东都是美国资本集团，合计持有超过20%，这也是白宫能够容忍ASML做大的重要原因。极紫外线光刻机的关键技术在于光源和镜头，ASML借助美国（西盟光源）和德国（蔡司镜头）的技术在这两个领域都完成了布局。

ASML的轻资产模式也是它活到今天的重要保障，不然早就破产了。选择这一模式也并非创始人的远见卓识，原因只有一个字：“穷”。ASML饱受资金短缺之苦，从成立之初就只能让供应商一起参与开发，90%的零部件都从外部采购，并与供应商分享利润。ASML的商业模式在无奈中迎合了未来半导体产业的发展大势。而尼康的零部件则主要是自主生产，一家企业的综合实力又怎能与ASML由5000家企业联合的供应链进行竞争。高端光刻机作为芯片制造中最精密、最复杂、难度最大、价格最昂贵的设备，早已不再是少数几家企业或举一国之力可以完成的工程，即便美国也不行。

纵观光刻机问世以来的六十年，光刻机产业从美国、日本到荷兰，已经完成了几轮淘汰和转移，市场竞争非常残酷。芯片制造本身就是一个门槛极高、玩家有限的产业，光刻机作为芯片制造的上游，更是小众，销售市场非常狭窄，全球每年不过300多台。同时，光刻机又是一项需要巨额资金进行研发投入和持续更新迭代的高精尖技术，而且随着芯片制程越来越先进，技术难度和投资金额又呈现指数级的增加。因此，一旦一家原本领先的企业出现产品技术停滞或断档，在某个新赛道上抢先一步的市场新秀就会拿走少数几家半导体厂商的绝大多数订单，而落后的企业也将失去关键营收而无力进行下一代光刻机技术的研发和改进，也就失去了重新赢得竞争的机会。

（作者为资深投资人士）