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製造光刻機40年，ASML成功的秘密是什麼？
關於後來者能不能造出光刻機和先進晶片，業界盛傳比亞迪董事長王傳福的一個說法：“這些是人造的，不是神造的。”
最贊成王傳福的可能包括光刻機巨擘ASML 總部的人。追蹤ASML 超過十年的荷蘭記者 Marc Hijink）對我們說，「我在ASML 問這個問題，他們總說，自然力量在北京與荷蘭是一樣的。沒有任何物理定律阻止其他人製造類似的機器」。
現在全球賣出的光刻機有九成來自ASML。其獨家的EUV 極紫外光刻機幾乎是生產先進晶片的唯一選擇，一台賣兩、三億美元，可以稱得上歐洲最貴的奢侈品。 ASML 的市值也在今年首次超過奢侈品巨頭，路易威登的母公司LVMH。
上周，ASML 創始人維姆·特羅斯特（Wim Troost）去世，享年98 歲。 40 年前，是特羅斯特費盡全力，飛利浦才沒有徹底砍掉虧損的光刻機業務，願意讓他們獨立創業。ASML 成立之時，特羅斯特已經年近六旬。第一批員工也是在飛利浦承諾失敗後回來工作，才同意加入。這不是今天創投看得上的創業團隊。
多年採訪後，希金克相信最終還是一種敢於冒險的基因和極致專注讓ASML 走到今天。 “如果一件事沒有被證明是不可能的，他們就會覺得自己或許可以做”，他在與我們的視訊對話中說道。
去年底，希金克的新書《專注：ASML 之道》（Focus：The ASML Way，中文版譯名未定，將於今年10 月發布）以荷蘭文出版。先前的ASML 傳記《光刻巨人》只講到1996 年，當時ASML 還不是尖端晶片的唯一選擇。
希金克的《專注》補全了ASML 千禧年之後的成長史，在管理層的支持下，得以一種更整體的視角，呈現ASML 如何用40 年從初創公司發展成行業壟斷者：一個前景存疑的小公司，在創業之初就選擇最難的技術路線，並且持續40 年專注在一個目標，最終成為當代最尖端技術的製造商，造出的機器可以在矽片上刻出只有新冠病毒幾分之一大小的電子元件。
買杯咖啡就可能破產的小公司，選了最難的路
1984 年4 月，47 名員工從飛利浦的混凝土總部大樓搬入一處緊鄰垃圾堆、下雨漏水的臨時棚屋。 ASML 就此成立。
同一年，蘋果發布Mac 電腦的時候，電腦CPU 已經複雜到無法以機械加工。英特爾的工廠要用光刻機讓精細光線穿透薄膜，將肉眼看不見的圖案投射到矽片上，形成微小的電路結構。
ASML 微影機的成像原理：透過投射光束，穿過印有電路圖的光罩及光學鏡片，將電路圖曝光在帶有光刻膠的矽片上。
此時飛利浦已投入光刻機研發十多年，發明出了業界領先的對準系統和獨一無二的電動晶圓台，但在和其他十家廠商激烈競爭中不佔優勢，始終沒有訂單。
趕上日本家電橫掃歐美市場，時任飛利浦CEO 明確要求盡快結束包括光刻機在內「所有不賺錢的愛好」——要么出售，要么合資。
當時擔任飛利浦科學與工業部（S&I）董事的特羅斯特是公司上下少有力挺光刻機研發的人。科學與工業部的一些計畫為飛利浦帶來了非常可觀的利潤，在財務上相對獨立。飛利浦不願意繼續投錢，特羅斯特一度繞過集團高層，動用部門小金庫支援光刻機研發。
ASML 首批員工大多因為飛利浦工會答應的豐厚養老金和幾年後可以返回飛利浦的承諾，才不情願地到被飛利浦拆出、很可能“買杯咖啡就會破產” 的新公司上班。
ASML 成立初期的辦公室棚屋，緊鄰垃圾堆、下雨漏水。
光刻機當時不是特別賺錢的生意，連晶片對世界的影響才剛開始。很難講特羅斯特比集團管理階層乃至整個業界看得更遠。但也許就是一些直覺、幾分固執加上足夠的話語權，讓他幾乎以一己之力拯救了這個危在旦夕的前沿項目。
沒有晶片經驗的特羅斯特接手光刻機專案後，很快就開始尋找合資對象。在跟美國同行Cobilt、Perkin-Elmer 和Varian 的談判接連碰壁後，他和一家當時同樣沒什麼名氣的荷蘭晶片設備公司ASM 國際合作。依照雙方的合資協議，飛利浦和ASM 國際以50:50 的股權比例各自註資210 萬美元。
當時年營收超過140 億美元、研發投入超過12 億美元的飛利浦，只願意為這個合資計畫拿30 萬美元現金，餘下的靠17 台滯銷的PAS 2000 抵帳。根據特羅斯特估算，即使加上抵帳的機器，420 萬美元還不夠新機器研發成本的1/10。為此他讓自己的S&I 部門依舊承擔了新公司最初的大部分採購成本。
保住項目只是開始。新公司沒有訂單，市佔率為零，連名字都不好聽──它一開始的簡稱是ALS，也是漸凍症（Amyotrophic Lateral Sclerosis）的縮寫。後知後覺的管理階層到1996 年才將公司改名為ASML。
ASML 在創業之初就遇到產業周期性疲軟，但反而幫了它。 1985 年，全球晶片市場低迷，晶片製造商削減了設備採購訂單，這讓需要提前數個季度採購和生產的頭部光刻機廠商遇到庫存和現金流挑戰，削減甚至擱置新產品研發投入。
沒有訂單和龐大團隊的ASML 沒有這些包袱。希金克告訴我們，經濟危機幫助ASML 在激烈競爭市場裡鑿開條縫隙，“沒什麼可以失去” 的文化讓他們更勇敢地面對風險。
ASML 首任CEO 賈特·斯密特（Gjalt Smit）了解到晶片製造商們希望兩年後開始生產超大規模積體電路（Very Large Scale Integration，VLSI），這需要能夠投射約一微米精度光線的光刻機，超越了當時所有光刻機的極限。如果ASML 能在兩年內創造出這樣革命性的新產品，就能抓住新的晶片周期。缺錢、缺時間、缺名氣的他們選了一條最難的路。
想要快速拼完一整套有數千個零件的樂高，最好的方法是找幾個朋友一起拼。 ASML 提高光刻機研發效率的方式也差不多，工程師們從設計階段開始，就將光刻機拆分為5 個模組，由不同的專業團隊並行研發，最後再將獨立的模組組裝成完整的系統。
但是光刻機只有在全部組裝完成後，才會暴露問題，而且為了找出症因，每個模組得挨個測試，非常耗時。專案負責人理查德·喬治（Richard George）想出解決方案，同時開發5 個原型機器，每個團隊獨立測試不同的模組，進一步將測試和組裝的周期從兩年半縮短到半年。
最終，ASML 做出代號為PAS 2500 的光刻機，也是全球第一台模組化光刻機。由於採用模組化設計，工程師可以在安裝和使用過程中快速關閉或更換鏡頭、光源以及其他重要模組，為晶圓廠節省大量資金。這樣的靈活性讓PAS 2500 在發布30 多年後，仍然在一些晶圓廠的產線上7*24 小時不間斷地運作。
ASML 面臨的另一個挑戰是它缺乏先進生產工藝，競爭對手尼康和佳能都有當時頂尖的光學鏡頭生產線。僅靠自己，ASML 造不出光刻機這樣的複雜機器。它必須集結所有腦力、資金和靈巧的手。
斯密特熱愛航空，大學時主修航太工程、嗜好之一是開滑翔機，也曾在NASA 和歐洲太空總署工作。他覺得可以藉鏡飛機製造商，把零件生產外包出去，將全部精力集中在複雜的機器設計上。
但當時的ASML 自己都沒有訂單，而且一上來就要最高規格的工藝，很多零件甚至需要定制，供應商們很難被說服。例如ASML 和德國鏡頭商蔡司的合作就很坎坷——已經在為當時頭部光刻機公司GCA 供貨的蔡司看不上ASML。
也是因為晶片下行周期，其他顧客取消訂單讓ASML 有機會分到蔡司的產能。合作中，ASML 幫助蔡司發現了鏡頭漂移問題，進而開啟了後續合作的視窗。 2007 年，二者簽訂了一份分擔風險和利潤的新合同，晶片市場經常發生劇烈動盪，ASML 同意預支1/3 的鏡頭訂金，減少蔡司提前購買原材料的風險。
由於光刻機的出貨量很少，ASML 的每個核心零件可以只選擇一個供應商，並透過獨供協議綁定雙方利益。這樣的合作關係一直維繫至今。
截至2023 年，ASML 總共註冊了超過16,000 項專利，其中許多都是與它的5,100 家供應商合作開發的，而蔡司是當中最重要的合作夥伴。蔡司前CEO 赫爾曼·格林格（Hermann Gerlinger）形容兩家公司是機器和光學的終極結合，「ASML 向我們透露了所有的秘密，我們也向它們分享了一切」。
第一次獲利和第一次引領業界，都是因為找到了風格一致的大客戶
ASML 的光刻機最快每小時可生產200 至300 塊晶圓，每塊晶圓切成晶片後的終端產品價值可能高達數十萬美元，這效率比印鈔機還高。只要能幫晶片製造商節省生產晶片的成本，光刻機無論多貴都有客戶搶著買單。
2023 年，ASML 的毛利率超過51%、淨利率超過28%，均高於同期賣高階消費品的蘋果和法拉利。工業設備公司沒什麼品牌溢價，如此誇張的利潤率只能來自科技的絕對領先。
但這個利潤建立在絕對的技術領先和絕對的市場佔有率上，做不到，光刻機也可能是一門賠錢的生意。直到1980 年代末，ASML 還是家虧損的公司。甚至20 年前，它也不算是什麼科技巨頭，市值只有今天的千分之一左右。
在公司還很小的時候，史密特只能貼著顧客找需求、求訂單。 1985 年的SEMICON West 展會上，ASML 印了宣傳冊，挑了最強對手GCA 和尼康的標竿產品，只比自己有優勢的參數。
展會期間ASML 的廣告冊，著重於宣傳自家產品擁有較好的效率與精準度，隻字不提沒有競爭力的鏡頭。
在這場展會的晚宴上，晶片製造商AMD 創辦人 Jerry Sanders抱怨美國晶片設備商的品質和服務太差，AMD 不得不向日本公司購買設備。史密特得知後立刻奔赴美國，去和自己聘請的營銷專家商量對策。
很快，一則標題為「我們聽見你了，傑瑞」 的廣告出現在新聞媒體和行業期刊上，宣稱ASML 的光刻機可以應對AMD 的可靠性要求。他們會在交貨後和客戶一起在工廠發現問題、改進問題。這則廣告沒能幫ASML 立刻獲得AMD 的訂單。但靠著更深入的服務，ASML 敲開了AMD 的大門，為後續的合作奠定了基礎。
通常情況下，維護良好的光刻機可以確保在98%-99% 的時間裡正常工作，大部分故障來自人為——例如鬆動的電纜和螺栓、鏡頭上的指紋和划痕。但光刻機非常複雜、晶片產線片刻不能停，任何細小的問題都會產生影響。
英特爾的一家晶片工廠曾經每晚都有幾個小時良率莫名下降，四處尋因無果的工程師們最後發現問題來自工廠附近奶牛放的屁：每天凌晨1 點到2 點間，風向會改變，牛排放的甲烷經由空氣清淨機進入無塵室，污染了晶片生產。英特爾最後不得不花錢請牧場搬走。後來每家晶圓廠在選址時多了一個注意事項──盡量避開養牛場。
所有客戶裡，和ASML 合作規模最大、對晶片製造流程推進最多的是一家比它還小三歲的公司。
1987 年，張忠謀創立台積電，他希望與一家有經驗的晶片製造商合作，但日本廠商不感興趣，與英特爾和德州儀器的談判也破裂。最後張忠謀聯繫了飛利浦，後者同意用晶片生產技術換取台積電27.5% 股份。這樣的股權關係也讓ASML 順利成為台積電供應商。
台積電和ASML 很像。它們都比競爭對手更專注地投資某個細分領域的尖端技術，並且同樣快速且混亂地迎接挑戰。在台積電之前，沒有一家只做代工服務的晶片商，晶片巨頭都像英特爾一樣既設計晶片也建廠製造晶片。 ASML 與台積電的工程師經常在一起研究和解決難題。往往在新機器的研發與試驗階段，ASML 就獲得了台積電工程師寶貴的回饋意見。
很快，台積電就幫ASML 首次獲利——雖然只是暫時的。 1988 年底，一場大火吞噬了台積電的晶片工廠，數十台光刻機受損，台積電向ASML 緊急下單了17 台新機器。這筆意外訂單幫助ASML 在財務困難的早期解了燃眉之急。
1990 年代末，電晶體架構持續迭代，但光刻機的光源波長卡在193 奈米，無法刻出更精細的電路。當時業界的主流方案是想辦法將光源波長縮短至157 奈米。尼康和SVG 都為此投入大量資金。
2002 年，時任台積電研發副經理的林本堅在技術研討會上提出，不用取代光源，只要在鏡頭和光阻之間加一層水，透過光的折射，達到更短波長的效果，解析度提升效果幾乎是耗資巨大的157 奈米方案的兩倍。這種取巧的方案稱為浸沒式光刻。
不過當時主流光刻機廠商已經為157 奈米投資數億美元，不願意接受一個重新調整的新方案。甚至有大廠高層找到時任台積電營運長蔣尚義，希望他「管管手下，不要攪局」。
同樣投入了數億美元研發157 奈米方案的ASML 是個例外，它果斷止損，選擇了更好的浸沒路線。 2004 年，等到尼康終於研發出157 奈米乾式微影機樣機時，ASML 和台積電合作開發的浸沒式光刻機已經非常成熟。
同期ASML 另一項重要發明－雙掃描工作台TwinScan 也獲得巨大成功。為了確保圖層對齊，晶圓必須在曝光之前先測量，TwinScan 是第一個擁有雙晶圓工作平台的微影系統。當一個平台上的晶圓正在曝光時，另一個平台上的晶圓則在對準和測量，然後兩個平台交換位置，原來在二號平台的晶圓繼續曝光，一號平台則更換下一片晶圓進行對準和測量。
這種平行方案能夠大幅提升光刻機生產效率，而且與浸沒式光刻非常契合——如果依然使用傳統的單平台方案，原先的測量系統會因為水的干擾而無法正常工作，但TwinScan 本就將測量和曝光分開，完美地避開了這個問題。
浸沒式微影和TwinScan 讓ASML 逐漸超越尼康。在這兩項技術出現之前，ASML 的市佔率只有不到10%，而到了2007 年，ASML 已經拿下近六成市佔率。
不計成本地追逐單一目標，成為最難取代的公司
2023 年一季度，奉行長期主義的波克夏海瑟威，罕見賣出只持有數月的台積電股票。副董事長查理·芒格（Charles Munger）後來解釋說，台積電是一家好公司，但自己不喜歡晶片生意，因為「晶片不斷迭代，每次迭代升級，廠商就得把上一輪賺的所有錢砸進去」。
ASML 如今的壟斷地位，正是建立在一項耗費20 年和數百億美元的關鍵技術——EUV（極紫外線）光刻之上。
1990 年代末，晶片產業尋找下一代光刻解決方案時，波長只有13.5 奈米的極紫外光（EUV）也是潛在選擇之一。但想要獲得EUV 光太難了，它無法穿過包括空氣在內的任何物體，自然界中離我們最近的EUV 光在太陽裡。光刻機廠商必須自行生產EUV 光，並將其準確引導至光刻機中。
日本公司最早開始相關實驗，美國和荷蘭公司也緊跟在後。 1997 年，意識到下一代光源有多難的英特爾和美國能源部領導成立了EUV LLC 聯盟，拉來當時的手機巨頭摩托羅拉、老對手AMD 以及美國三大國家實驗室，試圖攻克EUV 難題。
幾家頭部光刻機廠商也在英特爾邀請之列，但美國政府擔心技術外洩，將日本公司尼康和佳能排除在外。 ASML 則靠著對美國的投資承諾，在英特爾的協助下擠進EUV LLC 聯盟。這讓它有機會花16 億美元買下了擁有EUV 及反射鏡技術專利的美國公司SVG。
這次合作和SVG 的交易為ASML 的EUV 研發奠定了基礎。
由於EUV 光線無法穿過任何物體，光刻機中所有的透鏡都要換成反射鏡，而且只能在真空環境下運作。 ASML 和蔡司為此花巨資建立了全球最大的真空腔體實驗室，模擬真空環境下可能出現的問題。
反射鏡片的製造工藝也非常複雜，需要使用鍍膜工藝，將不同的材料堆疊數十個奈米層，以此增強鏡片的反射強度。每一層的表面凸起不能超過0.01 奈米，其成像精度相當於用手電筒照到月球，出現的光點不能超過一枚硬幣大小。
即便如此，經過多次反射後，EUV 光的能量會損失至原來的1%，而第一台EUV 驗證機每小時只能曝光30 片晶圓。想要提高產能，必須增強光源功率。
光源供應商Cymer（又一家擁有EUV 專利的美國公司）對於這樣一個難度極高、且只有ASML 一家客戶的技術有所保留，多年過去仍進度遲緩。 2012 年，失去耐心的ASML 以19.5 億美元收購Cymer。
為了籌集收購資金和額外的研發費用，ASML 再次大冒險，用23% 的公司股份向三家大客戶英特爾、台積電和三星換來53 億歐元——這比它當年的銷售額還要多，如果研發失敗，將損失巨大。
接手Cymer 之後，ASML 一邊大幅改善其工作效率，一邊繼續投入大量人力和財力，終於將EUV 光源的功率提升到商用標準。
這段期間連一向合作緊密的台積電，也一度宣布放棄EUV，轉向另一家採用電子束技術路線的廠商Mapper。 ASML 不得不去拜訪正在和台積電談合作的蘋果，透過這位潛在的大客戶說服台積電採購EUV。
無限追求精密光刻設備的ASML、堅定推動晶片製造製程的台積電，再加上堅決每年升級一次處理器以追求競爭優勢的蘋果，三家公司成了完美的組合，每年將iPhone 用戶支付的數百億美元費用投資尖端晶片製造技術。
在這個合作裡，ASML 憑藉EUV 徹底壟斷了全球光刻機市場，只留下一些相對低端和小眾的領域給尼康和佳能。蘋果、台積電和ASML 也藉由EUV 技術生產的先進晶片，形成良性利潤循環。
專注、無保留的繼續投資最先進技術是ASML，也是台積電或輝達甩開所有對手，在各自領域遙遙領先的共同點。另一個不可或缺的要素是，他們都在電腦晶片產業——一個存在大約80 年，每一年都比前一年往前躍一步的罕見產業。隨著電腦將人類工作、生活一點點搬入虛擬空間，巨大的利潤也在期間產生，推動晶片公司繼續投資改進技術。
大約15 年前，輝達CEO 黃仁勳在參加一檔電視節目時說，只是跑得快還不夠，只有當跑道足夠長，最好還足夠蜿蜒時，跑得快才是一個好的戰略。如果在其他一些產業，沒有這樣的進步空間和商業循環，一家公司持續投資技術未必就能脫離同質化競爭。
ASML 趕上了這樣一個當初不被看好的跑道，以沒什麼來由的信心，持續投入40 年，在一個曾經開放、自由、充分競爭的全球化市場，集結大量供應商和客戶的腦力、資金和靈巧的手，以及一些運氣，走到了今天。
這有點像巴里·沃思（Barry Werth）在《十億美元分子》裡對藥界黑馬福泰製藥的總結那樣，大眾經常認為科學突破是很戲劇性的，但大多數情況下恰恰相反—— 有突破只是因為一點調整，一些小事，一個沮喪的科學家靠著略有苗頭的數據堅持走下去。一切都源自於那個選擇了一種試劑、一項實驗、一個方法的瞬間，那個微小而關鍵的節點。(芯師爺)