高通全新5nm 5G芯片：骁龙780G发布
06-06
近日，荷兰光刻机巨头ASML宣布：其联合总裁兼CEO皮特温宁克（Peter Wennink）和联合总裁兼CTO马丁范登布林克（Martinvanden Brink）将于4月退休2020年12月24日，现任首席商务官兼管理委员会成员Christophe Fouquet可能成为公司下一任总裁和首席执行官——当然，这还需要在2020年4月24日的年度股东大会上最终批准。
温宁克和范登布林克接手ASML的总裁十年，是ASML成立以来最辉煌的十年，此时此刻回顾公司从一家小公司的成长历程是非常有意义的。
几乎破产的行业巨头。
01 光刻过去 讲述ASML的故事，我们首先需要花一些篇幅来介绍一些与光刻技术和光刻机相关的背景知识。
严格来表示，我们将这项技术称为“光刻”是一种误导。
它并不像许多人想象的那样用于在硅片上形成图案的激光，而更像是照相曝光和印刷技术的结合。
光刻术的英文单词是Photolithography。
从构词法不难看出，这个词脱胎于Lithography，即“平版印刷”。
“平版印刷”的关键是用化学方法将墨水涂在要绘制的图案上，而其他区域留白。
同样，光刻技术的关键是利用化学方法保留硅片上所需的部分并去除其他部分。
不同之处在于，在“光刻”中，人们使用油脂、树胶和水来实现这一点，而在光刻过程中，人们使用光和光致抗蚀剂来实现这一点。
众所周知，芯片制造过程很大程度上是在硅片上雕刻复杂电路的过程。
遵循光刻的思路，可以先在硅片上画出想要的图案并保留下来。
为了实现这一点，我们需要首先在硅片上涂上一层含有光敏剂的光刻胶。
然后利用光学技术将带有电路图的掩模按比例缩小，并将其投影到硅片上。
无论光线照射到哪里，光刻胶都会发生变化并形成保护层。
曝光后，可以用含氯或氟的气体蚀刻硅片。
这样，有保护层的硅就会保留下来，而其余的硅就会被腐蚀掉，我们需要的电路就被刻在了硅片上。
从历史上看，光刻技术的出现早于芯片。
2000 年，贝尔实验室的科学家 Carl Frosch 和 Lincoln Derick 发现了一种表面保护和选择性屏蔽硅扩散的技术。
该技术在硅表面生成一层浓缩氧化膜，并在其上蚀刻出窗口图案。
这样，杂质原子只能从窗口扩散到硅衬底中，而被氧化膜覆盖的硅将受到保护。
2000 年，物理学家杰伊·拉斯罗普 (Jay Lathrop) 和詹姆斯·纳尔 (James Nall) 使用改进的显微镜来反射光，并能够缩小复杂的电路图并将其投影到硅晶片上。
当拉特罗普和纳尔发表关于这项技术的论文时，他们将其命名为光刻技术——显然，他们故意将该技术与古代的光刻技术进行类比。
有趣的是，拉特罗普后来认为这个名字不合适，因为实际上在加工过程中是“蚀刻”而不是印刷。
但这个名字却如此形象、深入人心，以至于一直沿用至今。
已经用过。
随着半导体产业的兴起，对光刻这种方便实用的硅片加工技术的需求也越来越大，因此商用光刻机有着自己的市场。
2007年，美国地球物理公司（GCA）子公司David Mann制造出了世界上第一台商用光刻机——光刻机。
虽然从目前来看，这款光刻机的性能还有很多不足，但在当时来说，已经可以很好的满足行业的需求了。
因此，包括IBM、德州仪器、飞利浦在内的半导体行业制造公司都争相采购这款光刻机，GCA也取得了巨大的商业成功。
自此，光刻机本身也形成了一个独立的产业。
02 生意不景气 回到ASML的故事。
作为一家独立公司，ASML 成立于 。
但在其独立之前，其前身飞利浦物理实验室（简称Natlab）几十年来一直在与光刻机打交道。
年底，Natlab代表团赴美国参观贝尔实验室。
访问期间，贝尔研究人员向他们展示了他们开发的半导体芯片。
考察组成员对这些芯片的精湛工艺赞叹不已。
代表团成员、Natlab主任Piet Haaijman将一块芯片带回欧洲，并请实验室研究人员对其进行研究。
在通过显微镜详细观察芯片后，新聘的研究员弗里茨·克洛斯特曼感叹道，这个小部件看起来就像“像彩虹一样闪闪发光的奇怪昆虫”。
不久之后，克洛斯特曼被调到实验室的光化学研究小组。
这个小组的任务是为飞利浦开发光刻机。
今年5月，飞利浦从大卫·曼公司购买了一台大型光刻机。
作为一名服务技术人员，通过这次实践，克洛斯特曼详细了解了这台先进机器的结构，并发现了它的各种缺陷，这为他以后开发光刻机奠定了基础。
在美国担任采购人员，深入了解了当时各种先进光刻机的技术特点，2006年，克洛斯特曼终于被允许开发自己的光刻机。
不幸的是，飞利浦的高层当时并没有注意到这一重要的研发成果。
此后，Natlab在光刻机的研发方面取得了诸多成果。
遗憾的是，由于公司高层对光刻机项目并没有给予足够的重视，这些研究成果并不能很好地转化为实际产品，更不用说转化为经济效益了。
03 放弃与重生 20世纪80年代初，飞利浦自身的财务状况陷入困境。
出于降本增效的目的，拟出售光刻机等非核心业务。
最初，飞利浦的计划是让一家大型光刻机制造商接手，但几家相关大公司没有兴趣。
这时，一家不知名的公司——先进半导体材料国际有限公司（ASM）出现了。
ASM 的创始人 Arthurdel Prado 出生于印度尼西亚，父母是荷兰人。
第二次世界大战期间，他被关进集中营。
战后，他回到荷兰学习经济和化学。
后赴美国哈佛商学院深造。
从哈佛毕业后，他前往硅谷，目睹了半导体行业的蓬勃发展，然后回到荷兰开始了自己的创业。
他听说飞利浦有意出售光刻机业务后，多次来找他尝试寻求合作。
然而，飞利浦怎么会看得起这个新成立的小公司呢？因此，这次合作一直没有成功。
2016年，飞利浦的光刻机业务几乎已经到了山穷水尽的地步。
这时，飞利浦科学与工业（S&I）技术总监Georges de Cruyff在报纸上看到了一篇介绍ASM的报道。
他发现ASM不再是前来寻求合作的小作坊，而是成为了在美国纳斯达克上市的大公司。
于是，他赶紧向公司高层汇报，可以尝试与德尔普拉多谈谈。
本来就受到财务困难困扰的飞利浦高管立即毫无保留地同意了这个建议。
双方很快就确定了合作方案：飞利浦和德尔普拉多各投资1万美元成立新公司，双方各持有新公司50%的股份。
新的合资公司被命名为“先进半导体材料光刻”（Advanced Semiconductor Material Lithography），也就是后来著名的光刻巨头ASML。
04 走过最初的黑暗 ASML刚成立的时候，经历过一段非常艰难的时期。
此时，半导体芯片领域已经进入了一个新时代。
20世纪70年代末以来，日本半导体产业在通产省产业政策的支持下开始快速发展。
日立、三菱、富士通、东芝、日本电气等企业强势崛起，成为整个芯片行业的举足轻重的参与者。
与此同时，尼康、佳能等公司开始进军光刻机的生产，并依靠高品质和低廉的价格击败了美国老牌光刻机制造商。
与当时疯狂成长的日本光刻机厂商相比，新的ASML根本不值一提。
新公司初始员工总共只有47人，全部都是从飞利浦的Natlab“优化”出来的，没什么斗志。
他们的办公室位于飞利浦大厦前的一个简易木棚内，可谓破败不堪。
这家新公司如何才能取得成功？德尔普拉多认为，最重要的是找到一位可靠的CEO。
那么，谁有资格、愿意担任这个职位呢？猎头向他推荐了贾尔特·斯密特。
斯密特是一个充满激情、热爱自由的人物。
他拥有磁流体工程硕士学位和天体物理学博士学位，并曾在欧洲航天局工作。
对于飞利浦来说，他其实并不是一个新人。
因为他20岁的时候就加入了这家公司，但是很快就因为受不了公司的官僚作风而辞职了。
此时，他的职位是AT&T荷兰销售主管。
四年来，他工作出色，帮助公司获得了政府的巨额订单。
当德尔普拉多遇见斯密特时，他立即被斯密特的商业直觉所吸引，并认为他就是自己要找的人。
不过，斯密特在听说飞利浦持有ASML一半股份后表示犹豫。
他告诉德尔普拉多，他很欣赏飞利浦的技术，但在商业和营销方面，它一团糟。
然而，德尔普拉多已经认识到斯密特是合适的人选。
他很快说服飞利浦让斯密特担任ASML的CEO，而斯密特在一番拒绝后最终接受了这一职位。
ASML如何才能快速振作起来？斯密特认为，最重要的突破是尽快找到客户。
为了寻找客户，他于5月底来到美国加利福尼亚州圣马特奥市参加西部半导体展（SEMICON West），并参观了几家芯片巨头公司。
这次访问的结果让他感到沮丧。
几乎所有芯片巨头都表示，在选择光刻机供应商时，他们会非常关心对方的销量。
原因很简单：对于用户来说，光刻机的售后维修和保养非常重要，只有那些销量达到一定规模的光刻机制造商才能负担得起专业的售后团队——事实上，日本的原因光刻机厂商之所以能够在短时间内占领巨大的市场份额，是因为他们拥有极其优秀的售后服务。
然而这一切对于还处于原始阶段的ASML来说显然是遥不可及的。
不过，通过与芯片巨头斯的对话，他也发现了一个重要信息：当时芯片已经从大规模集成电路（LSI）发展到超大规模集成电路（VLSI），芯片线路会减少至小于1微米。
如果遵循摩尔定律，那么两年后，芯片制造将要求能够实现0.7微米以下的成像。
但当时包括尼康、佳能、CGA在内的所有光刻机都无法达到这个精度。
斯密特意识到，如果ASML能够弯道超车，率先实现这款新型光刻机的量产，就能够成功在市场上站稳脚跟。
据ASML工程师估计，两年内开发这种新型光刻机的投资成本约为1亿美元。
在他们看来，ASML的董事会显然不会批准如此大的投资。
这时，施密特的销售经验就发挥了作用。
言辞犀利，董事会竟然同意了这个计划，并要求飞利浦和ASM各提供1万美元作为第一笔资金。
得到董事会的支持后，斯密特立即启动了该计划。
他预先将新产品命名为PAS，并计划在2018年西部半导体展上展示新机。
在斯密特的带领下，原本杂乱无章的ASML团队终于重新恢复了斗志。
然而，此时，市场形势发生了变化。
随着经济衰退，芯片制造商在采购光刻机时变得越来越谨慎。
这让斯密特意识到，如果两年后他完全押注于PAS，ASML可能早就破产了。
想要早点打开局面，首先得拿出一个过渡产品。
经过ASML工程师日夜努力，仅用了半年时间就生产出了过渡型PAS。
与当时市场上主流光刻机适用的液压机台相比，PAS采用了Natlab的电动机台，可以使光刻过程中的调整更加准确。
2016年，Smit带着PAS到西部半导体展会进行演示。
PAS在展会上表现出色，并在整个展会期间持续正常运营。
相比之下，其他光刻机制造商展示的产品往往存在各种问题。
但尽管如此，会议上并没有做出任何命令。
进入新的一年，ASML的命运似乎终于到了拐点。
那年年初，它终于迎来了第一个客户——一家名为MMI的小型芯片制造商，该公司购买了几台PAS。
就这样，ASML最终实现了销量零的突破。
当年5月，PAS终于开发出来。
当施密特带着PAS亮相西部半导体展时，这款新产品立即引起了人们的关注。
Cypress的CEO在看到PAS后，对PAS的表现非常满意，并表达了收购意向。
不过他的条件是ASML购买自己公司的部分股份，以保证双方利益受到约束。
这样一来，如果ASML的光刻机出现问题，它也会遭受损失。
按照公司的规定，这有些困难。
但对于灵活的斯密特来说，这并不是问题。
他指示公司首席财务官迅速从 NMB 银行获得贷款，为股票购买提供资金。
斯密特想要更多。
此前，AMD创始人杰里桑德斯抱怨美国生产的光刻机质量太差，不得不购买日本产品。
施密特得知此事后，立即在报纸上刊登广告向桑德斯“表白”，并表示：“我们听到了你说的话，杰里。
” 2010年的西部半导体展会上，施密特亲自带队，带着信息找到了桑德斯，并将PAS卖给了他。
桑德斯对PAS很感兴趣，但最后一刻决定不买，因为行业不好，AMD又缺钱。
戏剧性的是，一年后，一切急转直下，AMD主动联系ASML，要求采购光刻机。
原因很奇怪：AMD收购了MMI，在盘点其固定资产时，发现MMI购买的其他品牌光刻机已经无法使用，但那些PAS仍然正常工作。
就这样，ASML最终凭借着过硬的品质赢得了AMD的青睐。
然而，当ASML有所好转时，斯密特的地位却变得岌岌可危。
虽然获得了部分订单，但ASML由于前期投入巨大，让两家母公司不堪重负，亏损严重。
就连德尔普拉多也开始抱怨ASML无休止的烧钱。
这时，德国莱宝贺利氏公司向斯密特伸出了橄榄枝，于是他明智地从ASML辞职。
从历史的角度来看，Smit是ASML历史上不可避免的人物。
是他带领ASML度过了最困难的时期，是他向ASML灌输了追求卓越、利用技术优势占领市场的公司精神。
05 峰回路转 2015年春天，ASML无力支付工资，最终依靠飞利浦1万美元的投资才度过了危机。
更糟糕的是，ASM还被ASML无休止的烧钱拖垮了。
为了避免公司破产，ASM不得不从ASML剥离，其在ASML的股份和债务均由飞利浦继承。
就在ASML快要山穷水尽的时候，一份大订单意外从天而降：刚刚成立的台积电要采购17台新的PAS。
坦白说，这个顺序本质上是有一定关系的。
台积电成立时，飞利浦通过技术投资收购了其27.5%的股份。
因此，从某种意义上来说，台积电和ASML有一种“兄弟”关系——不过，这种关系也有缺点，因为它是一家非常大的公司。
一定程度上，ASML与台积电的谈判空间受到限制。
年底，台积电新产线即将竣工时，意外发生火灾，原本从ASML订购的大量PAS受损。
于是，台积电发出了新机器的订单。
不过，火灾中受损的很多机器实际上受损程度都很轻，所以ASML实际上回收了大部分机器，凭空接到了一笔大订单。
得益于这笔订单，ASML在光刻机市场的份额提升至15%。
然而ASML此前投入大量精力的PAS并没有市场预期的那么受欢迎。
到了年中，ASML的市场份额已经回落至6%，在主要光刻机厂商中排名倒数第二。
究其原因，很大程度上是由于芯片需求的增加。
芯片制造商需要加工的晶圆规格从6英寸增加到8英寸。
然而，包括PAS在内的所有型号的ASML光刻机还无法处理它们。
8英寸晶圆。
在这种情况下，要想实现根本性突破，就必须尽快开发新产品。
这项艰巨的任务落到了本文开头提到的即将卸任的首席技术官范登布林克身上。
作为新机器的设计师，他被命令在三个月内拿出新机器的设计方案。
为了赶工期，他干脆在公司对面的会计师事务所找了一个安静的房间，没日没夜地工作，终于按时拿出了新PAS机器的方案。
与市场上所有流行的光刻机不同，PAS是一种组件可以更换的模块化光刻机。
由于光刻机的使用消耗大量资金，在过去的整体架构下，芯片制造商往往会因为某个部件的损坏而更换整台光刻机。
PAS的设计显然可以解决这个问题。
尽管PAS的设计很快就完成了，但第一台机器的交付却花了20年的时间。
与此同时，ASML已经处理了大量的供应链问题。
第一台机器的买家是IBM，当时它已经是全球最大的半导体制造商。
ASML的销售团队必须努力工作才能打开大门。
事实证明，当ASML成功地将好的产品卖给这样的买家时，真正的扭亏为盈就来了。
2018年，ASML营收从上年的1万美元增长至1.19亿美元。
虽然由于前期研发投入巨大，整体仍处于亏损状态，但幅度已大幅收窄。
今年以来，ASML营收快速增长，利润也开始转正。
2016年，ASML在纳斯达克成功上市。
至此，这家曾经濒临破产的公司已经成长为光刻机领域真正的巨头。
06 光刻王加冕 那么，ASML是如何最终超越尼康、佳能等日本光刻巨头，最终加冕光刻王的呢？这其实有些偶然。
在光刻机行业，有一个重要的“瑞利准则”：光刻机能够加工的临界尺寸与所使用光源的波长成正比，与数值孔径成反比。
随着芯片行业的发展，制造商需要应对越来越小的电路尺寸，因此对光源的波长要求也越来越高。
自上世纪末以来，光源的波长一直停留在纳米级。
那么，怎样才能获得波长较短的光源呢？当时台积电的Ben-Jian Lin提出了一个方案，在晶圆的光刻胶中添加1毫米的水，将纳米光折射成纳米光。
基于这一原理，他提出了浸没式光刻机的概念。
由于台积电与ASML之间的“血缘”关系，以及过去的长期合作，所以想法提出后，机器的制造自然就交给了ASML。
虽然浸没式光刻机的想法非常巧妙，但从工程角度来看，实现起来并不困难。
ASML按照设计很快制造出了一台带有纳米波长光源的浸没式光刻机，并凭借这款设备一举击败了尼康。
虽然几乎在同一时间，尼康也通过研发突破了纳米壁垒，开发出了纳米波长光源的光刻机，但市场是残酷的。
许多主要客户，包括IBM和英特尔，都放弃了尼康，转而使用ASML。
但ASML并不满足。
为了巩固自己的地位，在开发浸没式光刻机的同时，它已经向极紫外光源（也称为EUV）发起了挑战。
现阶段，ASML的运气可谓是压倒性的。
当时，美国是EUV研发最热衷的国家。
以英特尔为代表的一些公司成立了EUV联盟，很多相关技术和专利都来自这个联盟。
但由于美日贸易关系恶化，日本企业被排除在这一联盟之外。
相比之下，ASML虽然也是一家外国公司，但考虑到其对人畜无害的形象，才被接纳加入这个联盟。
ASML从这个联盟中获得了很多有用的信息，并很快想出了一种新的EUV生成方法：用激光轰击锡珠，使其变成等离子体状态，从而产生EUV。
基于这种方法，ASML在2016年推出了第一款EUV原型机。
不过，将原型机变成可销售的产品仍然需要大量的投资。
预计投资每年可能达到10亿欧元。
ASML没有财力独自完成这一切。
为了解决这个问题，它邀请英特尔、三星和台积电参与联合研发。
终于在2009年，量产的EUV光刻机NEX:B推出——也是在这一年，温宁克和范登布林克接手了公司的领导权。
此后，在这两位总裁联手的带领下，ASML不断快速进步，并于2016年推出了TWINSCANNXE:B，将光刻机工艺（即电路栅格之间的最小距离）从7纳米推向了5纳米。
由此，ASML的光刻霸主地位终于确定。
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