芯片是什么？

　　一顆小小的硅片上布滿了排列整齊的集成電路，陽光下，像一種五彩斑斕的昆蟲。

　　但正是這種“昆蟲”實(shí)實(shí)在在地控制著科技時(shí)代的紛紜萬物：手機(jī)、電腦、家居電器、汽車機(jī)械、能救命的高科技醫(yī)療器械、飛機(jī)火箭，乃至無數(shù)軍工產(chǎn)品，都離不開芯片。

　　舉個(gè)例子，站在街頭環(huán)顧一圈，能載客行駛的交通工具，人們兜里揣的、包里裝的、耳朵上別著的智能小玩意，街頭閃爍的廣告屏、紅綠燈……全仰仗芯片存儲(chǔ)信息、發(fā)號(hào)施令。沒有芯片，雖不至于回到原始社會(huì)，但足以打亂人類正常的生產(chǎn)生活。

　　可以這么說，“芯片”成就了現(xiàn)代社會(huì)登上科技之巔。

　　但自然，高處不勝寒。

　　這個(gè)夏天，“芯片之困”成了必須直面的問題。

　　芯片之難 難于光刻機(jī)

　　不過處在“芯片之困”的陰霾下，就意味著和芯片相關(guān)的事，我們都干不了嗎？非也。

　　若干年來，依賴無數(shù)人才的奮力追趕，中國(guó)的芯片設(shè)計(jì)和制作工藝，發(fā)展得并不慢。芯片之難，實(shí)則難于芯片制造。巧婦難為無米之炊，造不出高級(jí)芯片，再頂尖的設(shè)計(jì)技術(shù)也無處施展。也正是此，讓華為領(lǐng)先全球的麒麟系列芯片或成絕版，讓華為消費(fèi)者業(yè)務(wù)CEO余承東連呼遺憾。

　　而芯片制造，“光刻機(jī)”是繞不開的終極神器?？梢哉f，沒有光刻機(jī)就沒有芯片，所謂的芯片之痛，真正的痛點(diǎn)就是光刻機(jī)。這個(gè)長(zhǎng)久以來的隱于幕后的大boss最近熱度頗高，中國(guó)科協(xié)近日發(fā)布的“10個(gè)工程技術(shù)難題”，光刻機(jī)技術(shù)名列其中。坊間更是傳聞華為大力挖掘光刻機(jī)工程師，要自建光刻機(jī)。

　　光刻機(jī)，講原理并不難。

　　通俗易懂地說，就是高級(jí)版“投影儀+照相機(jī)”：光刻機(jī)有光源，光源發(fā)光，然后通過一個(gè)帶圖形的光罩，給上附有光刻膠的硅片曝光，借助光刻膠感光后的性質(zhì)變化，光罩上的圖形就可以被印到硅片上，于是硅片就有了電子線路圖般的作用。

　　但聽起來簡(jiǎn)單，制造光刻機(jī)有多難？

　　有人形容光刻機(jī)“是集合了數(shù)學(xué)、光學(xué)、流體力學(xué)、高分子物理與化學(xué)、表面物理與化學(xué)、精密儀器、機(jī)械、自動(dòng)化、軟件、圖像識(shí)別領(lǐng)域頂尖技術(shù)的產(chǎn)物”。還有人賦予其一個(gè)極美的稱呼，“半導(dǎo)體行業(yè)皇冠上的明珠”?；使谏献畲笞钪行牡拿髦?，僅此一顆，也說明了光刻機(jī)在芯片制造中無可爭(zhēng)議的地位。

　　因?yàn)榫戎?，光刻之“刻”靠普通刀子自然?shí)現(xiàn)不了，于是要以“光”為刀進(jìn)行雕刻，目前的精度7nm，相當(dāng)于把病毒大卸八塊，把一根頭發(fā)絲劈成幾萬份。

　　有資料顯示，1臺(tái)光刻機(jī)包含13個(gè)分系統(tǒng)，3萬個(gè)機(jī)械件，200多個(gè)傳感器。其中，光源產(chǎn)生極紫外光EUV的難度相當(dāng)于在颶風(fēng)中心，以每秒5萬次的頻率用乒乓球擊中同一只蒼蠅兩次；冷卻激光器，每秒需要能填滿6個(gè)浴缸那么多的水；光刻機(jī)的分辨率，則相當(dāng)于把48萬個(gè)單詞的《指環(huán)王》在同一張紙上印刷2625遍；每一步都難度頗大，但制作一顆芯片大概需要3000道工序，要想保證光刻機(jī)完美運(yùn)轉(zhuǎn)，每一步的成功率都要高于99.99%。

　　還有工程師說：“光刻機(jī)的一個(gè)小零件，工程師就需要調(diào)整高達(dá)十年之久，尺寸的調(diào)整就要高達(dá)百萬次以上?！狈婚g傳言，就算給出圖紙，別人也造不出來一說正源于此。

　　隨著工藝越發(fā)高精尖，依靠著獨(dú)一無二的售后服務(wù)，光刻機(jī)設(shè)備商的話語權(quán)越發(fā)提升。

　　而目前，掌握全球領(lǐng)先光刻技術(shù)的正是荷蘭 ASML公司。

　　在盛產(chǎn)風(fēng)車、郁金香，風(fēng)景如畫的荷蘭，靜靜臥著一頭“猛獸”——憑一己之力就吞掉了光刻機(jī)全球市場(chǎng)份額近80%的ASML，精度在7nm 及以下的光刻機(jī)，只有他能生產(chǎn)。

　　名為“光刻機(jī)”，實(shí)則“印鈔機(jī)”，每生產(chǎn)一臺(tái)就可售1.2億美元。

　　但每年生產(chǎn)力有限，只能生產(chǎn)20余臺(tái)，物以稀“更貴”。每出廠一臺(tái)，都被全球芯片制造商虎視眈眈，誰“搶”得到最新的光刻機(jī)，就意味著誰更有可能造出更高端芯片，掌握科技時(shí)代命脈。

　　但屹立科技之巔的ASML公司究竟是如何煉成的？

　　成立于1984年的ASML，在一個(gè)看起來連蛋糕渣都沒有的尷尬時(shí)機(jī)入局，彼時(shí)光刻機(jī)領(lǐng)域老牌大佬GCA還寶刀未老，尼康佳能雙雄又強(qiáng)勢(shì)崛起，然而坐落于飛利浦大廈外垃圾桶旁，一排簡(jiǎn)易廠房的ASML 攜47名員工入局，并許下壯志“只做第一”。

　　今天的成功讓那時(shí)的決心顯得分外慷慨勇敢，但可以想象的是，那時(shí)，大家都認(rèn)為它瘋了。

　　36年間，從幾近破產(chǎn)的小公司到行業(yè)內(nèi)當(dāng)之無愧的一哥，這不是一個(gè)順風(fēng)順?biāo)巳硕紣鬯慕芸颂K敘事史，也不全是一個(gè)苦心孤詣苦哈哈的逆襲之路。天才與智慧，偏執(zhí)與勇敢，機(jī)遇與奮斗……ASML不缺故事。

　　機(jī)緣巧合 巨頭煉成

　　即使身負(fù)絕世之功，ASML卻習(xí)慣低調(diào)。但因?yàn)榻?jīng)歷太過傳奇，不必傳揚(yáng)，江湖上也飄蕩著他的傳說。

　　源遠(yuǎn)流長(zhǎng)的第一段是他與臺(tái)積電鬼才林本堅(jiān)的惺惺相惜。

　　上世紀(jì)90年代，整個(gè)半導(dǎo)體行業(yè)都陷入了一個(gè)共同的難題，光刻機(jī)光源波長(zhǎng)被卡死在193nm。

　　光刻畫不出更精致的線條，自然就造不出更精細(xì)的，性能更強(qiáng)的芯片。

　　面對(duì)難題，雖然實(shí)踐成功率低、回報(bào)率也低，但老巨頭尼康等廠商依然采用傳統(tǒng)解題方法，強(qiáng)行將光源縮短到157nm波長(zhǎng)。

　　另一邊，一個(gè)年輕人提出了創(chuàng)新想法，為什么非要改變波長(zhǎng)？時(shí)任臺(tái)積電研發(fā)副經(jīng)理的林本堅(jiān)想出了浸沒式光刻法：在鏡頭和光刻膠之間加一層水，經(jīng)過水的折射，天塹一躍而過，光線波長(zhǎng)可以由193nm變?yōu)?32nm。

　　但當(dāng)他拿著新型創(chuàng)意前往巨頭大廠毛遂自薦時(shí)，得到的卻全是拒絕。甚至尼康、佳能、IBM等所有巨頭要聯(lián)合起來封殺冷藏林本堅(jiān)。原因可以想象，面對(duì)一堵門，有人扛來長(zhǎng)槍短炮重型武器轟炸不止時(shí)，另一個(gè)人卻建議，找找鑰匙開門，雖然成功的路上，獨(dú)辟蹊徑往往意味著降維打擊，但巨人轉(zhuǎn)身慢，巨人怕成本。

　　而同樣在光刻機(jī)難題中掙扎求存的ASML如同大海中的一葉小舟，體量較小，但卻可以靈活轉(zhuǎn)向，全力沖刺，同是滿腔壯志無處可酬，ASML向林本堅(jiān)伸出了手——選擇浸潤(rùn)式技術(shù)，不僅意味著臺(tái)積電的訂單和深厚的友誼，還意味著一場(chǎng)豪賭，一條少有人走的創(chuàng)新之路。

　　命運(yùn)總是嘉獎(jiǎng)勇敢者。

　　2004年，ASML全力趕出了第一臺(tái)浸潤(rùn)式光刻機(jī)樣機(jī)，波長(zhǎng)132nm，力壓尼康的157nm。

　　2007年，在原有光源與鏡頭的條件下，ASML又顯著提升蝕刻精度，繼而拿到60%的光刻機(jī)市場(chǎng)份額，首次超過尼康。

　　如果傳奇的第一篇章彰顯了技術(shù)突破與創(chuàng)新魄力的重要，而接下來，ASML在EUV光刻上的赫赫戰(zhàn)果，更說明合縱連橫，合作共贏的戰(zhàn)略意義。

　　ASML最先進(jìn)的EUV光刻機(jī)，涉及上游5000多家供應(yīng)商，3萬多個(gè)零部件90%需要進(jìn)口，想要澆灌出這株盛放在荷蘭的技術(shù)之花，既需要德國(guó)的光學(xué)設(shè)備與超精密儀器，也需要美國(guó)的計(jì)量設(shè)備與光源……

　　對(duì)高科技密集的半導(dǎo)體行業(yè)來說，自己爬山不太現(xiàn)實(shí)，想要贏者通吃，就要伴隨不斷的并購與聯(lián)盟。

　　收購全球領(lǐng)先的準(zhǔn)分子激光器廠商Cymer，為光源技術(shù)提供保障；收購電子束檢測(cè)設(shè)備廠商漢微科，為先進(jìn)工藝提供了晶圓缺陷檢測(cè)技術(shù)支持；收購德國(guó)卡爾蔡司子公司24.9%股份，布局微影鏡頭關(guān)鍵技術(shù)；收購競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手Mapper的知識(shí)產(chǎn)權(quán)資產(chǎn)順便接受優(yōu)質(zhì)人才……

　　不僅如此，ASML還超越尼康，加入了EUV LLC聯(lián)盟。

　　EUV LLC聯(lián)盟的誕生也與光刻機(jī)光源波長(zhǎng)193nm難題息息相關(guān)。

　　這是一家由英特爾攢局，美國(guó)能源部牽頭，匯集了摩托羅拉、AMD、IBM，以及能源部下屬勞倫斯利弗莫爾、桑迪亞和勞倫斯伯克利三大國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的真正的高級(jí)玩家聚會(huì)。有多高級(jí)？其中三大國(guó)家實(shí)驗(yàn)室就堪稱美國(guó)科技發(fā)展的幕后英雄，研究成果包括核武器、超級(jí)計(jì)算機(jī)、國(guó)家點(diǎn)火裝置……覆蓋物理、化學(xué)、制造業(yè)、半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)等各種前沿方向。

　　押注更激進(jìn)的極紫外技術(shù)是EUV LLC聯(lián)盟的目標(biāo)，用僅有十幾納米的極紫外光，刻十納米以下的芯片制程。

　　但EUV光刻機(jī)幾乎集成了人類精密制造的技術(shù)極限，聯(lián)盟必須從尼康和AMSL這兩家當(dāng)時(shí)發(fā)展最好的光刻機(jī)企業(yè)中，挑選一家進(jìn)行吸納，擔(dān)憂吸取了精良技術(shù)的日本企業(yè)未來將壓過美國(guó)，聯(lián)盟最終選中了ASML。

　　由此，ASML獲得了世界領(lǐng)先的半導(dǎo)體技術(shù)、材料學(xué)、光學(xué)以及精密制造等相關(guān)技術(shù)的優(yōu)先使用資格?！皢未颡?dú)斗”行不通了，屬于尼康的時(shí)代悄然過去，而匯集了資金、技術(shù)與人才，集制造業(yè)全體智慧精華于一身的，則被世界級(jí)先進(jìn)的工業(yè)體系托舉而出。

　　除了科技 還有故事

　　既是荷蘭半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新突圍的結(jié)果，也是全球科技高度分工的結(jié)果，為大眾所熟知的ASML企業(yè)史往往從以上兩段開始，但羅馬并非一日建成。講成功史只從后半段風(fēng)光史講起的不免讓人“干著急”，只能仰視崇拜，但卻沒法借鑒學(xué)習(xí)。

　　在ASML成立三個(gè)十年中，第三個(gè)十年，他登上山頂，藐視群雄；第二個(gè)十年，他狂甩對(duì)手，壟斷市場(chǎng)；而第一個(gè)十年，因何決定去開啟傳奇，以及如何艱難爬坡，九死一生中，才真正隱藏著奠定勝利的絕密基因。

　　為什么要做光刻機(jī)？沒人能想到偉大或許誕生于一次打賭。

　　ASML脫胎于大名鼎鼎的飛利浦公司，一次，有人前往美國(guó)考察，回來時(shí)帶來一顆“芯片”，面對(duì)這顆來自美國(guó)的芯片，飛利浦人感到遺憾——錯(cuò)失了與世界先進(jìn)技術(shù)同步發(fā)展的機(jī)會(huì)，他們下定決心“要放下一切工作，集中精力投入集成電路的技術(shù)研發(fā)”。

　　但一開始，飛利浦只投入到電路技術(shù)研發(fā)，并沒打算自造光刻機(jī)，畢竟購買其他公司的成品光刻機(jī)足夠可行方便。

　　不過伴隨著芯片的更新，其他公司的成品設(shè)備既不夠精準(zhǔn)，也過于耗費(fèi)人力。因此，飛利浦的半導(dǎo)體和材料部 Elcoma 的技術(shù)經(jīng)理定期與前沿技術(shù)研發(fā)實(shí)驗(yàn)室Natlab 的領(lǐng)導(dǎo)時(shí)常聚在一起聊天，討論這些難題。

　　再一次，當(dāng)Natlab的研究人員“吹噓”他們的靜壓軸承和氣動(dòng)技術(shù)時(shí)，Elcoma掩模中心的主任“刻薄”接茬，技術(shù)這么強(qiáng)，也并不能用來制造那些生產(chǎn)芯片的機(jī)器??？Natlab聽到后，自然是一頓爭(zhēng)吵，但爭(zhēng)吵之后，兩個(gè)部門更達(dá)成約定——合作制造一臺(tái)光刻機(jī)。

　　1967 年，研究人員就在公司內(nèi)部的展覽中展示了6 鏡頭重復(fù)曝光光刻機(jī)的原型，這臺(tái)光刻機(jī)吸引了若干圍觀群眾，連飛利浦的時(shí)任董事會(huì)成員都被吸引而來。但還沒來得及聽完主講人的介紹，下一個(gè)展臺(tái)又吸引了董事的注意——一臺(tái)帶有自動(dòng)平衡系統(tǒng)的新型洗衣機(jī)。

　　和用來制造電腦芯片的復(fù)雜尖端設(shè)備相比，一款流水線上可以批量生產(chǎn)上萬臺(tái)的普通洗衣機(jī)，對(duì)飛利浦高管來說更有吸引力。

　　在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，光刻機(jī)項(xiàng)目都被飛利浦內(nèi)部認(rèn)定——沒發(fā)展沒前途。“放棄吧，別再燒錢了”是項(xiàng)目組同事最常聽到的話。

　　但又是什么樣的人在為彼時(shí)看起來“一片晦暗”的光刻機(jī)付出青春、汗水與智慧？

　　聽起來也頗有傳奇色彩：工程師克洛斯特曼小時(shí)候是位失讀癥患者，閱讀和數(shù)學(xué)對(duì)他來說都是難題，但長(zhǎng)大后，失讀癥奇跡般地痊愈；光學(xué)工程師梅耶，這是位足夠幸運(yùn)的男青年，經(jīng)歷過第二次世界大戰(zhàn)，兩次從斯維辛集中營(yíng)逃脫。第一次被送入集中營(yíng)時(shí)，因?yàn)檫\(yùn)氣好躲過一劫，第二次被送入時(shí)，因?yàn)樯瞄L(zhǎng)機(jī)械而被派去修理火車車廂，這還不算完。第一次即將被送進(jìn)毒氣室時(shí)，被德國(guó)納粹漏掉，第二次又被及時(shí)趕到的蘇聯(lián)紅軍搭救。差一點(diǎn)成為膠、化肥或鞋油，病重、像鉛筆那么瘦的梅耶返回荷蘭，開始了一生的光刻機(jī)事業(yè)……

　　除此之外，光刻機(jī)的系統(tǒng)架構(gòu)師范希克是位熱衷于留披頭士發(fā)型，覺得向領(lǐng)導(dǎo)做季度總結(jié)寫兩個(gè)句子以上都浪費(fèi)時(shí)間的富二代；研發(fā)了一種精確度最高的對(duì)準(zhǔn)技術(shù)的工程師布休斯一度沒上過大學(xué)，在賣酒的商店洗過瓶子算過賬，從被聘為飛利浦的一名助理，腳踏實(shí)地做到了頂尖工程師……

　　正是這些人在暗夜中前行，撐著如燭火一般微弱的光刻機(jī)項(xiàng)目，直到在一個(gè)恰當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)，飛利浦遇到業(yè)內(nèi)的另一位傳奇人物，荷蘭半導(dǎo)體設(shè)備開創(chuàng)者德爾·普拉多，1984年，ASML成立，開啟了崛起之路。