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”實實在在地控制著科技時代的紛紜萬物：手機、電腦、家居電器、汽車機械、能救命的高科技醫(yī)療器械、飛機火箭，乃至無數(shù)軍工產(chǎn)品，都離不開芯片。

　　舉個例子，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……全仰仗芯片存儲信息、發(fā)號施令。沒有芯片，雖不至于回到原始社會，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)代社會登上科技之巔。

　　但自然，高處不勝寒。

　　這個夏天，“芯片之困”成了必須直面的問題。

　　芯片之難 難于光刻機

　　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，中國的芯片設(shè)計和制作工藝，發(fā)展得并不慢。芯片之難，實則難于芯片制造。巧婦難為無米之炊，造不出高級芯片，再頂尖的設(shè)計技術(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，讓華為消費者業(yè)務(wù)CEO余承東連呼遺憾。

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

　　光刻機，講原理并不難。

　　通俗易懂地說，就是高級版“投影儀+照相機”：光刻機有光源，光源發(fā)光，然后通過一個帶圖形的光罩，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。

　　但聽起來簡單，制造光刻機有多難？

　　有人形容光刻機“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、機械、自動化、軟件、圖像識別領(lǐng)域頂尖技術(shù)的產(chǎn)物”。還有人賦予其一個極美的稱呼，“半導(dǎo)體行業(yè)皇冠上的明珠”。皇冠上最大最中心的明珠，僅此一顆，也說明了光刻機在芯片制造中無可爭議的地位。

　　因為精度之高，光刻之“刻”靠普通刀子自然實現(xiàn)不了，于是要以“光”為刀進行雕刻，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臺光刻機包含13個分系統(tǒng)，3萬個機械件，200多個傳感器。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個浴缸那么多的水；光刻機的分辨率，則相當(dāng)于把48萬個單詞的《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，要想保證光刻機完美運轉(zhuǎn)，每一步的成功率都要高于99.99%。

　　還有工程師說：“光刻機的一個小零件，工程師就需要調(diào)整高達十年之久，尺寸的調(diào)整就要高達百萬次以上?！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，依靠著獨一無二的售后服務(wù)，光刻機設(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全球市場份額近80%的ASML，精度在7nm 及以下的光刻機，只有他能生產(chǎn)。

　　名為“光刻機”，實則“印鈔機”，每生產(chǎn)一臺就可售1.2億美元。

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

　　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，在一個看起來連蛋糕渣都沒有的尷尬時機入局，彼時光刻機領(lǐng)域老牌大佬GCA還寶刀未老，尼康佳能雙雄又強勢崛起，然而坐落于飛利浦大廈外垃圾桶旁，一排簡易廠房的ASML 攜47名員工入局，并許下壯志“只做第一”。

　　今天的成功讓那時的決心顯得分外慷慨勇敢，但可以想象的是，那時，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，這不是一個順風(fēng)順?biāo)巳硕紣鬯慕芸颂K敘事史，也不全是一個苦心孤詣苦哈哈的逆襲之路。天才與智慧，偏執(zhí)與勇敢，機遇與奮斗……ASML不缺故事。

　　機緣巧合 巨頭煉成

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

　　源遠流長的第一段是他與臺積電鬼才林本堅的惺惺相惜。

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

　　光刻畫不出更精致的線條，自然就造不出更精細的，性能更強的芯片。

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

　　另一邊，一個年輕人提出了創(chuàng)新想法，為什么非要改變波長？時任臺積電研發(fā)副經(jīng)理的林本堅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，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。原因可以想象，面對一堵門，有人扛來長槍短炮重型武器轟炸不止時，另一個人卻建議，找找鑰匙開門，雖然成功的路上，獨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向林本堅伸出了手——選擇浸潤式技術(shù)，不僅意味著臺積電的訂單和深厚的友誼，還意味著一場豪賭，一條少有人走的創(chuàng)新之路。

　　命運總是嘉獎勇敢者。

　　2004年，ASML全力趕出了第一臺浸潤式光刻機樣機，波長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%的光刻機市場份額，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最先進的EUV光刻機，涉及上游5000多家供應(yīng)商，3萬多個零部件90%需要進口，想要澆灌出這株盛放在荷蘭的技術(shù)之花，既需要德國的光學(xué)設(shè)備與超精密儀器，也需要美國的計量設(shè)備與光源……

　　對高科技密集的半導(dǎo)體行業(yè)來說，自己爬山不太現(xiàn)實，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；收購電子束檢測設(shè)備廠商漢微科，為先進工藝提供了晶圓缺陷檢測技術(shù)支持；收購德國卡爾蔡司子公司24.9%股份，布局微影鏡頭關(guān)鍵技術(shù)；收購競爭對手Mapper的知識產(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光源波長193nm難題息息相關(guān)。

　　這是一家由英特爾攢局，美國能源部牽頭，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家實驗室的真正的高級玩家聚會。有多高級？其中三大國家實驗室就堪稱美國科技發(fā)展的幕后英雄，研究成果包括核武器、超級計算機、國家點火裝置……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)時發(fā)展最好的光刻機企業(yè)中，挑選一家進行吸納，擔(dān)憂吸取了精良技術(shù)的日本企業(yè)未來將壓過美國，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?！皢未颡毝贰毙胁煌?，屬于尼康的時代悄然過去，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，則被世界級先進的工業(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成立三個十年中，第三個十年，他登上山頂，藐視群雄；第二個十年，他狂甩對手，壟斷市場；而第一個十年，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？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，有人前往美國考察，回來時帶來一顆“芯片”，面對這顆來自美國的芯片，飛利浦人感到遺憾——錯失了與世界先進技術(shù)同步發(fā)展的機會，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，畢竟購買其他公司的成品光刻機足夠可行方便。

　　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)實驗室Natlab 的領(lǐng)導(dǎo)時常聚在一起聊天，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技術(shù)時，Elcoma掩模中心的主任“刻薄”接茬，技術(shù)這么強，也并不能用來制造那些生產(chǎn)芯片的機器啊？Natlab聽到后，自然是一頓爭吵，但爭吵之后，兩個部門更達成約定——合作制造一臺光刻機。

　　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)曝光光刻機的原型，這臺光刻機吸引了若干圍觀群眾，連飛利浦的時任董事會成員都被吸引而來。但還沒來得及聽完主講人的介紹，下一個展臺又吸引了董事的注意——一臺帶有自動平衡系統(tǒng)的新型洗衣機。

　　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)上萬臺的普通洗衣機，對飛利浦高管來說更有吸引力。

　　在很長一段時間內(nèi)，光刻機項目都被飛利浦內(nèi)部認(rèn)定——沒發(fā)展沒前途?！胺艞壈?，別再燒錢了”是項目組同事最常聽到的話。

　　但又是什么樣的人在為彼時看起來“一片晦暗”的光刻機付出青春、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候是位失讀癥患者，閱讀和數(shù)學(xué)對他來說都是難題，但長大后，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逃脫。第一次被送入集中營時，因為運氣好躲過一劫，第二次被送入時，因為擅長機械而被派去修理火車車廂，這還不算完。第一次即將被送進毒氣室時，被德國納粹漏掉，第二次又被及時趕到的蘇聯(lián)紅軍搭救。差一點成為膠、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事業(yè)……

　　除此之外，光刻機的系統(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)寫兩個句子以上都浪費時間的富二代；研發(fā)了一種精確度最高的對準(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項目，直到在一個恰當(dāng)?shù)臅r機，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。