光刻机龙头的沉浮变迁（上）

明辉

光刻技术的诞生比芯片还要早，1955年，贝尔实验室便实现了在硅片上用光刻加工电子元器件的方法。

芯片诞生之初，晶体管的尺寸还比较大，光刻没有多少技术含量。当时的半导体公司通常自己设计生产芯片的工艺装备，比如早期的仙童甚至拿电影镜头来进行光刻。英特尔也有自己的光刻机部门，买一些零部件便能自己组装。

1961年，美国GCA造出了第一台重复曝光光刻机，能够定位到1微米的精度，远超当时25微米的精度。光刻机从此开始迈入专业化，GCA在20世纪60年代占据了60%-70%的市场份额。

飞利浦以3万美元一台购买GCA的设备为起点，开始研究光刻机，飞利浦那时是一家著名的芯片制造厂，诺基亚和爱立信等都是其客户。飞利浦对市场上的镜头开始检测，发现德国蔡司的镜头质量最好，但蔡司对这么小的订单并不感兴趣，飞利浦退而求次找了法国CERCO公司，很快便研发出了相同的光刻机，很受欢迎。但早期光刻机是从相片洗印发展而来，技术简单，飞利浦很清楚这个生意做不长久，必须研发非接触式光刻机。

1973年，拿到美国军方投资的珀金埃尔默（Perkin Elmer）公司率先推出了第一台投影式光刻机，德州仪器以9.8万美元购买了一台试用，结果不仅节省掩膜采购成本，还将芯片良品率提升几十个百分点，仅用十个月就收回设备采购成本。各芯片厂订单纷纷涌来，交货期延长到一年以后。英特尔用它制造出8086处理器。珀金埃尔默公司在70年代后期占据了90%的光刻机市场份额。

1978年，不甘落后的GCA公司推出了世界第一台自动化步进投影式光刻机，分辨率达到1：10，相对于以前的1：1是个巨大的进步，并且每曝光完一块芯片后，自动挪到下一块。光刻机开始卖到45万美元/台，依然供不应求，GCA重新成为光刻机的领导者，并且这是第一台现代意义的光刻机，后续的光刻机基本属于这种类型，差异只在于光学系统的变化。

光刻机进入投影时代后，镜头质量越来越重要，日本尼康和佳能这样的高质量镜头厂家很有优势。1975年佳能率先推出分辨率可达0.8微米的镜头，这也是全世界首次实现1微米以下的曝光。此时，日本半导体产业也在高速发展，尼康和佳能受日本国家项目委托，也开始自研。上世纪80年代初，尼康发布了自研镜头的光刻机，比佳能更先进，并且在硅谷设厂，开始从GCA手里抢夺众多大客户，市场占有率达到30%，与GCA平起平坐。

在尼康和佳能崛起过程中，GCA犯下一系列错误，管理混乱、研发浪费等问题开始暴露。

GCA不自产镜头，一开始用博士伦，后来转向蔡司。但傲慢的蔡司对其镜头质量过度自信，GCA因为交货压力同意了不做质量检测，导致其光学系统一直不稳定，却迟迟无法解决，逐步由盛转衰。

飞利浦的日子也不好过，研发十多年，因为其官僚的大企业病，迟迟无法推出更好的产品。他们决定找人合伙，此时荷兰的小公司阿斯麦半导体材料公司主动找来合作，彼时阿斯麦在做除光刻机外的所有芯片生产设备，他们想成为一站式供应商。一开始飞利浦瞧不上阿斯麦，但1983年底，欧共体为研发存储器项目提供了大量资金，业界普遍认为电子束光刻机更有未来，于是飞利浦最终同意两家合作成立各占50%的合资公司阿斯麦尔（ASML），并申请政府研发补助。ASML从临时搭建的平房开始，甚至员工招聘广告都要飞利浦标志来“欺骗”，飞利浦研发部的员工更是被强制转入ASML。这样一支被甩包袱的杂牌军怎么看也不像能生产人类有史以来最高精尖的设备的样子。

ASML在成立长达八年的时间里都严重依赖飞利浦的资金、研发和订单的支持，首任CEO斯米特也是飞利浦的员工，虽然顶着合资公司注定失败的流言，但他依然斗志昂扬，远赴美国学习行业知识。

斯米特很快意识到光刻并不是一道工序，而是要有能力用机器去驾驭光。并且芯片制造是永无止境的竞争，率先采用新设备的厂商将会享受高利润，慢一步则陷入价格战。芯片厂可以接受新研发的不成熟光刻机，并且要用一年的时間来调试新一代机器，直到设备成熟，他们不在乎设备价格，更在意质量。但他们会优先选择此前合作紧密的供应商，新进者很难进入。

尽管困难重重，斯米特还是发现了新契机，当时还没有人能制造精度小于1微米精度的工件台，而ASML的强项便是工件台。当时市场主流的4英寸晶圆将要被6英寸取代，光刻机需要从LSI向VLSI演进，这意味着光刻机设备厂商的新商机。

为了迅速抢占商机，斯米特决定将绝大部分零部件制造进行外包，ASML要成为业内首家只做研发和组装的公司，这在当时是疯狂的举动，意味着会被别人掌控。但ASML当时一穷二白，别无选择，合资公司成立时的初始资金仅有420万美元。斯米特还要在董事会上向飞利浦和阿斯麦争取1亿美元的研发资金。

凭借最擅长的定位精准和唯快不破的工件台，阿斯麦尔还需要寻找愿意尝试的芯片厂。幸运的是ASML生逢其时，当时半导体行业正处于衰退期，而衰退期建厂正是行业规律。美国光刻机三巨头全部陨落，尼康、佳能成为全球巨头，没人瞧得起ASML，它也不可能得到一线订单。后来蔡司的镜头问题终于被解决，ASML大受其益，但它此时只能销售给美国的小型芯片商MMI这样的公司。很快，AMD收购了MMI，发现采用ASML设备的MMI产量提升了30%以上。

转机到来，1987年AMD向ASML订购了25台设备，还要预定未来的30台订单，此后，AMD终于超过飞利浦成为ASML的最大客户。但该年ASML依然亏损4400万美元，由飞利浦和阿斯麦分别注资3250万美元。

在此后的几年，ASML依然弱小，无法挑战尼康和佳能，1992年亏损2200万美元，又到了发不出工资的地步，飞利浦并购部门甚至威胁最后一笔借款后再不盈利就宣布关门。好在1993年开始，公司步入稳定上升期，取得50%的收入增长，盈利1100万美元；1994年，收入增长60%，盈利2000万美元。此时，重要的镜头供应商蔡司因为沉重的历史包袱陷入困境，ASML给予正处在调整期的蔡司2000万美元的资金支持，用于技术升级，采用离子束来打磨镜面，大大提高了镜头的精度。此后ASML终于可以得到足够数量的高质镜头。

ASML生逢蔡司变革时，若像GCA彼时采用了蔡司的问题镜头而无法解决，同样会失去客户信任而没落了。

1995年，ASML在荷兰和美国同步IPO，用27%的股份募资6300万美元，当天市值达到7亿美元，年内市值达到21亿美元。1996年，ASML推出了深紫外光版本的PAS5500，每台售价达到600万美元。此时，三星电子、现代电子、台积电都已经成为公司的重要客户，亚洲市场的新客户给ASML带了新机遇。

然而，ASML一上市，飞利浦便出让了一半的股份。1997年和2000年半导体衰退期，飞利浦累计卖出了20%的股份，最后的2.8%股份也在20004年彻底清仓，完全退出半导体业务。即便失去了大股东，ASML却开始真正腾飞。

研究不能带着上帝视角，只看必然性，而忽视了历史演进过程中的偶然性，不能脱离当时当地的环境。回顾这段历史，我们发现随着半导体产业向纵深方向发展，光刻机厂家的专业化趋势愈发明显，设备精度要求越来越重要，单台的价值额也越来越高，从芯片生产厂家中剥离出来独立发展是大势若趋。

光刻机也伴随着半导体产业制造的区域转移而出现龙头变迁，一开始在发源地美国，后来芯片制造环节开始转移到日本，从20世纪90年代开始，芯片制造产业开始向韩国和中国台湾地区转移，并且台积电开创晶圆代工的新商业模式，半导体产业出现了更加专业化的分工，专业分工后的极度专注化，对光刻机产生了更高的要求。

ASML在诞生后的十多年可谓生不逢时，后来又开始踏对技术节奏，生逢其时，此后弱小的ASML与新进入的台积电相互扶持，彼此成就。可见，一家公司的崛起，离不开背后息息相关的环境，同时全球政治的博弈也起到了重要作用，远非传统价值投资认为的不必关心政治、不必关心宏观。

（作者为资深投资人士）