全球最強的光刻機為何出在荷蘭，而不是美國日本德國？晶片界的唯一老大 - 荷蘭ASML

我們把鏡頭從台灣的道路拉到全球晶片業兩大巨頭的戰場。先前向大家介紹過，Intel 新任執行長 Pat Gelsinger 上任之後劍指台積電。在他口中，台灣是一個不穩定的地方，而且台積電爭取美國補助，卻把最先進產品留在台灣製造。他呼籲美國政府應該要重振自家產業，也就是 Intel。雖然 Pat Gelsinger 振振有詞，但幾乎所有專家都認為 Intel 對決台積電，真正的重點在於 EUV光刻機。目前台積電在光刻機數量與經驗方面領先 Intel，如果台積電和 Intel 用相同的速度購買工具和技術，那台積電會繼續保持領先地位。而除了這兩強對壘，另一個感到擔心的企業是 Samsung。韓國官方研究機構就說，要經營晶片生產事業，就需要 EUV 設備。假如 Intel 也加入晶片生產，那 Samsung 恐怕會不夠買。簡單來說，晶片目前是全球最重要的產業，而影響這個產業裏的強弱格局，關鍵就在 ASML 生產的 EUV 光刻機。

到底這是什麼機器，ASML 又是一間怎樣的企業？要了解這些東西，我們先從晶片的製造過程談起。所謂的晶片，有另一個名字叫做積體電路，幾乎所有電子產品都需要它才能發揮功能。至於它是如何製造，第一步像是建造房屋，要先規劃出室內設計圖，工程師會依據晶片要有的功能，畫出電路圖。有了電路圖之後，要有地方可以安置所有電子元件，就像是一間房總要有地板，這地板就是晶圓。有了晶圓之後，要如何把電路設計圖縮小，然後壓印上去呢？答案是靠「光」。有點像底片的原理，透過紫外光把設計圖縮小到晶圓上面。一塊晶片品質如何，關鍵就在這個步驟，也就是光蝕刻所能達到的精密度。接下來，工程師會把晶上的電子元件製作，並完成連結，送到封裝廠後，封裝絕綠的外殼，就是一塊晶片了。

剛才說過，在這段極度精密的過程裏面，光刻是品質的關鍵，在整個製造過程中佔總成本的35%，占整個製造時間將近一半。換句話說，哪間晶片廠能得到最強大的光刻機，誰就能在晶片科技競實中超越對手。至於最優秀的光刻機要向進買呢？這個市場極度壟斷，不像我們想要喝可樂，走進便利店至少還有幾間可以選擇。如果你今天是台積電或 Samsung 的老闆，你的選擇只有一個－就是 ASML。根據2020年的資料，光刻機市場上大概有三間企業，分別是 ASML、Canon 和 Nikon，市面上數量分別佔有62%、30%和8%。看起來，ASML佔有率高，但沒有獨霸對吧；真正的關鍵在銷售額，ASML 的銷售額佔據了91%，獨霸中的獨霸。

為何出現這種現象？原因在於 ASML 進攻的是高端市場。EUV 光刻機就是它們的天下，一部造價高達1.3億美元（約10億港元），比一架波音737還貴。至於一部光刻機為何這麼貴呢？原因就在於它要求的技術太尖端了，幾乎是當前人類的智慧結晶，要達成這樣的技術，是集結全球10多間頂級公司才做得到。基本上，光郂機並不是由單一間企業獨立完成，而是建立在一條極度精密的產業鏈；每一個組件技術，通常都是全球極少數公司所擁有。舉例來說，它的反射鏡是德國蔡司生產，光滑度只容許千分之一納米的瑕疵。用句 ASML 自己的話來說，假如反射鏡面積和德國一樣大，上面最高的凸起處也不能超過一公分。 ASML 的優勢就在於牢牢掌控整個產業鏈－光源來自美國、光學模組來自德國、傳送帶是荷蘭企業製造。

一部光刻機涉及4個國家、十幾間公司，之所以是荷蘭的 ASML 能夠到這件事，而不是美日德這些同樣技術先進的國家，原因和歷史有關。最早期的光刻機大概出現於上世紀60至70年代，可以理解成超厲害的投影機或相機。原理是讓光透過上面有電路圖的光罩，投影到塗有化學物的晶圓上面。因為當時不是什麼誇張的高科技，半導體公司通常會自己做，像是 Intel 就曾經做過簡單版。後來日本 Nikon 和 Canon 踏入這個領域。在90年代，光刻機以日本企業和 GCA 這間公司分庭抗禮。

而我們的主角 ASML 呢？1980年代的它們，還是荷蘭企業巨頭飛利浦旗下的小公司，全公司只有30幾名員工，辦公室在母公司空地上的一個木屋。但這間小公司從飛利浦獨立出來後，掌握一個科技史上難得一見良機，就是龍頭 Nikon 的衰敗。當年 Nikon 做出來的光刻機造價極其昂貴，研發周期也很長，這對於單獨一間公司來說，負擔相當沉重，尤其是在光源波長出現技術極限的時候，讓對手有機可乘。2002年，台積電前研發副總經理林本堅提出浸潤式顯影技術，讓光源技術突破極限。但他走遍美國、日本和德國，卻沒有一間公司願意採納這個方案，因為他們在過住的技術上已經投資太多。直到遇上 ASML，這間小公司願意賭一賭，用一年的時間就做出樣本機，並和台積電形成同盟。至於原本的龍頭 Nikon 呢？先是面臨全球半導體市場下挫，日本和美國的大廠都受到打擊。甚至有資料顯示，其中一年全世界光刻機廠商都沒有訂單，除了和台積電結盟的 ASML。

而 ASML 的機遇和運氣還不只於此，事實上，早在1997年，目光長遠的美國組成 EUV 技術聯盟，想要在光刻機領域達到獨霸地位，Intel、IBM 這些大廠名列其中，美國尖端的國家實驗室也加入。但問題來了，美國的本土光刻機企業在日本打擊下，早就落後，日本又是美國的競爭對手，結果機會給了 ASML。它們馬上配合在美國設廠，並答應從美國採購原料。結果站在美國主導的大格局下，與全球最尖端的技術接軌，加上技術層面突破，到了2012年，Intel、Samsung 和台積電，共同投資了52.29億歐元，入股 ASML。這條產業鏈於焉成形，ASML 在光刻機領域成了無敵的存在。專家普遍認為，ASML 成功的秘密在於整合，它們沒有選擇在技術這條路上，和 Nikon 這些巨頭硬碰硬，而是外判採購、委託廠商協助代理等方式，提升技術。另外它們的商業模式也相當聰明。剛才提過晶片三巨頭都投資 ASML，這其中其實有個關鍵，就是 ASML 提出入股才有優先購買權，把自己的利益和客戶綁在一起。有個比喻很有趣，ASML 與其說是製造商，不如說像是研究部門，負責專業整合和設計，但技術和供應有很大部分來自外國。

從以上的故事，可以看出為何台積電過往能取得最新的設備，很大程度建立在和 ASML 長期的關係。目前消息傳出，ASML 2022年出貨機件達51至55部，台積預計會取得22部，坐擁最大 EUV 產能寶座，同時也可以看出，為何中國要買 ASML 的光刻機，但因為美國施壓，荷蘭政府㨆絕發出外銷中國的許可證，背後原因就於美國和 ASML 的淵源，以及美國仍舊持有大量關鍵材料。前美國國安顧問庫珀曼（Charles Kupperman）就對荷蘭政府說過：「是盟友就不會把這類設備賣給中國，白宮有權限制美國零件出口到荷蘭」。無論如何，ASML 已經是當前半導體業最重要的企業之一，擁有左右半導體業的實力，同時也是人類尖端技術的象徵。ASML 四個字的背後，是集結各大企業的力量。當前預計，2022年它們的市值將比肩台積電。這也代表晶片仍就是這個下個時代的石油，擁有無可取代的地位。