要进入这座位在荷兰南部,如同停机棚般壮观的巨大无尘室之前,世界最大半导体设备厂ASML的公关,不忘提醒《天下》记者,即便已穿上全套深蓝色连身无缝隙无尘衣、帽、鞋,只露出两颗眼睛,还得先卸妆、卸睫毛膏,避免细微的化妆品粉尘飘出,污染无尘室。
这只是《天下》采访团队飞到欧洲,成为台湾第一个独家参观“全世界最复杂机台”——高数值孔径极紫外光微影机台(High-NA EUV﹚的庐山真面目,所付出的小小代价。
巴士大的EUV,帮台积开新路
据台湾半导体供应链透露,台积电刚进货一台High-NA EUV,在新竹有“台版贝尔实验室”之称的台积研发中心装机,展开测试。规划在2030年量产的A10(10埃米,相当于1纳米)制程开始大量采用该机台,届时将助攻台积进入“埃米”时代。
巨无霸般的High-NA EUV出现在无尘室自动门后,体积有一台双层巴士大,重达150公吨,是两架空中巴士A320的重量。
周边还有组装到一半的机台,内部管线之精密、零件之复杂,令人眼花撩乱,光运送到客户端就需要分装在250个货箱,超过200名工人花大半年才能组装完成,难怪号称全球最复杂的机台。
其实,不用等到埃米,2025年台积2纳米制程进入量产,背后靠山就是由荷兰ASML领军,与德国光学大厂蔡司半导体(Zeiss SMT)、二氧化碳(CO2)激光器厂通快(Trumpf),共组一个无可取代的欧洲军团。
这个铁三角,是由欧洲拥有“深科技”(Deep Tech)的隐形冠军发展而来,代表欧洲极致工艺的典范。
许多人担心,台湾经济过度仰赖台积,罹患“荷兰病”,变成一个人的武林。但台积正在力推供应链在地化,提供台湾各行各业高值化的时代机运。藏身在荷德小镇的深科技军团,正是台湾隐形冠军们技术升级,最佳的效法对象。
从2020年量产5纳米制程,台积就开始大量使用波长只有13.5纳米的EUV机台,解析度较传统深紫外光(DUV)机台的193纳米大幅提升,成为它甩开英特尔、三星的关键之一。
台积曾在2024年技术论坛揭露,已拥有全球EUV装置容量的56%,若以ASML累计出货量换算,约120台,主要集中在南科厂区。
以往,EUV每台高达30亿台币的身价已令人瞠目结舌,没想到记者眼前体积较前一代庞大、解析度更加提升的“进化版”EUV,竟是3倍多的价格,一台超过百亿元心态被,几乎与美国最先进战机F-22的售价相当。
有趣的是,负责产出这款人类史上最昂贵、最复杂机械的ASML,其实源自曾以灯泡、家电风靡世界的荷兰飞利浦集团一个部门。
昔日飞利浦辽阔的工业园区,现已转型为新创聚落。20分钟车程外的维荷芬(Veldhoven),便是白墙挂着深蓝字体“ASML”的ASML总部所在。
“(这里)每天都在建设,”ASML执行长福凯(Christophe Fouquet)指着办公室窗外不断扩充的园区比划。原先的停车场,不是改建为办公楼,就是员工餐厅。
福凯之前在美国半导体设备大厂科磊任职,2008年被挖角来时,ASML年营收规模不到50亿欧元,第一台EUV刚准备交货;2024年他接任执行长时,已长成一间超过280亿欧元的欧洲第四大集团、全球半导体设备龙头。
由这里出厂的EUV,撑起全球半导体业7纳米以下先进制程,让摩尔定律得以续命。
缺了这个神兵利器,台积便做不出辉达最先进的GPU,近年轰轰烈烈的生成式AI革命,也不会发生。以ASML为首的深科技军团,到底有什么秘诀?
创新秘诀:坦承不足,外包关键零件
这个新一代荷兰巨人,得以一路赶超美国、日本对手,垄断最先进半导体生产技术的秘诀,在于“开放式创新”。ASML本身只生产10%到15%的零件,其余向外采购,关键零件也不例外。
“如果要做最好的产品,必须谦虚了解,自己不可能什么都会,我们擅长正确掌握客户需求,”福凯告诉《天下》。
EUV是半导体积体电路制造中最精密复杂的设备,由ASML在荷兰设计组装,外包关键零件给德国蔡司、通快等。
EUV的运作,由通快的CO2激光器开始,高能量激光以每秒5万次的速度击中锡滴,超高热让锡滴变为电浆态的瞬间,会发出EUV光源,接着透过蔡司的6座反射镜将光导到矽晶圆。所用技术精确度可做到射到美国领土大小土地上一根人类头发,整个过程宛如科幻电影。
《隐形冠军》作者、德国管理学家西蒙(Hermann Simon)解析,ASML坐稳领导地位的秘诀,奠基在它与蔡司、通快,三家隐形冠军所形成的商业生态系。当中这两家都是独家供应商,ASML更持有蔡司半导体逾24%股份。
这个生态系打开了各自无法做到的巨大潜能,甚至,通快副董事长莱宾格(Peter Leibinger)曾对西蒙表达,这样的合作“感觉就像一间公司。”
三家公司像一家公司,背后有一个不得不的因素。解析ASML成功之道的新书《Focus: The ASML Way》作者海英克(Marc Hijink﹚指出,该公司1984年成立时,什么都没有,就必须与市占如日中天的日本大厂尼康(Nikon) 、佳能(Canon)等有完整自家供应链的公司竞争。
逆转秘诀:结盟隐形冠军,当整合者
“微影技术就像做一台更复杂的相机、打印机,ASML从第一天就被迫与外包公司合作关键零件,尤其是光学系统,”海英克说。
ASML设计出一张供应链商业网络,就像“设计一台EUV设备”一样,管理这些供应商达到要求,最终确保ASML能对客户端出全球最精密、最不可替代的机器。
最具代表性的,是EUV的心脏——反射镜,这堪称“世界上最平滑的镜子”,镜面平整度、角度,只要有一点瑕疵就会影响光束行经的路线。ASML高度仰赖蔡司半导体制造反射镜,并要求只能独家供货。
“ASML是建造极致复杂机电整合系统的全球领导者,蔡司半导体是创造高精度光学元件的全球领导者,我们培养了一种合作文化,团结起来后,不仅是各部份的总和,”蔡司半导体执行长罗蒙(Frank Rohmund)强调,“我会说是一加一大于二。”
这组超级伙伴的成效,体现于新一代EUV最重大的新设计——“变形光学元件”。ASML就是和蔡司半导体一起研发出来。
新一代EUV的数值孔径从0.33提升到0.55,大幅提高解析度。但因为孔径变大,需要更大的镜子,而更大的镜子会影响成像,就必须改变光罩尺寸。如果用变形光学,就不用动光罩尺寸,能在不影响生产力的情况下,提供高解析度的成像。
这符合ASML擅长迎合市场需求、整合技术的定位,不用改光罩,可以让客户省钱。
其实ASML是从电影业得到启发。拍电影所用35厘米底片与放映银幕的比例并不一致,解决方法是用一个“变形镜头”,将录制时的影像沿一个方向挤压,以便它们可以在标准尺寸的胶片上,以全解析度捕获宽银幕图像。然后,放映时再用变形投影器拉回正确比例,便能在银幕上还原。
打造新一代EUV关键光学元件重任,落在蔡司半导体的头上,罗蒙透露,“制造方式须进行根本性的创新。”
蔡司还为此打造更复杂的设备,ASML在2016年注资10亿欧元持股蔡司半导体,就是为了确保发展新一代EUV的途中,双方能长久走下去。
三角生态系步调能走得一致,推动摩尔定律前进,ASML扮演火车头,其沟通模式十分关键。
管理秘诀:荷兰式沟通,有话直说
《天下》记者在中午12点走进ASML总部的员工餐厅,印度、日本、意大利、地中海式餐点摊位林立,不同国籍员工、来访外宾,全都混坐一起用餐,非常开放多元。
福凯表示,ASML是一间“非常不政治”的企业,沟通问题十分直接。他说的“直接”,包括对内和对外部供应链伙伴的沟通。
例如面对蔡司,以荷兰企业的速度、勇于冒险,对上德国企业的严谨、保守,文化差异颇大,但伙伴关系依旧持续。罗蒙表示,双方激烈沟通完,走出办公室,总可以恢复关系。
本身是荷兰人的海英克认为,与其说ASML是一间荷兰公司,不如说它是总部在荷兰的国际公司。“他们的思维方式完全国际化,有140多个国家的人在ASML工作,”海英克说。
福凯是法国人,ASML人资长是意大利人,公司对异文化沟通及管理并不陌生。这不仅是对员工,还有对外国众多供应商。
“这里塑造一个能直接沟通的安全环境,鼓励大声说出来,”人资长梦缇若(Cristina Monteiro)表示。
一年多前来到ASML的梦缇若认为,ASML传承了荷兰传统,非常重视透明度和诚实,并把争议拿到桌上公开讨论。
譬如福凯办公室中心,就是一张大会议桌,他办公的位置直接在会议桌一角。
“我们擅长将不同人带到谈判桌上,中间放置一个复杂的挑战,大家从不同观点讨论,直到找到正确的解决方案,和你在组织中的职等、级别无关,”梦缇若说。这让ASML解决问题时,沟通上的科层少,快速直接。
致胜秘诀:新技术陪客户跨入新制程
快速、直接沟通,背后最大原因是ASML必须即时掌握并回应客户需求,这更是登上微影技术王者的关键。
当年,半导体厂苦思突破制程,要做出更精密微小的芯片,必须将光源从193纳米再大幅缩短,产业使用的“干式微影技术”一直无法有效突破。
当时台积前研发副总经理林本坚,提出将水导入微影制程的颠覆技术——浸润式微影,但日本两大厂尼康、佳能固守研发进度一再延滞的157纳米,反应迟缓。
规模较小的ASML却愿意与台积合作投入,在2004年顺利推出机台,拿下IBM、台积订单,在微影领域逐步超前日本。
2006年,EUV成为半导体厂之间的竞赛筹码,ASML一度发生EUV光源输出功率迟迟无法达到客户要求的状况,当时光源技术的合作厂是远在美国的西盟(Cymer)。
现任清大半导体学院院长的林本坚记得,当时ASML技术长布令克(Martin van den Brink)知道这是关键,当机立断把西盟买下,“他敢砸钱进去,买下西盟,派了几百个工程师过去,硬是把它(光源)做出来,”林本坚观察。
如今,ASML在先进制程的EUV设备龙头地位,不容撼动。台湾半导体设备厂天虹科技执行长易锦良观察,ASML专注单一微影业务,是同业中的特例,“前五大厂中其他四大,是走多元产品线。”
未来挑战:真正劲敌是“总体经济”
这也带给ASML风险。譬如身价百亿的High-NA EUV,便遇上英特尔与三星业绩不佳、递延先进制程建厂,连带影响机台采购计划。但EUV销售占ASML营收比重大于50%,不无压力。
另一方面,地缘政治紧张,美国禁止ASML出货给中国,让向来服务客户优先、政治立场中立的ASML头疼无比。一来中国业务占营收超过四成,二来还得担忧中国培养出“自己的ASML”。
关注国际情势的海英克表示,ASML真正的劲敌,是“总体经济”。一旦经济活动减少,对芯片需求降低,客户对设备投资自然减少。
“这才是ASML最大的恐惧,它无法控制景气,”海英克观察,ASML历年来最大衰退,是2000年网络泡沫,以及2008年的金融海啸时。
面对挑战,“我们都看长期,对未来很乐观,”福凯说。毕竟科技发展、AI演进,在他眼中都需要半导体。
路上的颠簸,不影响ASML做好整合者角色,端出无可替代的机器,推动人类科技文明前进。