1952年4月，飞利浦物理实验室（以下简称Natlab）的一个代表团从荷兰前往美国电话电报公司（以下简称AT&T）的贝尔实验室，代表团中包括皮特·哈伊曼和哈霍·梅耶。在新泽西州的默里山，Natlab的研究人员了解了当时所有关于晶体管的制造和使用技术。来自欧洲的其他研究人员也参加了这次访问，他们分别代表德律风根、西门子、GEC和爱立信。未来集成电路的发明者——德州仪器的杰克·基尔比（Jack Kilby）也是参观者之一。1952年，半导体电子领域仍然很小，技术也相对简单。

这是AT&T第一次敞开大门。这家美国电信公司的成功始终基于申请专利和利用其技术专长，它总是对专利侵权进行无情的打击。但在它发明了晶体管之后，这家电信巨头的做法却发生了惊人的转变。

AT&T的态度转变是有充分的理由的。自1949年以来，它一直受到美国司法部的抨击，司法部希望通过剥离西电公司来限制其垄断。无数小公司都希望借此机会打入AT&T的交换机领域。这些企业像寄生虫一样做好了免费吸收贝尔实验室半导体专业知识的准备。当然，AT&T不想和它们玩游戏。

因此，在1952年春季的晶体管技术研讨会上，贝尔实验室的研究人员与25家美国公司和10家外国公司分享了所有的晶体管技术。价格非常合理：只要25,000美元的未来专利权预付款，飞利浦和其他参与者就可以了解到先进的结式晶体管技术，这是威廉·肖克利（William Shockley）于1948年获得的专利。

会议参与者都带走了非常详细的文件。靠着身边这本“芯片食谱”，哈伊曼很快掌握了这门技术。到1952年年底，Natlab已经生产了数百个结式晶体管，而且很快做出了自己的研发改进。里奥·图默斯和皮特·乔切姆斯作为基础晶体管的共同发明者而享誉整个实验室。随后，飞利浦在1958年左右推出了电子元件，并在商业上获得了重大成功。

在美国，主要是美国国防部在推动对电子技术微型化的研究。美国公司正全速从第二次世界大战中走出来，并继续从政府用于开发军事半导体应用的丰厚预算中获利。充满晶体管的微模块构成了武器系统中新的“大脑”。小型公司也在参与签订各种国防合同。

与美国相比，欧洲在战后的几十年里，无论是在经济上还是在技术上，都截然不同。虽然像英国和法国这样的国家也在把钱投向国防技术，但远远比不上美国投资的数十亿美元。飞利浦和西门子等大型工业公司主要为消费者和其他公司提供服务。小型半导体初创公司几乎没有生存空间，他们既缺乏资本，又缺乏客户。

美国的新研发技术则接二连三地快速出炉。在国防和航空航天工业的驱动下，数千个晶体管投入应用，计算机变得越来越复杂。工程师正在寻找连接所有这些微小组件的新方法。很快，人们就明白：电子产品可以更小、更紧凑。1952年，英国电信研究所的杰弗里·杜默（Geoffrey Dummer）宣布，晶体管的出现使得人们能够设想一个由“没有连接电线的固体块”组成电子设备的时代，只需要有人想出办法去做就行。

在令人眼花缭乱的世界里，新想法层出不穷，技术似乎有无穷的可能性。加上慷慨的军事预算，美国国家标准局是20世纪50年代光刻技术的发源地。国家标准局的战略家们意识到，晶体管使得在更小的弹头里进行距离测量成为可能。

杰·拉思罗普（Jay Lathrop）奉命开始试验半导体。他大学一毕业就加入了美国国防部的戴孟德军械引信实验所。在那里，他和同事詹姆斯·纳尔（James Nall）建立了一个完整的晶体管生产流程。他订购了锗，并与实验室的机械工匠和玻璃吹制工合作制造晶体管所需的熔炉、蚀刻机、沉积系统和锯子。他们通过再结晶来提纯锗，得到了一根像扫帚把一样粗的锗棒，再经过一种称为区域精炼的热化过程，以去除大部分杂质；然后，他们把锗棒锯成结晶锗的薄片。

拉思罗普和纳尔用这些锗晶体制造晶体管。晶体管是一英寸板本身的1/1000。接着，他们切出微小的元件，然后连接到电阻和电容器上并使用导电线创建电子电路。

手工焊接铝合金触点是一项无望的任务，因为所需的导电路径只有几十微米宽。拉思罗普和纳尔想出了使用摄影技术的方法。他们偶然发现了柯达制造的一种感光涂层，用于将铆钉孔蚀刻到飞机机翼上。该涂层被称为光刻胶：一种对光敏感但能承受化学处理（如蚀刻）的胶层。两位工程师订购了这种涂层，然后发现光刻胶也适用于处理微小细节。

当时，半导体行业还没有一种方法可以用来制造拉思罗普和纳尔需要的高分辨率掩模板。为了刻画出细小的线条，两人决定使用三目镜显微镜：一台带有常见的双目镜头的显微镜，第三个镜头用于拍照。他们没有用相机，而是把要刻画的图案和线条放在第三个目镜上。他们在目镜上面又加了一盏灯，这使他们能够通过显微镜将微型模板的细节投射到陶瓷幻灯片的光刻胶上。他们用手对准系统，使用微操作器操作。拉思罗普和纳尔使用双目镜头和红灯将陶瓷滑块笔直排列，一旦它就位，他们就会暂时去掉红色滤镜，以曝光光刻胶。他们对每一层结构都重复这一过程：曝光，蚀刻，然后沉积新材料。他们还使用电阻作为隔离层来隔离底板上的导电线路。

1957年10月，拉思罗普和纳尔发表了他们的“光刻制造技术”，几年后获得了专利。这是“光刻”一词首次与半导体器件的制造结合使用。“当然，这是一个错误的用语，”拉思罗普后来在《IEEE历史中心通讯》中写道，“这实际上是一个光腐蚀过程，而不是光刻过程，但不知何故，光刻比光腐蚀更顺口。”

1958年，拉思罗普跳槽到德州仪器，在那里他和杰克·基尔比努力打造一个电子电路，它的部件不是在陶瓷底座上连接，而是在微小晶圆上。拉思罗普和基尔比在连接晶体管之前不会把它们切出来。这就是第一个集成电路的诞生过程：第一个芯片，晶体管、电容器和电阻器通过细金线连接产生振荡器，然后是放大器。德州仪器于1959年3月宣布了基尔比的“固体电路”概念，并在一年后开始销售其首款商用设备：一款二进制触发器，售价为450美元。

不久之后，仙童半导体的罗伯特·诺伊斯（Robert Noyce）构建了我们今天所知的第一个单片电路——一片晶体硅，上面有微小的电子元件：二极管、晶体管、电阻器、电容器和连接线路。他使用光刻技术来制作电路。当基尔比用细金线来连接晶圆上的部件时，诺伊斯使用光刻工艺在微组件之间铺设铝线。在这个过程中，他使用了另一项由仙童半导体发明的技术。为了将接触线与硅分离，他首先沉积了一层薄薄的氧化硅。后来英特尔的联合创始人诺伊斯，用这个方法生产了第一个我们今天仍在使用的芯片。

这不仅催生了计算机芯片，也催生了我们今天所知的光刻过程：一个复杂的过程，通过图案成像（光刻）以及化学和物理处理（如蚀刻、氧化和沉积）逐层构建微电子架构。1959年7月，诺伊斯为其“半导体器件和引线结构”申请了专利，仙童半导体的工程师于1960年5月制造了第一个集成电路。该电路没有像基尔比那样使用细金线，而是使用由一层氧化硅隔离的铝线路。

附录2　David Mann公司

David Mann公司诞生于20世纪30年代的哈佛大学杰斐逊物理实验室。在那里，天文学家大卫·曼（David Mann）分析来自恒星和星云的光。他通过光谱仪（一种高级棱镜）将透过望远镜的光线发送到感光玻璃板上，这时会出现一个带有黑白条的图案。

曼希望尽可能精确地测量条纹上的独特代码，因此他制作了第一个比较器——一个带有导程螺丝杆和微米线的测量引擎。他把装有摄影记录信息的玻璃板放在桌子上，用一个间隔为微米级的手轮操作其移动，这使他能够高精度地测量和定性光谱线。

同事们都对此印象深刻，他们鼓励曼将他的比较器商业化。因此，专业开发机械测量仪器的David Mann公司诞生了。该公司的“微米轮”可以达到1/1000毫米的精度，对于一台20世纪30年代末的完整仪器来说，这是一项令人难以置信的成就。

1959年，GCA收购了这家小型公司，两年后该公司的同名创始人离世。当时GCA正在销售定位台，这些定位台可以沿两个垂直轴的方向进行精确位移：一个方向为6英寸，另一个方向为4英寸。1960年，GCA的David Mann部门激起了Clevite晶体管公司的兴趣。Clevite的一位工程师认为David Mann的定位台可以帮助他制造晶体管，他想用这种仪器将微图案投射到照相玻璃板上，以获得更高的精度。

Clevite对David Mann的定位台非常满意，他要求精密专家制造一个设备来进行接触式光刻。它需要一个成像仪器，其镜头能缩小图案然后把高分辨率的图像投到照相玻璃板上。来自氙闪光灯的光线必须通过透镜将图案逐一投射到带有感光涂层的照相玻璃板上。David Mann的精密定位台必须精确定位图像，才能成功对齐晶体管的连续掩模。

David Mann部门的工程师们攻克了这个难题。该部门将光学显微镜的物镜从博士伦的定位台上拧下来，从而制造第一台完全手动的分步重复照相机，即分步重复曝光光刻机。它于1961年推出了971型，第二年，又以每件30,000美元的价格销售了23台。其客户包括太平洋半导体、IBM、肖克利半导体、德州仪器和荷兰飞利浦的Elcoma。一年后，David Mann部门的971型也将抵达飞利浦的Natlab。

971型光刻机完全由手动操作，它比20世纪60年代早期所有可用的产品都贵得多，但物有所值。其他仪器几乎只能达到25微米的定位精度，但David Mann部门的光刻机能够以1微米的精度将图案曝光在照相玻璃板上。

附录3　20世纪60年代初，飞利浦Natlab的技术微型化

在20世纪60年代早期，飞利浦集团的每个部门都在致力于技术微型化，这对弗里茨·克洛斯特曼的负片成像服务部门（掩模中心）提出了严格的要求。他的4名助手为Natlab和其他10个飞利浦部门提供服务。

这项工作与微电子学仍然没有什么联系。大部分工作都比较粗糙，在铝箔上的接触式掩模的尺寸是明信片的两倍，并带有各种图案：应变片、超声波组件和螺旋槽空气轴承等。这是克洛斯特曼的第一个主要任务，他很快地了解了摄影技术中使用的材料、工艺和设备的所有细节。

微米级光刻工作的增加，意味着克洛斯特曼和他的助手面临的困难增加了。他们需要更清洁的工作环境，当时还不存在超净室，他们必须在多次曝光和接触的过程中与灰尘作斗争。克洛斯特曼抱怨水管和空气的灰尘过滤器很差：1～5微米的颗粒对他们来说尤其成问题。振动也是一个问题，克洛斯特曼在他的季度报告中写道：“我们很清楚，在大楼中，即使是振幅为1微米的振动也是不能接受的。”

1963年夏天，克洛斯特曼和他的助手们采取了除尘措施。他们把所有非必要的设备都扔出了实验室。车间内禁止吸烟，这在当时那个香烟文化根深蒂固的荷兰社会中，是一个闻所未闻的现象。当时流行的谚语都鼓励人们吸烟，比如“一个人不能抽烟，那就是个笑话”；Natlab甚至向团队领导人提供在会议期间用来招待客人的香烟。

其中一名助手开始擦洗新装修的无烟房。“在工作开始之前，他将用湿布尽快地擦拭所有水平表面。我们现在正在等待指示和清洁材料。”克洛斯特曼在1963年6月写道。实验室环境越来越接近后来的超净室：每个人都开始穿着尼龙外罩，水管中安装了新的过滤器，助手们开始使用无尘工作液。

附录4　光图机

多亏了弗里茨·克洛斯特曼和爱德·鲍尔，在20世纪60年代末，飞利浦拥有一款先进的步进重复曝光光刻机。主掩模即原始图案必须缩小，但该光刻机仍然以相当原始的方式工作。在飞利浦的Elcoma和Natlab，他们首先将芯片电路设计切割成几英尺大的红膜，然后用照相的步骤将其缩小。

图案的切割过程是部分自动化的。从巨大的图案中剥离红膜的表层需要手动完成，因为这是一项非常精细的工作，不能自动化。此外，检查日益复杂的电路是否存在错误也是一项艰巨的任务。

手动切割和剥离可能需要长达6周的时间，然后才能为芯片厂准备好接触式掩模。这个问题引起了克洛斯特曼的兴趣。1967年夏天，他从Natlab骑自行车回家，在路上他想出了一个简化流程的方法。他设想了一台机器，该机器可以用细光束将图案直接写在照相玻璃板上。设计信息直接进入绘图机的计算机，然后自动绘制主掩模。它消除了制作红膜、剥离以及对光机台、切割机和用来缩小图案的相机的需要。

克洛斯特曼的想法其实相当明显。他并不是唯一一个想出这个方法（只用一步创建主掩模）的人。在世界上的其他地方，芯片制造商和供应商，如David Mann和Varadyne也在开发概念机，利用摄影法或光刻技术使主掩模的数量倍增。就连位于汉堡和奈梅亨的飞利浦芯片厂的工程部门也在研究自己的方法。但克洛斯特曼就是克洛斯特曼，他寻求的是终极解决方案。他称他的设备为光图机（Opthycograph），源自“光学液压计算机驱动的图形机”。

完美主义者克洛斯特曼希望能够用他的光图机绘制每一个可能的形状。他的目标与Natlab的芯片组的目标很匹配，他们有兴趣为模拟电路绘制曲线和圆圈。

在当时，克洛斯特曼已经赢得了荣誉。光图机不是一个正式项目，但他的组长和部门主管又一次没有阻碍他。就像光刻机一样，他从Natlab吸取了技术。液压托架再次从台子上下来，只是这次时间稍长一点，因此可以在一侧刻画长达8英寸的图案。液压系统的压力提高到了70巴，液压伺服阀需要控制复杂的运动。克洛斯特曼还用了亨德里克·德朗创建的相光栅测量系统的旧方法。他再次选用爱德·鲍尔作为他的设计师，因为他只想要最棒的人。

一名员工将切割的红膜的表层从红膜的透明底层剥离，然后剩余的图案以照相方式缩小。光图机通过使用光笔将图案直接绘制到玻璃底板上，跳过了这种剥离和摄影步骤。

在光刻机的控制系统中由硬接线电子元件制成的地方，克洛斯特曼会选择光图机的可编程系统。掩模生成器需要连续的信息流来描述这些蒙版。为此，克洛斯特曼为光图机配备了飞利浦P9201，这种计算机刚刚面世，可以让它使用打孔纸带加载芯片图案。

当时，工程师已经可以在计算机上设计他们的芯片。他们把芯片设计放在一卷几百码长的打孔纸带上。一个包含80个元件（如晶体管，电容器和电阻器）的芯片可以用2,000个字符表示，并制作成60码长的打孔纸带。

1969年10月，克洛斯特曼、鲍尔和几位同事终于演示了4,500磅的掩模制作机。它可以使用2～1,500微米的自由线宽在一侧绘制长达8英寸的掩模。

光图机的设计，尤其是其底座和工作台，将由赫尔曼·范希克大范围使用。这个基础将使他在短短几年内完成他的第一台步进光刻机。

爱德·鲍尔和光图机

附录5　电子束掩模制作机

在飞利浦的S&I从Natlab接管步进光刻机的两年前，维姆·特罗斯特还开发了一台机器，该机器通过电子束技术来刻画芯片图案。

1976年年初，维姆·特罗斯特接待了吉姆·比斯利（Jim Beasley）、尼克·金（Nick King）等几位来自Mullard研究实验室的同事。这个位于英国雷德希尔的实验室于1926年成为飞利浦家族的一部分，当时这家荷兰电子公司接管了英国真空管制造商Mullard。特罗斯特请其中最好的物理学家之一罗纳德·比拉德加入他们。

比斯利描述了比拉德从未听说过的装置：一种使用电子束来绘制微小线条的机器。这位英国人自豪地解释它是如何工作的。他和他的团队开发的电子束掩模制作机（EBPG）原型包含一台自动控制整个刻画过程的计算机，它在光束穿过表面时打开和关闭一束电子，每秒能刻画1,000万条微小线条。就像黑白电视中的电子束在屏幕上绘制图像一样，EBPG能够在一侧只有几毫米的小方块上绘制图像。它可用于制作芯片，也可以用来制作光学投影的掩模。

比斯利的EBPG是相当先进的。它使用直径为1/4微米的光束进行直写，400条线加在一起相当于一根头发的宽度，但EBPG的写入速度很慢，创建两英寸方形掩模需要1～3小时。机器在表面精确直写每个2平方毫米大小的块区，然后移动涂有金属和光刻层的玻璃板。计算机确保625个小块彼此精确排列，直到绘制出整个掩模。

比斯利和金问特罗斯特，S&I是否想接管开发，使设备商业化。他们的故事是令人信服的，游说也是有效的。几个月后，他们的研究甚至登上了飞利浦于1976年年中发表的年度报告。在一篇关于科学研究的文章里，这家荷兰企业集团赞扬了这个英国实验室的研究。

年度报告描述了Natlab的步进光刻机和电子束掩模制作机。关于光学技术，飞利浦当时表示：“由于在光学、机械和控制系统方面拥有丰富的经验，我们在埃因霍温的研究实验室与Elcoma的产品部门合作，成功地在研发设备中实现了位置移动10厘米而位移偏差只有0.1微米。”

文章暗示，光学光刻的终点即将到来：“就细节水平而言，光学步进光刻机已达到使用光学方法的实际极限。对于更精细的细节，则需要采用其他投影方法，如电子束技术。”

特罗斯特对这样的新项目非常着迷，他以参与最疯狂的事情而闻名。他的环境传感器项目正在逐步结束，而在1976年EBPG为他提供了留住员工的机会。毫无疑问，他想做这个产品。

比拉德也很兴奋。他是一位才华横溢的年轻物理学家，他在代尔夫特理工大学的研究是在低温研究小组中研究电子和核自旋共振。在S&I，他于1970年开始从事回旋加速器的工作，但他们在1974年停掉了这个项目。1976年，比拉德已经在德国、英国和爱尔兰做了2年的乳品工厂的自动化工作，但是他对巴氏杀菌牛奶和制作黄油奶酪实在不感兴趣。

EBPG启发了比拉德，他看到了这台机器与他研究了4年的回旋加速器的相似之处。这台机器的核心是一个280立方英尺的高度真空空间，涉及多个学科的知识。电子束直写机也很有技术含量，这种复杂的设备涉及高度真空技术、电子光学、电子器件、先进的控制系统和用于数字芯片设计的重型计算机。它激发了比拉德的物理学野心。

附录6　摩尔定律与芯片设备游戏规则

摩尔定律以戈登·摩尔（Gordon Moore）的名字命名，它定义了芯片生产技术的进步，其表现是芯片组件数量随时间而增加。多年来，这一进步一直是一个自我实现的预言，这主要是由光刻学的进步所限制的。

摩尔是英特尔的联合创始人之一，他首先发现并提出了这个定律。他声称，每3年，在同一块晶圆上的晶体管数量会翻两番。多年来，他的定律被重新定义了几次。英特尔特别喜欢重新定义其创始人的定律，这取决于其营销部门的需求。

摩尔的经验法则已经坚持了40多年，有时速度会快一点，有时速度会稍慢。近年来，业界已经假设，每个集成电路的晶体管数量大约每两年翻一番（您可以在线搜索其他更精确的公式）。

摩尔定律以技术进步为基础，但最重要的是这成为芯片行业发展的象征。结构较小的芯片的运行速度更快。如果更多的晶体管在同一块晶圆上，那么芯片也将更便宜。

摩尔定律使芯片行业成为由路线图和时间驱动的行业之一。这对芯片设备研发和ASML的通常运作方式已经或仍然有着深远的影响。

芯片行业的竞争环境与其他市场一样。对于医疗器械和汽车供应商来说，推迟产品的上市可能会令人心痛，但他们能够生存下来，其重中之重是安全性和可靠性。但芯片设备制造商则不同，他们的客户——那些半导体晶圆厂，在特定的时候必须获取新设备。

医院和汽车司机会认为MRI扫描机或汽车的崩溃是不可接受的，而芯片制造商在初期对不稳定的新步进光刻机则是可以接受的。机器的复杂性和新技术的不断集成意味着第一台机器经常不成熟，这是可以接受的，因为芯片制造商在将新一代芯片投入生产时，优先考虑的是测试和调整其工艺。他们花大约一年的时间进行充分准备，直到把整个流程全部掌握，才真正踩下油门启动。他们不需要完美的机器来设置新的流程，只需要可以工作的机器。这与其他市场有根本的区别。

但芯片制造商别无选择，他们必须使用刚刚勉强超越原型阶段的步进光刻机和扫描光刻机。这是因为他们卷入了一场无情的竞争：先采取行动的公司会率先受益于超高的毛利和巨额利润，而那些慢一步的公司则会被迫在供过于求的市场中进行价格战。

从第一台测试设备交付到机器成熟、可进行批量生产，大约要一年的时间。当芯片制造商试用最新技术时，设备制造商会利用这段相对平静的时间来改进他们的机器，使它们更加精确，最重要的是使机器更加可靠。所以这一切都是为了帮助芯片制造商实现芯片的不间断制造。

对于设备制造商来说，有很多值得关注的地方。一家设备制造商如果错过了第一次测试设备销售，那么，一年后当大规模生产开始时，它不可能大量销售其光刻机。

目前引入的EUV机器是此规则的例外。由于它所代表的极端复杂性和技术挑战，这一代设备被一再推迟。在这种情况下，事实证明，ASML是可以接受的。这些巨大的障碍导致佳能和尼康放弃了，这样ASML在这个领域就没有竞争对手了。

附录7　合资协议：估值

S&I的财务部门希望从与ASM的合资协议中挤出尽可能多的资金。于是S&I起草了飞利浦贡献价值的清单。

该清单包含大量物品，比如，PAS 2000原型机，价值1,327,500荷兰盾（1984年约为414,600美元）；频谱分析仪，价值31,498荷兰盾（1984年约约10,000美元）；奥林巴斯显微镜，价值9,643荷兰盾（1984年约为3,000美元）。但会计师们也不会忘记那些小东西，比如455荷兰盾（1984年约为142美元）的P843微处理器和795荷兰盾（1984年约为248美元）的P830软盘驱动器。总之，飞利浦为合资企业贡献的资产加起来达1,483,713荷兰盾（1984年约为463,400美元）。会计师们还会列出库存中的子组件和材料，最后，他们还要估算飞利浦员工的工作时间，“这是正在进行的工作”，ASML必须支付所有费用。

清单还附有数笔附加费。“根据商业计划中的计算，我们在先前计算的材料和人工费用中再增加19.3%的意外成本和3.1%的浮动空间。”合同附录指出。但飞利浦的财务部门还没算完，他们又在计算另一笔附加费，超过40%的“在制品”的全部金额。他们整齐地列出所有具体的附加费所占的百分比。该列表包括最疯狂的内容，从设计变更（2%）到预算风险（1.5%），更多的预算风险（5%），以及物流和工厂的另外5项附加费。即便如此，飞利浦也还不满意。因此计算的金额中又增加了1984年PAS 2000的运输预算成本的25%。对于研发，他们决定收取26%。仓库里所有的东西都以飞利浦购买的价格向合资企业收取，“加上购买物流费用的12%。”附录里生硬地说。

在附录中飞利浦还保留了很多条款的解释权。一切都按1984年的价格和预算费率估价，并采用了到1984年1月1日成本增加的指数。换句话说，飞利浦的库存、材料和劳动力不会损失一毛钱。相反，他们收取的费用还高于最初支付的成本。

飞利浦转让给合资企业的“高价值耐用品”清单。此清单来自合资企业合同的附录E。没有出现关于在建的16台PAS 2000的价值的文件（另见附录9）。

附录8　合资协议：最开始的计算

ASM和飞利浦于1984年4月1日创建了两家公司：有限合伙（LP）和有限责任公司（LLC）。1984年3月9日签署的合资协议规定，两家创始公司将分别投资675万荷兰盾（1984年约为210万美元）。合同还说：“飞利浦将首先通过转让/贡献合同中描述的货物来履行其财务义务。”LP由LLC管理，其名称是ASM光刻系统有限公司（ASM Lithographic,Systems BV）。两家母公司也将分别在LLC的银行账户中存入25万荷兰盾（1984年约为78,000美元）。此结构可确保ASM和飞利浦都根据投资额承担责任，即每方700万荷兰盾。

飞利浦承诺核对过的投资合同中描述的货物是“库存中已完成的产品、在制品以及系统的部件和特定生产工具”，如果其价值高于700万荷兰盾，则飞利浦有权依差价给ASM开具发票。根据合同附录中列出的原型机的价值（1,327,500荷兰盾），包括该机器的16个副本在内的总金额将远远大于700万。

然而，1984年4月1日，ASML的会计师在ASML的银行账户中看到了100万荷兰盾（飞利浦支付的），几天后ASM又存入了700万荷兰盾。没有人能找到支持飞利浦最终从应投资额中扣除600万荷兰盾的明确文件，16台PAS 2000没有列入合资合同，也没有列明价值，只用了“资产”的提法。

ASML暂时的结论是，由于维姆·特罗斯特的干预，飞利浦决定将合资企业成立时转让的资产费用的收取总额降至600万荷兰盾，这多少减轻了ASML的财务压力。

引人注目的是，合同的附录提供了飞利浦资产（显微镜、光谱仪、各种电子产品，总计156,213荷兰盾）和附加费的极其详细的清单，并列出了PAS 2000原型的价格（1,327,500荷兰盾），但忽略了16台在建的PAS 2000。另见附录7的“合资协议：估值”。

电动晶圆台不是合资企业协议的一部分。“关于飞利浦目前正在开发的特定研发项目的价值（包括基于电动晶圆台的下一代步进光刻机）或将来飞利浦将贡献的技术……将做出单独的安排……”合同里这样规定。另见附录10：“电动晶圆台之谜”。

附录9　对准：全局对准、裸片对准和双对准

Natlab和后来的ASML步进光刻机中的对准系统一直是关键的竞争优势。使用单次测量，用机器确认晶圆的位置，然后开始“飞盲”运动直到整个晶圆被曝光：这种全局对准技术提高了吞吐量。竞争对手的步进光刻机必须在每次曝光前测量晶圆的位置，这种技术称为裸片对准技术。这一过程要耗费一定的时间，从而降低了吞吐量。

全局对准技术基于所谓的双对准技术。对校准系统的这些改进发生在1984年。那一年，扬·范艾伊克在CFT为ASML设计新的掩模处理系统时，遇到了系统的几个限制。

设备制造商已要求CFT重新设计PAS 2500中掩模的切换方式。第一代机器使用的系统早已度过其黄金时期。他们使用一个转盘，其中包含两个掩模：一个在光源下面，另一个在外部的飞翼上等待转入。操作员可以切换到处于此备用位置的掩模。

ASML希望创建一个包含8个甚至更多掩模的库系统，主要的挑战是使这个自动处理程序更加精确，以使它能将掩模置于最佳的退出位置。20世纪80年代中期，里恩·科斯特接手了之前由维姆·范德霍克掌管的CFT，他与范艾伊克一起探索制造ASML所需系统的方法。他们遇到了一个有关对准的根本问题：由于步进光刻机中的对准测量系统使用掩模及晶圆上的单个位置，因此测量路径中的任何扭曲都会造成测量不准确。

范登布林克和范艾伊克互相询问关于掩模处理系统背后的假设，并最终发现有一个更好的方法进行对准。Natlab的前两代步进光刻机根据掩模上的单个参考标记和通过透镜到晶圆的单个光学路径，在曝光前预先对准整个系统。通过移动晶圆台，晶圆上的一系列参考标记逐渐可见。晶圆和掩模只要相对于机器框架保持适当的角度，就可以正常工作。如果这个角度发生变化，比如温度上升或下降，颠簸或者其他原因，它就会立即破坏这个对准成果。

PAS 2500的项目经理理查德·乔治，最初并不支持范登布林克和范艾伊克的观点，他对额外的工作也不感兴趣。科斯特和范艾伊克在第二天从CFT带来了一个5英尺的扭矩扳手，并给出了他们的论点。科斯特建议，他们在两次对准测量之间给机器的框架一个受控的拉力，结果这导致了严重的旋转错误，乔治感觉自己被骗了。

范登布林克和范艾伊克得出结论，如果他们开始在掩模和晶圆上使用两个参考标记，他们就能消除很多痛苦。在他们的想法被接受之前，他们与Natlab的团队进行了一系列的讨论。最终，每个人都意识到，双对准将允许他们纠正从掩模到晶圆的整个路径中的错误，如扭转和零件扭曲。

步进光刻机不仅可以使用双对准技术自动校正错误的角度，还可以抵消从掩模到镜头距离变化时出现的放大倍率。双对准是PAS 2500的一个基本研发功能。

双对准技术最终使第一台PAS 5500的套刻精度高达到85纳米。Natlab还将继续致力于改进这项技术。

附录10　电动晶圆台之谜

为什么ASML主要技术的成功因素之一是电动晶圆台，而且不是ASM和飞利浦之间的协议的组成部分？为什么这份合资协议是基于因采用油压驱动而无法销售的PAS 2000？这可能是该公司早期最大的谜团，因为飞利浦转移到ASML的这17台油压驱动机器实际上是中看不中用的，而S&I早就知道这一点。ASM被误导带着它们上路了，但公平地说，ASML事先也没有足够仔细地检查这笔交易。

时至今日，电动晶圆台、卓越的对准技术和蔡司的镜头是ASML的技术基石。几十年来，超快、超精密的晶圆台和对准技术一直是ASML的独特优势，这也是芯片制造商购买荷兰光刻机的原因。电动晶圆台使ASML的步进光刻机成为世界上最高效的光刻机，并且其对准系统可确保在高速情况下一切仍以超高精度运行。

那么，飞利浦的工程师为什么长期坚持旧的油压驱动技术呢？1979年，维姆·特罗斯特下令来挽救S&I的项目，并制造一台以油压驱动的机器。当时有个内部警告：我们需要电动晶圆台，但应该稍后再做。5年后，当ASML越来越受瞩目时，这家合资企业终于转而开发电动晶圆台，此时再也没有办法推迟它了。

这可以被称为缺乏现实主义精神、目光短浅的保守主义。事实上，这个错误意味着ASML在头两年没有收入，但是公司却意外因祸得福。1984年年末，芯片行业的一场严重危机使行业增长陷入停滞。如果芯片设备市场特别好而ASML却卖不出光刻机，那么ASML就注定失败。

这是早期优势转化为负债的一个很好的例子。1973年，当爱德·鲍尔在Natlab为赫尔曼·范希克制造了第一台步进光刻机时，这个基于油压驱动的晶圆台遥遥领先于它的时代。这种定位技术至少在未来10年都会处于优势地位。在20世纪70年代末，S&I没能想出一个更好的替代方案，每个人都坚持油压驱动系统。

在ASM和飞利浦决定合作后，飞利浦的S&I撰写了几份厚厚的报告，这些报告都在阿瑟·德尔·普拉多的办公桌上。当年6月，雅克·德沃斯用官方口气写道，油压电机是机器中昂贵的部分，PAS 2000需要升级。为此，他在1984年的报告中指出，油压台将由用直线电动机驱动的晶圆台取代。然后，他们可以拆除用以保持油压恒定的耗电的发电机。德沃斯写道：“随着笨重的油压装置的拆除，机器的占地面积也将减少，这在超净室中是一个巨大的优势，因为超净室的每一平方英尺都是有价值的。”

他的报告中没有提到油压装置是芯片制造商所不能接受的，3个月后德尔·普拉多收到的商业计划里也没有提到这一点。在这份文件中，S&I的吉尔·詹森对油压的缺点几乎只字不提。当时，油压的缺点已经广为人知，但该文件暗示，S&I并不认为这是一个不可解决的问题。

也许这个事实需要对ASM隐瞒，但事实似乎并非如此。S&I的工程师根本不会通过自己的大楼窗户看外面的世界，他们从未听说过产品营销，从未与客户交谈过，而且还有一种当时飞利浦普遍存在的毛病：幻想卓越的技术会自我推销。

1983年的商业计划确实指出，油压驱动系统将来无法达到所需的精度。但是，超净室中的油压驱动系统使系统无法销售这件事却完全没有提及。

如果ASM做过任何市场研究，它就会意识到有必要从PAS 2000中移除油压装置。飞利浦于1983年9月起草的商业计划说，为了升级PAS 2000，它将于1984年计划开发一个线性磁驱晶圆台。作为研究新晶圆台的理由，该计划说明了油压驱动系统的高成本和发电机所占据的额外空间。但该计划没有提到油压驱动系统在芯片厂是不可接受的：仅仅因为油压泵发出那么多噪声，它周围就需要一个比光刻机更大的隔音室。

立即更换油压设备的必要性显然没有被报告给阿瑟·德尔·普拉多和他的技术助手——威廉·德利乌。1983年9月的商业计划将电动晶圆台仅列为未来的升级。6个月后，他们签署的合资协议指出，Natlab其实已经搁置了电动晶圆台的开发。然而，该组成部分并未列在合资协议里。

ASM似乎没有意识到这项技术的重要性，而且不想意识到这一点。在与飞利浦的政策会谈中，德尔·普拉多、德利乌和乔治·德·克鲁伊夫主要讨论了加大销售和营销力度的问题。特罗斯特同意了，但他警告说，ASML应将重点放在销售油压驱动设备，但其镜头有待改进且售后服务组织不够强大。

ASM总是喜欢吹嘘其销售能力。但是在1983年，该公司完全无视油压驱动系统在芯片行业是一个突出的问题。那一年光刻机在市场上大热，而因为不知道油压驱动系统这个问题，德尔·普拉多和德利乌加大了生产油压驱动光刻机的生产规模。德尔·普拉多要是能知道这个问题该多好，因为德利乌刚从福克到ASML，对光刻机还一无所知。没有任何迹象表明ASM对芯片制造商关于油压驱动光刻机的接受程度进行过任何研究。

早些年S&I没有人想过费力去与客户交谈，他们对自身技术胸有成竹。1983年，油压驱动的高精度定位系统仍然具有优越性。即便是IBM位于佛蒙特州伯灵顿的芯片厂，也没有在评估报告中强调油压是一个严重的问题。

1982年和1983年，S&I的工程师们一再询问Natlab电动晶圆台的研发进展，但此时Natlab没有钱继续开发。实验室的“科学”自大与产品部门的盲目自大相冲突，这对研发没有帮助。

1983年年末，特罗斯特曾让S&I投资光刻机。他向管理层报告，他对ASM急于增加油压驱动光刻机的产量表示质疑。但他的上司德·克鲁伊夫对芯片知之甚少，德·克鲁伊夫确信，这个行业的老供应商肯定知道它在做什么。事实上，ASM并不知道。

1984年3月，当贾特·斯密特和即将加入飞利浦团队的高级工程师进行首次讨论时，很明显油压驱动晶圆台是不可接受的。不久之后，潜在的美国客户在参观SEMICON West展会时证实了斯密特的观点。

理查德·乔治和乔普·范凯塞尔确实向未来的总监指出，Natlab有一个很有前途的电动晶圆台。但实际上，这只不过是一个概念原型，没有人知道该驱动系统的价值，电机是否足够精确，或者它们是否可以大规模生产。引人注目的是，H型晶圆台已经申请了专利，但电磁直线电动机却没有：飞利浦的专利部门将这一提议搁置一边。对比之下，对准技术倒是在20世纪70年代初被大量申请专利。

从斯密特刚就任的头几个月起，他已经敏锐地意识到，油压驱动设备是卖不出去的。但令人惊讶的是，他的公司仍然没有做出任何改变。在1984年8月的商业计划中，贾特·斯密特甚至将20台油压驱动光刻机列为计划目标，供第二年出售。大约在那个时候，ASML甚至订购了原材料，以便可以按时制造另外的10台机器，尽管可以选择在1985年1月1日前将其取消。贾特·斯密特的商业计划明确指出“1985年之后将没有PAS 2000的销售额”。

飞利浦在奈梅亨和汉堡的芯片厂购买了其中两台光刻机，这可能强化了PAS 2000仍可出售的错觉。尽管他们一直抱怨，这两个芯片厂实际上一直在使用它们，ASML也会定期派遣服务工程师去现场维护。

直到1984年年底，所有参与的人才最终意识到他们面临的选择。直到那时，大幕才从油压驱动装置上落下；直到那时，弗朗斯·克拉森才知道他需要飞快地开发一个电动晶圆台，这是ASML继续生存所需要的；直到那时，刚来ASML几个月的克拉森才听说他的项目已经真正走到了尽头。这位年轻的工程师负责油压驱动的PAS 2000的研发工作。装扮成圣诞老人的埃弗特·波拉克在公司的圣诞聚会上告诉他这个消息：“弗朗斯，你的油压时代结束了！我们已经决定了。”

1985年，电驱动技术展示了它的能力，因此ASML必须要走这条路。在随后的几年里，电动晶圆台获得了巨大的声誉，它的力量带来了光刻机的高吞吐量，半导体制造商使用ASML的光刻机可以比使用尼康和佳能的光刻机生产更多的芯片。

在随后的几年里，电动晶圆台变成一个显而易见的选择，以至于大家忽略了当初围绕油压驱动光刻机的事件。当然，事后来说这一事件是很简单的：当初飞利浦应该更早地采用电动晶圆台。

其实不能只说电动晶圆台是优秀的，油压驱动晶圆台同样优秀，Natlab的油压精密技术一直享有盛誉。弗里茨·克洛斯特曼用它来制造的光刻机就远远领先于其时代的其他设备，飞利浦晶圆厂多年来也一直用它生产芯片。

附录11　合资协议：ASM退出时的最后声明

ASM与飞利浦签订的合资协议中有一个条款，合资企业的净值永远不能是负数，即ASML年度报告中列出的资产价值必须大于零。在紧急情况下，公司可以动用信贷额度，但事情一旦发生，在年展报告获得批准后两个股东都必须增加投资。根据该协议，在1984年至1987年间，ASM和飞利浦各向合资企业注入了6,600万荷兰盾（约为3,250万美元）。在同一时期，他们各承受着4,400万荷兰盾（约为2,200万美元）的亏损。

事实上，官方报告的损失8,800万荷兰盾是不正确的。1987年12月31日，资产负债表列出了价值9,100万荷兰盾（价值2,250万的材料，价值4,020万的在制品，价值2,800万的准备发货的产品等）的库存。ASML列出了仅1,160万荷兰盾的库存核销金额。这可能是因为油压驱动的PAS 2000不再销售。其实，核销金额可能更高，比如3,000万荷兰盾，但这将使亏损达到1亿荷兰盾。ASML接受“材料和部件”“在制品”“成品”等高价值的资产，其总损失可以低于1亿荷兰盾。据内部人士称，这是合资企业所有者愿意承受的心理极限。

如果合资企业的损失超过这个数额，飞利浦很可能会撤资清算。据内部人士透露，如果按今天更为严格的金融监管规则，这种会计伎俩是不可能生效的。

附录12　长冲程、短冲程电机

ASML的长冲程、短冲程定位技术始于1983年，当时Natlab在光刻机方面的野心已所剩无几。

内部客户（从事芯片研究的飞利浦部门）对自主研发的步进光刻机并不感兴趣，他们被迫使用了斯特夫·维特科克的光刻机。1983年，当维特科克前往纽约的飞利浦医疗器械部门时，Natlab的光刻机项目似乎已经敲响了结束的钟声。Natlab的光学小组负责人阿德·惠瑟（Ad Huiser）即将在年底停掉项目，但是Megachip项目的启动和ASML的成立为研究注入了新的活力。Natlab可以依靠欧洲共同体为Megachip项目提供的大量资金进行研发，这也是Natlab董事基斯·布休斯为第三代光刻机开绿灯的原因。

与ASML一样，Natlab在直线电机上开始了进一步的研发，其发明者罗布·蒙尼格·施密特现在每天为电动剃须刀工作两个小时，但在1984年1月，他的继任者杰拉德·范恩格伦在光学小组中重新挑选了这个项目。范恩格伦需要让H型晶圆台及其直线洛伦兹电机工作起来，他与弗朗斯·克拉森保持沟通，后者在ASML从事同样的工作，并担任范恩格伦的导师。

在Natlab，范恩格伦用新的伺服和控制系统进行实验，以使其在H型晶圆台中实现最佳性能。直线洛伦兹电机能够非常迅速地将物体移动几十英寸，但它们也有局限性。若使用这些直线电机，则很难在1/10微米内实现长冲程和所需的定位精度。范恩格伦总结道，未来更精准的定位要求将使直线洛伦兹电机达到其能力极限。

当时，范恩格伦还在研究激光束掩模制作机（LBPG），该机器使用光学聚光灯来刻画图案，以创建全息透镜元件，并用于光学记录系统（CD和DVD）。LBPG中的基板的一侧最多只有0.5英寸，因此晶圆台的冲程只需0.5英寸长，但它的定位却需要非常精确且快速。

对于这个装置，范恩格伦也使用直线洛伦兹电机，但只用0.5英寸的冲程。由于已经取得了这样的成绩，他想进一步知道是否有办法将LBPG和步进光刻机的晶圆台设计结合起来。他想知道，能否在光刻机中使用更大的晶圆台，来实现迷你晶圆台令人难以置信的定位精度。

两种设计都会使用直线洛伦兹电机，范恩格伦发现这些驱动系统的迷你版和大型版本确实可以组合出出色的效果。短冲程的电机比大型版本精确1,000倍。但事实证明，只有一台电机可以正常工作，而且是在两者之间没有相互接触或干扰的情况下。范恩格伦成功将小型直线洛伦兹电机和晶圆台与粗糙的长冲程电机产生的振动隔离开来。

随后，研究人员设计了组合晶圆台，爱德·鲍尔帮助他们构建了原型。在设计的原型制造完成后，他们申请了专利。

对于PAS 5500，ASML决定谨慎地使用它并以H形晶圆台为制造基础。1991年上市的首款PAS 5500的定位精度为50纳米。ASML在20世纪90年代后期开始应用长冲程、短冲程原理，当时它刚开始使用通过扫描运动来曝光晶圆的机器。ASML至今仍在其扫描光刻机中使用这种卓越的设计；它也仍在使用以长冲程、短冲程原理为基础的定位技术，而精度则高达令人难以置信的几纳米。