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花钱都买不到,上亿元的光刻机霸主阿斯麦ASML"封神"之路

康尔信电力系统 2020-06-18 17:03 发文

光刻技术与我们的生活息息相关,我们用的手机、电脑等各种各样的电子产品,里面的芯片制作都离不开光刻技术。如今的世界是一个信息社会,各种各样的信息流在世界流动。而光刻技术是保证制造承载信息的载体,在社会上拥有不可替代的作用。

尼康为王的时代

阿斯麦成立于1984年。

1984年正是尼康来回碾压美国对手的时代:

  • 在硅谷成立尼康精机,等于把战斗指挥部放到美国高科技行业的心脏;

  • PerkinElmer(铂金埃尔默)受尼康冲击,份额从超过30%跌到不足5%,今天它已经完全放弃半导体设备业务,专注于健康检测设备;

  • GCA的大客户IBM、AMD、TI和Intel等,排着队跑到尼康那儿;

  • 尼康和GCA各享30%的市场份额,这种一山二虎的局面没有维持多久,尼康就独自为王,占领超过50%的份额,一直到阿斯麦崛起为止;在大户尼康肆意放飞自我的时候,阿斯麦出生了。

    直到今天,半导体设备在尼康集团的收入中占比仍达38.8%,是第二大支柱,但已远远不能和辉煌的时候相比。

早在几年前,飞利浦实验室研发出自动化步进式光刻机(Stepper)的原型,但对它的商业价值心里直敲小鼓,找P&E、GCA、Cobilt、IBM这些半导体界的大佬谈合作,没人愿意搭理。这时,荷兰一家叫ASM International的小公司主动要求合作。飞利浦犹豫了一年,勉强同意成立股权对半的合资公司,这就是阿斯麦。

飞利浦之所以愿意放低身价和一家名不见经传的小公司合作,原因有两个:

  • 一方面,飞利浦当时正和索尼主推更赚钱的CD,1984年CD的销量达到1300万张,是上一年的两倍多,正渐渐散发出印钞机的气质,比小众的光刻机更有投资价值;

  • 另一方面,尼康在光刻机市场攻城掠地,老牌半导体设备厂商节节败退。雪上加霜的是飞利浦当时正打算开始大规模裁员,糟糕的经济状况和恶劣的光刻机市场环境,使它不敢大手笔押注光刻机,因此与ASM International合作,不过是想占个坑观望而已。

阿斯麦成立后,地位类似童养媳,飞利浦没有拨付经费,甚至不提供办公室,31位员工就在飞利浦大厦外的简易木棚房办公。多年以后,阿斯麦的CEO彼得·韦尼克(Peter Wennink)回忆公司初创时的境况,还忍不住说“穷困”。一句话:既没钱,又受对手压制。在2000年之前的整个16年时间里,光刻机市场差不多都是尼康的后花园,阿斯麦占据的份额不超过10%。

当时,飞利浦绝不会想到,这个几乎被当作“弃子”的项目和退而求其次选择的小公司,孕育出的是能把尼康拉下马的光刻机新星。

阿斯麦垄断,被掩盖的真相

2015年后,ASML再无对手。

然而我们对于ASML的垄断存在着巨大的误解。

在很多中国投资者眼里,ASML是一家科技“出神入化”的企业,我们中国无法生产出顶尖的光刻机是因为我们的技术无法赶上ASML。

这是事实,然而却掩盖了真相。

ASML诞生之初,就是一个攒局高手。无论是和林本坚的合作,还是加入EUV LLC,还是制造EUV,没有什么是一只郁金香忽悠不了的,如果有,就用荷兰大风车。

在微电子技术的发展历程中,人们一直在研究开发新的IC制造技术来缩小线宽和增大芯片的容量。我们也普遍的把软X射线投影光刻称作极紫外投影光刻。在光刻技术领域我们的科学家们对极紫外投影光刻EUV技术的研究最为深入也取得了突破性的进展,使极紫外投影光刻技术最有希望被普遍使用到以后的集成电路生产当中。它支持22nm以及更小线宽的集成电路生产使用。

EUV是目前距实用化最近的一种深亚微米的光刻技术。波长为157nm的准分子激光光刻技术也将近期投入应用。如果采用波长为13nm的EUV,则可得到0.1μm的细条。

在1985年左右已经有前辈们就EUV技术进行了理论上的探讨,并做了许多相关的实验。近十年之后微电子行业的发展受到重重阻碍才使人们有了忧患意识。并且从微电子技术的发展过程能判断出,若不早日推出极紫外光刻技术来对当前的芯片制造方法做出全面的改进,将使整个芯片工业处在岌岌可危的地步。 事实上,EUV的核心技术集中在三大领域:顶级的光源(激光系统)、高精度的镜头(物镜系统)、精密仪器制造技术(工作台)。

其中镜头被德国的蔡司垄断、顶级的光源来自于2012年收购的美国企业Cymer、精密仪器制造技术也来源于德国。ASML只掌握了不到10%的核心技术。

ASML是集大成者,8000个核心零部件都需要由ASML集成。

ASML是全球化的巨大受益者, ASML背后是美国、日本、欧洲、韩国技术支撑,最终才能生产出极度复杂的EUV。

与人们的普遍认知不同,ASML把主要精力放在了与客户沟通、了解客户需求上。同时和客户一起进行可行性研究,同时做一些基础理论研究和技术研发。

到这里,能够看到半导体产业的精髓:全球化的分工和人类的通力合作。每个核心国家都有“一票否决权”,任何一环的断裂,都意味着整个链条的崩塌。

因为制衡,所以稳定。

ASML的强大,让美国人坐卧不安。

为了遏制ASML的一家独大,一些半导体公司,包括Intel、IBM、三星,都有意扶持XTAL,一家在2014年成立于硅谷的光刻机厂商。

2018年,ASML以侵占知识产权为由,起诉XTAL,最终胜诉并在2019年5月获得了8.45亿美金的赔偿。虽然XTAL公司此前已经破产,但最终ASML还是轻松获得了XTAL的大部分资产。

这一次,干掉竞争对手ASML只花了一些律师费。

光刻机市场的传说,全球5nm产线的唯一选择

在郁金香国度荷兰的南部,坐落着一个居民人数20余万的市镇,艾恩德霍芬,阿斯麦(Advanced Semiconductor Material Lithography,直译:先进半导体材料光刻技术)总部就位于此。

阿斯麦是一家采用“无工厂模式”的光刻设备生产商,主要产品就是光刻机,还提供服务于光刻系统的计量和检测设备、管理系统等。

翻开全球芯片厂商的光刻机订货单,其中绝大多数都发给了阿斯麦。以2019年为例,阿斯麦共出货229台光刻机,净销售额为118.2亿欧元,净利润为25.2亿欧元。相比之下,尼康出货46台,佳能出货84台。

除了出货量占优,阿斯麦(ASML)也代表着全球最顶尖的光刻技术。在阿斯麦2019年卖出的229台光刻机中,有26台是当今最高端的EUV(极紫外线)光刻机。而在EUV光刻市场,阿斯麦是唯一的玩家。

EUV光刻机采用13.5nm波长的光源,是突破10nm芯片制程节点必不可少的工具。也就是说,就算DUV(深紫外线)光刻机能从尼康、佳能那里找到替代,但如果没有阿斯麦的EUV光刻机,芯片巨头台积电、三星、英特尔的5nm产线就无法投产。

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