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传奇光刻巨人ASML(阿斯麦)的典范商业之光

光刻机——一台可以卖到1.2亿欧元的精密设备,可以保证全球的工厂每秒钟以比头发丝还细千倍的精度准确刻出上千亿个晶体管。E

  光刻机——一台可以卖到1.2亿欧元的精密设备,可以保证全球的工厂每秒钟以比头发丝还细千倍的精度准确刻出上千亿个晶体管。EUV光刻机这个居于全球IT行业食物链最顶层的产品,全球只有一家叫ASML的公司可以生产。它是世界最大的光刻机制造商,英特尔、三星、台积电等核心技术来源。更让人惊讶的是,他们今天所取得的成就,竟然是在成立之初就计划好的。ASMI(Advanced Semiconductor MaterialsInternational)是由Arthur del Prado在1964年创办,初时是一家半导体设备代理商。Arthur del Prado非常富有战略眼光且专注半导体,很快在半导体业界风生水起,并于1971年公司开始转型进入封装设备生产,慢慢扩大到前道设备,1976年公司的PECVD进入市场,奠定ASMI作为原始设备生产商的地位。1981年公司成功上市。“光刻”作为一个“赢者通吃”的领域,更是放大了时间的力量。尽管任何公司的成功都不可复制,但像ASML这样非凡的成功故事一定是引发如何解决企业前进问题思考的养料。

  20世纪80年代,美国光刻机巨头Perkin-Elmer和GCA在芯片光刻市场上遭到了日本竞争对手佳能和尼康的猛烈攻击。结果,美国失去了对这项关键技术长达20年的垄断地位,而这正是摩尔定律背后的驱动力。与此同时,一家默默无闻、无足轻重的光刻机小公司在荷兰刚刚起步。这家公司就是ASML,它在今天获得了无与伦比的成功。作为世界上很大和很赚钱的光刻机制造商,ASML取得了70%~80%的光刻市场份额,并多年来在光刻技术上一骑绝尘,将佳能和尼康远远甩在后面。

  ASML脱胎于飞利浦光刻设备研发小组。飞利浦从1971年开始,在此前开发的透镜式显影装备基础上,开发透镜式非接触光刻设备。虽然在1973年成功推出新型光刻设备,在整体性能研发方面取得一定成功,但由于成本高昂,且存在一系列技术问题,很难对外推广。同时,其他设备商在解决接触式光刻机的缺陷问题上用不同的技术路径取得了突破。于是,飞利浦计划要关停光刻设备研发小组。这时ASMI找上门来要求合作开发生产光刻机。ASMI兴冲冲而来,没想到热脸贴冷屁股。飞利浦已经心灰意冷了,但耐不住的Arthur del Prado的软磨硬泡,于是同意与Advanced Semiconductor Materials B.V.合作,在1984年4月成立Advanced Semiconductor Material Lithography Holding N.V.。此时的ASML当时面临三大问题,一个是技术落后,飞利浦公司先前研发的技术在漫长的等待中已经过时,远不能满足客户要求;二是市场已经饱和,竞争非常激烈,强手如林,日本的Nikon、Canon、Hitachi,美国的GCA、SVG、Ultratch、ASET、Perkin-Elmer、Eaton,民主德国的Zeiss等相继推出了自己的光刻机产品;三是资金严重匮乏。据说当时员工都对ASML的未来没有信心,据ASML自己表述:we began our days inauspiciously。1992年在遭遇半导体产业周期性衰退时,公司资金链断裂,几乎破产会闭。幸亏股东飞利浦及时出手相救,加上公司的轻资产战略,才涉险过关。为了解决资金问题,1995年3月,公司在阿姆斯特丹和美国纳斯达克(NASDAQ)交易所同时上市,充裕的资金一方面增强了公司研发能力,同时也让公司可以进行产业并购,以完善公司的技术,促进光刻技术的发展。1999年6月收购MicroUnity Systems Engineering Inc.旗下业务部门MaskTools,使得公司在先进技术节点方面可以提供最完整的解决方案,改善了公司光刻机的扫描和成像能力,显著增加了聚集深度,扩大了光刻窗口,提高了芯片产量;2000年推出TWINSCAN双工件台光刻机,一举奠定霸主地位;进入EUV时代,得到大客户支持,更是一骑绝尘;2001年5月完成收购Silicon Valley Group, Inc.(SVG),掌握了投影掩罩瞄准技术、扫描技术,极大的提升了公司产品的技术,并在美国拥有了研发生产基地;2007年3月完成收购光刻解决方案提供商Brion Technologies,掌握了计算光刻技术(包括分辨率增强技术RET以及光学邻近效应修正OPC),计算光刻技术能使半导体制造商得以对制作出的集成电路图形进行仿真,并可更正掩模图形,从而优化制造工艺,提高成品率,涉足的领域包括设计验证;2013年5月30日完成对光学技术提供商Cymer的收购,为公司量产EUV设备提供决定性信用;2016年11月5日收购Carl Zeiss SMT的24.9%股权,以强化双方在半导体微影技术方面的合作,为发展下一代EUV系统奠定基础;2016年11月22日完成收购台湾汉微科Hermes Microvision Inc. (HMI),以强化将公司的全方位微影技术解决方案(包括微影曝光系统、运算微影及量测)。

  作为集成电路制造中最精密复杂、难度最高、价格最昂贵的设备,光刻机所需零部件多达数万个,对误差和稳定性的要求极高,如此多的零部件和核心技术,如果由一家公司垄断难以相信。ASML从成立开始就没有做垂直整合,而是实行轻资产策略。在把控核心技术(光刻曝光技术)的同时,依靠全球产业链分工合作的方式,采取模块化外包协同联合开发策略。该策略使ASML得以集世界光刻顶级技术之大成。如光学镜头部件由德国Carl Zeiss生产,光源由美国的Cymer(现ASML子公司)提供,计量设备则由美国的Keysight(Agilent/Hewlett-Packard)制造,传送带则来自荷兰VDL集团。正是有了如此多的各细分领域中的顶尖供应商的协同创新,公司可以把主要的研发力量集中在确定客户需求和系统整合上,从而迅速占领了世界光刻机的制高点。零部件模块化外包策略在降低了ASML 的研发风险和资金成本的同时,也构建了以ASML为核心的产业链联合体。ASML的研究团队与供应商及全球顶尖的科研机构、大学建立广泛的合作,采用开放式创新模式,大家在利己最擅长的尖端技术领域进行创新,分享专利成果和研发风险,合作伙伴也可以将这些技术用于其他领域。并且鼓励供应商在制造过程中提出改进意见,具有极高的效率和灵活性。2012年7月9日,公司宣布一个“Customer Co-Investment Program”,该计划允许其大客户对ASML进行少数股权投资,并承诺为ASML未来计划的研发支出作出承诺。该计划在2012年10月完成,英特尔、台积电、三星总计以38亿欧元的代价取得23%的股份,并另外出资13.8亿欧元支持ASML未来五年的EUV技术研发,助其快速实现量产,以及获得EUV设备的优先购买权。也许是由于美国、韩国、中国台湾三地工程师的天马行空的想法,EUVV光刻机得以快速成熟起来。可以说ASML的龙头之路既与产业大环境密切相关,也是其自身重视研发,对研究创新始终采取开放态度的必然结果。

  随着时间的推移,工艺技术的进步,Hitachi、GCA、SVG、Ultratch、ASET、Perkin-Elmer、Eaton、Zeiss等,有的已经退出光刻机市场,有的被收购,有的转战先进封装用光刻机市场。目前光刻机市场主要的光刻机供应商有荷兰的ASML、日本的NIKON和CANON,荷兰ASML是世界顶尖光刻机的全球唯一生产商,掌握高端市场80%的国际市场份额。目前,我国从事集成电路前道制造用光刻机的生产厂商只有上海微电子(SMEE)。而上海微电子性能最好的是90nm光刻机,荷兰ASML的光刻机技术在5nm,可见我国与国际顶尖技术的差距有多大,而如果想要生产最先进的芯片,就必须要和它合作,且有价无市。据悉,2019年12月,台积电前COO、“技术六君子”之一的蒋尚义加盟的弘芯半导体购买了国内(大陆)唯一一台能生产7纳米芯片的核心设备ASML高端光刻机,并举行了盛大的ASML高端光刻机进厂仪式,但因工程承包的纠纷问题导致土地被查封,随后弘芯半导体的量产进程被延期。令人遗憾的是,武汉弘芯为了应对资金紧缺,已将新买的高价光刻机抵押出去,寻求银行贷款。今年1月20日,武汉弘芯就将这台ASML光刻机抵押给了武汉农村商业银行股份有限公司东西湖支行,贷款了58180.86万元。根据抵押资料显示,抵押的这台ASML光刻机型号为TWINSCAN NXT:1980Di,状态为“全新尚未启用”,评估价值为58180.86万元。

  近年来我国虽然在半导体领域不断追赶,上海微电子也有了自己的光刻机,但只能用于90nm制程的芯片制造,虽然只是80nm的差距,但所需的技术可能相差从地球到太阳的距离。EUV技术是人类科学史上的奇迹,短期国内在光刻机领域实现突破的可能性几乎为0。可以说,ASML(阿斯麦)作为全球领先的光刻机制造商,其发展史是成功实现创新链、产业链、资金链融合的典范。