为何美国能容忍荷兰ASML一步步地成为全球光刻机领域的绝对霸主?

  • 小编 发布于 2020-07-10 17:17:35
  • 栏目:科技
  • 来源:蜀山熊猫
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被誉为“当代工业皇冠上的明珠”的芯片制造光刻机,多年以来都是半导体领域的热点讨论话题,很多人都有如下一些疑惑:

为什么这样一个集电子,机械,光学,化学,材料等综合学科最先进研究之大成者,其巨头并没有像其他工业尖端产品一样出现在德国,美国,日本,法国这样的传统工业强国手中,偏偏是出现在了一个以金融贸易等第三产业发达而著称的荷兰?

作为全球科技霸权代言人的美国竟然不仅没有把ASML往死里整,还隐隐成为了他们的护花使者,让自己的光刻机研究技术和企业成为了ASML的嫁妆,让ASML从无名小卒成长为了在DUV光刻机市场市占97%,EUV光刻机市场市占100%的超级寡头,美帝这又是唱的哪出?

作为一个荷兰公司,为什么美国政府叫它往东,它不敢往西?

还有作为荷兰公司的ASML为什么面对美国政令唯唯诺诺,面对美国半导体巨头却胆敢重拳出击,不理不睬,反而对台积电却是偷开后门,呵护有加?

为何美国能容忍荷兰ASML一步步地成为全球光刻机领域的绝对霸主?

这一切都要从那个月黑风高的夜晚说起。。。

文章主要分两部分:

  1. ASML是如何一步步走上人生巅峰的?
  2. 面对EUV的两大壁垒,ASML是如何破的

看完后,以上问题的答案你基本都能找到。

ASML是如何一步步走上人生巅峰的?

ASML之所以能建立起光刻机市场绝对的领先和垄断地位,在于其打赢了两场战役:

1.在尼康费了九牛二虎之力,欣然宣布已将DUV光源的波长由193nm推进到了157nm之时,ASML换道超车成功,宣布他们放弃干法刻蚀,转而采用的浸没式技术也获得重大突破,将DUV的光源波长直接推到了134nm,尼康一口老血喷出十米远。

从此光刻机市场尼康佳能一直领跑的格局被改变,ASML逐步的建立起了绝对的领先地位;

2.独家推出了7nm以下制程所必须用到的EUV光刻机,彻底将对手想找回光刻机场子的念想浇灭,也将自己牢牢焊死在了光刻机霸主的位置之上。

走错了路,被ASML换道超了车的尼康虽然后来也转换赛道,进行了浸没式光刻机的研发,但无奈于ASML的先发优势太明显,自己推出问题一堆的浸没式DUV之时,ASML的DUV经过几年的更新,良率和效率都已经趋于完美,并开始了EUV的研发,这直接吓退了尼康,这没办法,在人家建立的赛道跟跑,前景已经不是自己能完全操控的了。

与其这样,不如在自己的优势领域深耕,此后,尼康和佳能把其主要的重心放到了用于制造TFT-LCD,LED等显示面板的FPD光刻机之上,基本就没涉足EUV光刻机的研发,凭借他们在高端光刻机上的积累,将面板光刻机市场给完全垄断掉了。

靠自己打出来的垄断,就意味着拥有定价权和话语权,尽管面板光刻机市场不大,但也很不错,所以也没必要觉得尼康和佳能就是悲情角色。(听说佳能旗下的Canon Tokki的OLED真空蒸镀机,别无分店,堪称面板界的EUV,一台8500万美元,先钱,2年后交货。是不是熟悉的配方?)

市场份额来看的话,ASML拿走了全球光刻机市场85%的营收,尼康和佳能则联手占据了全球光刻机市场14%左右的份额。

也就是说ASML在未来很长一段时间里,龙头地位都无法撼动。

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ASML产品分类

  • 本段小结

EUV光刻机就是ASML维持绝对领先的杀手锏及命门,如果不是EUV的率先突破,掉头掉太慢的尼康乃至佳能真不一定会这么容易就放弃浸没式DUV市场的争夺 ,因为在ASML推出浸没式的4年后的2010年,其市占率也不过69%,尼康和佳能也并不是没有翻盘的机会 。

但是这EUV一出,天下就不好争锋了,这个东西的研发有极高的技术和资金壁垒,二者缺一不可,并不是说进就能进的。这就好比两帮人打群架,本来是拿刀互砍,结果有一方手里突然多出了一把AK47。

然后我讲讲ASML是如何破掉EUV道路上的两大壁垒的。

技术壁垒

ASML之所以能占据EUV的先机,主要还是因为其在1997年加入了EUV LLC联盟,而尼康佳能被排除在了联盟之外,ASML近水楼台先得月,从中获取的研究成果让ASML如虎添翼,也迎来了更多的投资人,从而一举突破了技术和资金的壁垒,大大加速了EUV产业化的研发进程。

也就是说,ASML 在EUV上的地位,是因为站在了EUV LLC联盟的肩膀上。

那么EUV LLC联盟是何方神圣呢? EUV LLC是由美国英特尔以及美国能源部在1997年共同发起成立的,联盟中包括劳伦斯利弗莫尔实验室,劳伦斯伯克利实验室,桑迪亚国家实验室这三大国家实验室以及摩托罗拉,AMD等企业的数百位顶尖科学家以及工程师,主要目标是实现下一代EUV光刻机技术的突破,这个联盟垄断了EUV研究领域初期绝大部分甚至是几乎所有的核心专利。

有了技术研究那么自然需要有光刻机制造商来实现产品以及产业的转化,但美国政府担心最前沿的技术落入外国公司之手,起初极力反对ASML,尼康的加入。

但无奈本国的光刻机制造商确实也没什么能打的,当年的三巨头之一的硅谷集团(SVGL)落寞得已经有点放弃治疗的感觉,在权衡再三后,不得不选择了同属于西方国家的荷兰企业ASML(此时打压日本半导体的硝烟还没散尽呢,日本科技业依然是美国的头号强敌,为敌手扶持对手,符合一贯策略!),并达成了一系列的PY交易,其中,最为关键的一条是要求ASML设备里至少55%的部件需要采购自美国企业。

来一起数数ASML的核心供应商吧,看是不是符合美帝的这一要求?

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  • 技术道路上的三座里程碑

一. 获得美国的信任后,ASML在2000年收购了已经“扑街”好多年的前光刻机巨头美国硅谷光刻集团(SVGL),获得了大量美国本土的光刻机研发及生产的人才,完成了主要研发中心和生产基地在美国的落户,也算是完成了美国政府的第一大政治任务,也进一步消除了老丈人的疑心,加速了其美国化的进程。(其实我这么说硅谷集团是不公平的,硅谷集团其实很强,整合进了ASML后的硅谷光刻集团,如今为ASML提供着光刻机三大件之一的微激光系统。)

二. 光刻是一个高度自动化的流程,对于制造精度和制造速度要求都特别的严苛,所以工业软件必然是其中不可或缺的关键一环,而ASML的第二个里程碑事件则是2007年收购了美国的Brion(睿初科技)解决了关键的自动化工控部分。

这家成立于2002年的软件公司是“计算光刻”概念的提出者及领导者,主攻及擅长的正是通过计算机建模,仿真,数据分析等手段解决半导体制造过程中的纳米级掩膜修复、芯片设计/制造缺陷检测与光学校正等问题,当时Brion的Tachyon(TM)平台凭借其技术优势,在提高半导体制造良率方面的能力方面,已经积攒了很不错的口碑,客户包括了当时的半导体行业巨头:IBM、 Intel、Samsung、 TSMC、 Toshiba。

值得一提的是这家公司的创始人之一叶军,出生于四川绵阳,毕业于复旦大学,87年考取李政道牵头的“中美联合培养物理类研究生计划”赴美留学,公司的主要技术也是基于他在斯坦福大学的研究成果。他后来创业的第二家公司被阿里巴巴收购了,也是个传奇式人物。)

三. 第三个里程碑,也是整个EUV链条上除镜片组外的最重要一环:13.5nm的极紫外光光源,光源是整个光刻系统的能量源头,由于EUV采用了复杂的反射系统,所以从光源到达掩膜时的能量衰减非常厉害,其光源的能量大小直接决定了EUV光刻的质量和生产速度,EUV出货的瓶颈也在此处,后面的更新版,光源能量的提升都是主要的升级指标。

ASML于2013年收购了全球领先的准分子激光器厂商——美国的Cymer,在收购之前Cymer已经占据了光刻机设备光源70%的市场份额(要想完全拿到KrF,ArF准分子激光器技术,是很难绕开美国管制的,因为这是IBM最先搞出来的。)目前这家公司也是高质量高能量极紫外光源的龙头供应商。

为何美国能容忍荷兰ASML一步步地成为全球光刻机领域的绝对霸主?

此外,他们还收购了EUV里的核心部件——镜头组供应商卡尔蔡司24.5%的股份。

就这样ASML通过一步步的精准收购完成了供应链的重要节点部署,让潜在竞争者基本无捷径可走。

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ASML重要收购

资金壁垒

之前也曾说过光刻机的研发实在是太烧钱了,已经独步天下的ASML每年依然会拿出巨额资金到研发上,比如2019年,他们拿出了营收的16.7%,也就是20亿美元作为研发经费,也就是说在半导体设备领域营收,利润全球第一的公司在研发投入上也是世界第一。

打天下烧钱,守天下更烧钱!

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全球半导体设备商营收及研发投入比列表

ASML在2012年开创性的搞了一个“客户联合投资计划”,说白了也就是“众筹”,俗称“拼团”:

让客户一起出资来筹集EUV光刻机的研发资金,这样你可以拥有优先订货权。此计划一出,ASML门槛都踏破了,这就是拥有绝对定价权的龙头的实力和号召力,是不是像极了我们的茅台?(当然茅台并不缺钱,光刻机利润率虽然高,但是在我两万亿大茅台面前也只能跪。)通过这一计划,ASML以23%的股权筹得到了53亿欧元的资金。

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客户联合投资计划

这里得说下台积电和ASML的关系,它虽然钱出得少,但是其优先级其实是排在英特尔之上的,因为他们有革命的友谊和“兄弟”关系,ASML是飞利浦的亲儿子,而飞利浦是台积电原始大股东,最早ASML还是个毛头小子的时候,同为毛头小子的台积电就给了ASML17台光刻机订单,给了ASML莫大的鼓励和信心。ASML的重塑光刻机市场秩序的-浸入式光刻技术就是台积电的林本坚所提出的。

所以,ASML2019年总共交付了26台EUV光刻机,9台是最新的NXE:3400C。一半都给了台积电,剩下的分给了三星和英特尔。

英特尔众筹里投钱最多,得到的却最少?这口气怎么能忍?没办法,ASML打市场之初,除台积电外,三星和现代(现在的SK海力士)也是他们的重要支持者,90年代中期,他们就几乎已经是清一色的ASML装备了,只不过那会儿的他们分量远远比不了今天。

为何美国能容忍荷兰ASML一步步地成为全球光刻机领域的绝对霸主?

这是ASML早期EUV预定时的分配情况

最后,再来看看最新的关键股权结构变化:

为何美国能容忍荷兰ASML一步步地成为全球光刻机领域的绝对霸主?

没有美国政府及资本的保驾护航,ASML是不太可能这么顺利的通过对关键环节的精准收购来扫清EUV研发道路上的关键技术障碍的。

无论是技术还是资金上,美国都已经将其牢牢把控。

到此,大家应该基本明白了为什么ASML会成为光刻机市场的寡头,同时又不得不听命于美国的原因了吧。

#半导体新星创作营#

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