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聚焦丨”银钱许可证“光刻机:阿斯麦与尼康的不同命运

2020-06-11
来源:Ai芯天下

    前言:

    光刻机不是印钞机,但却比印钞机还金贵。曾经的光刻机霸主尼康错失了关键战役,30多人起步的阿斯麦步步紧逼成为如今霸主,不禁让人感叹。

    曾经的光刻机霸主尼康

    80年代,日本光刻机还处于碾压美国竞争对手阶段,在硅谷成立的尼康精机,直接把战斗指挥部放到美国高科技行业的心脏。

    但是美资厂商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。

    而那时候IBM、AMD、德州仪器和英特尔这些GCA的大客户,排着队跑到尼康那拿货。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。

    但是在2009年时,阿斯麦已经占据70%市场份额,尼康则从行业老大变成小弟。

    

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    飞利浦降低身价成就小弟阿斯麦

    在这之前几年,飞利浦实验室研发出自动化步进式光刻机的原型,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,这就是后来的阿斯麦。

    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:一方面是飞利浦当时正和索尼主推更赚钱的CD,比小众的光刻机更有投资价值;

    另一方面,尼康在光刻机市场只手遮天,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。

    在上世纪80年代,阿斯麦还仅仅只是飞利浦旗下的一家小的合资公司,全公司上上下下也就31个人,出门销售都要顶着飞利浦的名头,当时的ASML是多么的弱小和无助。

    当时的光刻机行业尼康是巨头,英特尔、IBM、AMD等芯片厂商,都需要每天排队等在尼康门口,为的就是能够拿下最新的光刻机,和现在排队等在ASML的门口如出一辙。

   

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    尼康没落的那场技术之争

    作为上世纪九十年代最大的光刻机巨头,尼康的衰落,始于那一回157nm光源干刻法与193nm光源湿刻法的技术之争。

    背后起主导作用的,是由英特尔创始人之一戈登·摩尔提出的摩尔定律的产业规范:集成电路上可容纳的元器件的数量每隔18至24个月就会增加一倍。

    光刻机的关卡等级其实是指数级别增加的,上世纪90年代,光刻机的光源波长被卡死在193nm,成为了摆在全产业面前的一道难关。

    尼康等公司主张用在前代技术的基础上,采用157nm的 F2激光,走稳健道路,选择了在157nm上一条道走到黑,却没意识到背后有位虎视眈眈的搅局者。

    当时还是小角色的阿斯麦决定赌一把,相比之前在传统干式微影上的投入,押注浸润式技术更有可能以小博大。

    于是和林本坚一拍即合,仅用一年时间,就在2004年就拼全力赶出了第一台样机,并先后夺下IBM和台积电等大客户的订单。

    尼康晚了半步,很快也就亮出了干式微影157nm技术的成品,但毕竟被阿斯麦抢了头阵,更何况波长还略落后于对手。

    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%。

   

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    直到时任台积电研发副总经理的林本坚提出“浸入式光刻技术”,利用现有成熟技术改造,给半导体设备制造商节省研发投入,并减小芯片制造商的导入成本。

    “浸入式光刻”方案一出,基本上宣判了半导体界正在开发的各种“干式”微影技术方案的死刑,意味着此前投入巨量的资金和人力几乎打了水漂,美国、德国、日本等大厂们基本都拒绝采用,但是作为新生力量的ASML表示愿意一试。

    2004年,阿斯麦和台积电共同研发成功全球第一台浸润式微影机。Nikon那一年也宣布采用干式微影技术的157nm产品和电子束投射(EPL)产品样机研制成功。

    但阿斯麦的产品属于改进型成熟产品,相对于尼康的全新研发应用成本低,而且缩短光波比尼康的效果还好,结果,没人愿意买Nikon的产品,溃败由此开始,市场份额被ASML大口吃进。

    

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    如今技术并非唯一竞争标准

    虽然每台售价1亿多美元,但它具有垄断性,芯片制造工厂台积电、三星、Intel、中芯都是排着队在等货。

    由于台积电、三星、Intel等公司有入股,所以有优先购买权。加上欧盟和美国的技术出口管制条约瓦森纳协议,中芯即使排着队,也很难买到ASML最先进的产品,一般只能买到几年前的产品。

    正因为技术难度大,ASML即便投入大量研发费用,也未能实现完全自主,它仍要从美国、德国、日本等国家进口零部件。比如,其光刻机的镜头,是从德国购买而来,而电源则购于美国。

    当今电子工业,依然受摩尔定律影响,基本一年半就得迭代一次,这就导致芯片厂商排队,也要买最新光刻机,不然就无法造出高端芯片。

    

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    阿斯麦好比一家掌握着独家秘方的私房菜馆,别人不仅轻易学不到秘方,想吃他家菜还得斥巨资。也正因此,ASML垄断着100%的7nm以下光刻机市场,是的100%更严重的是,想买它还不一定敢卖。

    而背后有着台积电、因特尔以及三星和德国蔡司等知名科技巨头的撑腰,荷兰ASML公司在光刻机制造领域只会继续一路高歌。

    除了技术问题外,荷兰ASML公司生产的光刻机充分体现了利益捆绑的战略,ASML的光刻机所需要的零部件中,大约有90%的依赖进口。

    这意味着阿斯麦的业绩如果上升了,那向其供货的美国、德国、法国、英国、日本等国的相关企业都获利丰厚。除此以外,三星、台积电不仅是荷兰ASML公司的大客户,也是ASML公司的股东。

    这种利益捆绑,使得三星、台积电能优先获得光刻机,保证了他们的市场地位都很稳固,从这些角度来看,荷兰光刻机引领全球的原因,不仅仅只是技术问题。

   

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    结尾:

    目前从产品上看,ASML的产品遍及低、中、高、超高端市场,产品种类丰富。在超高端的5nm、7nm领域,ASML是全球唯一能够生产的厂商,其EUV光刻机设备的市场占有率达100%。

    尼康的光刻机涉及低、中、高端市场,尼康的NRS系列与ASML的ArF浸入式光刻机参数指标大体相近,基本可以达到ASML高端产品的水准,但是在高端的5nm、7nm领域无力与之抗衡。

    

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