光刻机霸主阿斯麦封神之路
|
6·18勾当已全面开启 大促勾当进口汇总： 阿里云6·18上云年中大促 点击领取最高12000元红包 天翼云“年中上云节”已上线 云产物全场0.6折起 8888元礼包全场可用 京东智联云6·18钜惠来袭 加群领红包，看直播1折买云主机 2020天猫6·18超等红包在此领取 6月1日追加40亿元斲丧券 京东6·18十七周年庆大促主会场进口 – 最高可领618元红包
文 | 董温淑 不少证据正在证拭魅这一点，3月份，有爆料称台积电乐成流片麒麟1020；4月份，台积电公布为苹果代工A14芯片；在近期的中美商业摩擦中，台积电是否能定时向华为出货Mate 40芯片也实在让人捏了一把汗。这陆续串变乱之中，为两大手机龙头代工芯片的台积电成为要害脚色，举足之间相关着华为手机芯片供给的运气。 然而，台积电能吃下苹果、华为的5nm订单，背后还少不了一家荷兰厂商的存在：芯片制造要想打破10nm以下节点，必必要用到EUV（极紫外线）光刻技能，而EUV光刻机只有荷兰公司阿斯麦（ASML）能造。岂论是5nm量产赛道第一名台积电，照旧第二名三星，想造生产物，就只能先乖乖向阿斯麦订货。 作为环球5nm产线不行或缺的狠脚色，阿斯麦到底是一家什么样的公司？ 我们不妨先领略“光刻”这项技能的重要性。假如把芯片比作刻版画。芯片出产的进程就是在硅衬底这张“纸”上，先涂上一层名为光刻胶的“油墨”，再用光泽作“笔”，在硅衬底上“拓”出必要的图案，然后用化学物质做“刻刀”，把图案镌刻出来。 个中，以光泽为“笔”、拓印图案这一步被称为光刻。在芯片制造几百道工序里，光刻是芯片出产中最重要的步调之一。图案线条的粗细水平直接影响后续的镌刻步调。今朝市场上主流的光刻技能是DUV（深紫外线）技能，最先辈的则是EUV技能。 完成这一步必要用到的装备——光刻机，一台售价从数万万美元高至过亿美元。要知道，美国最先辈的第五代战机F-35闪电II式的售价还不到8000万美元。
放眼环球，光刻机市场险些被3家厂商朋分：荷兰的阿斯麦（ASML）、日本的尼康（Nikon）和佳能（Canon）。 在这3家中，阿斯麦又是当之无愧的一哥。据中银国际陈诉，阿斯麦环球市场市占率高达89%！别的两家的份额别离是8%和3%，加起来仅有11%。在EUV光刻机市场中，阿斯麦的市占率则是100%。 要指出的是，阿斯麦并非生来就含着金汤匙。阿斯麦创立于1984年，入局光刻机市场晚于尼康（1917年创立，1980年发售其首款半导体光刻机）和佳能（1937年创立，1970年推出日本首台半导体光刻机）。创立之初，阿斯麦只有31名员工，还曾面对资金链断裂的困境。 36年间，这家几近休业的小公司是奈何生长为光刻机一哥的？又是如安在十多年里占有第一宝座挺立不倒的？本日，智对象就来复盘这家荷兰光刻机之星的逆袭之路。 更为重要的一点，在美国偷袭华为芯片供给的组合拳里，阿斯麦间接或直接地成为一颗要害棋子，美国人凭什么限定阿斯麦的买卖，背后又有奈何的渊源？ 一、光刻机市场的传说，环球5nm产线的独一选择 在郁金香国家荷兰的南部，坐落着一个住民人数20余万的市镇，艾恩义霍芬，阿斯麦（Advanced Semiconductor Material Lithography，直译：先辈半导体原料光刻技能）总部就位于此。 阿斯麦是一家回收“无工场模式”的光刻装备出产商，首要产物就是光刻机，还提供处事于光刻体系的计量和检测装备、打点体系等。 掀开环球芯片厂商的光刻机订货单，个中绝大大都都发给了阿斯麦。以2019年为例，阿斯麦共出货229台光刻机，净贩卖额为118.2亿欧元，净利润为25.2亿欧元。对比之下，尼康出货46台，佳能出货84台。
▲阿斯麦、尼康、佳能出货量比拟 除了出货量占优，阿斯麦（ASML）也代表着环球最顶尖的光刻技能。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，阿斯麦是独一的玩家。 EUV光刻机回收13.5nm波长的光源，是打破10nm芯片制程节点必不行少的器材。也就是说，就算DUV（深紫外线）光刻性能从尼康、佳能哪里找到更换，但假如没有阿斯麦的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。 时刻迈进2020，光刻机市场三分的名堂中，阿斯麦已稳居第一10多年。在“光刻机一哥”光环的背后，阿斯麦又有奈何的故事？ 智对象从技能蹊径选择、先辈技能攻关、资金支持、研发投入等方面入手，还原出这个故事真实、立体的脉络。 二、与台积电鬼才彼此成绩，21世纪阿斯麦冉冉升起 罗马不是一天建成的，阿斯麦的乐成也绝非一挥而就。今天风头无两的光刻机市场一哥背后，是一个卑微的开始和一段曲折的旧事。 故事要从20世纪80年月讲起，当时辰间隔摩尔定律被正式提出（1975年）不到10年，增进芯片晶体管数量还不是让环球半导体学者挤破头的课题。响应地，对光刻机光源波长的要求较低。其时的光刻机回收干式微影技能，简言之，光源发光，光泽在涂有光刻胶的硅基底上“画”就完了。 好比，1980年尼康推出的可商用步进式一再式光刻机（Stepper），光源波长为1微米。连芯片厂家英特尔也本身设了个光刻机部分，用买来的零件组装光刻机。 普通来说，步进式一再光刻机的事变道理是使涂有光刻胶的硅片与掩膜板瞄准并聚焦，通过一次性投影，在晶圆片上刻画电路。
▲尼康1980年推出的光刻机NSR-1010G 在这种配景下，荷兰电子产物公司飞利浦在尝试室鼓捣出了步进式扫描光刻技能的雏型，但拿禁绝这项技能的贸易代价。思前想后，它抉择拉人入伙，让相助者继承研发，这样既有人分摊本钱，也给了本身张望的机遇。 步进式扫描光刻技能的道理是，光泽透过掩膜板上的狭缝照射，晶圆与掩膜板相对移动。完成当前扫描后，晶圆由事变台承载，步进至下一步扫描位置，举办一再曝光。整个进程颠末一再步进、多次扫描曝光。
▲步进式扫描光刻技能表示图 在飞利浦的假想里，抱负的合资人虽然是技能先辈、气力雄厚的美国大厂，如IBM、GCA之流。但在美国走了一圈后，飞利浦意识到了实际的骨感：各大厂商纷纷暗示拒绝。 可是，并非全部人都不看好飞利浦的光刻项目，就在飞利浦碰鼻之际，荷兰小公司ASMI（ASM International，直译为ASM国际）的老板Arthur Del Prado跑来，自荐要接下飞利浦的光刻项目。
▲Arthur Del Prado ASM International创建于1964年，是一家半导体装备署理商，对制造光刻机并无履历。因此，飞利浦踌躇了1年的时刻。最终，1984年，飞利浦选择“屈就”，赞成与ASMI公司各自出资210万美元，合伙创立阿斯麦，由这才开启了阿斯麦的故事。 阿斯麦首任CEO为Gjalt Smit，任职时刻为1984～1988年。据称，因为阿斯麦创立初期知名度较低，Gjalt Smit曾在未经授权的环境下在阿斯麦雇用告白中行使飞利浦的符号。
▲阿斯麦首创初期CEO Gjalt Smit 2013年至今，阿斯麦总裁兼CEO由Peter Wennink接受。Peter Wennink早在1999年就插手了阿斯麦，曾接受过执行副总裁、首席财政官等职。在插手阿斯麦之前，Peter就职于环球四大管帐师事宜所之一的德勤管帐师事宜所。
▲现任阿斯麦总裁兼CEO Peter Wennink 着实，在与飞利浦合伙创立阿斯麦之前约10年的1975年，ASMI就曾在香港开设办公室。最初，ASMI香港办公室只认真贩卖，跟着时刻推移，该办公室成长出了出产手段。1988年，ASMI在香港办公室的基本上创立了新公司ASMPT（ Technology，直译为ASM平静洋技能）。到本日，ASMPT已生长为环球最大的半导体组装和封装技能供给商之一。 作为站在阿斯麦、ASMI、ASMPT背后的操盘手，Arthur Del Prado成为一代业界传奇，被誉为“欧洲半导体装备行业之父”。2016年，这位传怪杰物以85岁高龄逝世，但与他渊源颇深的三家半导体公司仍在缔造新故事。Arthur的宗子Chuck Del Prado，于2008年接替Arthur继任为ASMI CEO，并于2019年退休。ASMI现任CEO是Benjamin Loh。ASMPT现任CEO是Robin Ng。 回到阿斯麦的故事，飞利浦赞成出资210万美元创立阿斯麦，但拒绝提供更多资金和办公园地。创立之初的阿斯麦只有31名员工，因为没有办公室，这31名员工就窝在飞利浦大厦外的浅显木板房里办公。其时，飞利浦毫不会想到，这个险些被看成“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。
▲垃圾车后头就是阿斯麦创立之初的浅显木板屋，厥后的大厦是飞利浦大厦 如前所说，20世纪80年月照旧光刻机的技能盈利期。在干式微影技能的技能蹊径下，阿斯麦创立的第一年就造出了步进式扫描光刻机PAS 2000。可是，技能的盈利期很快就会已往，之后产生的统统会培育光刻机市场的新名堂。
▲阿斯麦于1984年推出的PAS 2000 进入21世纪，为了连续摩尔定律，人们改造了晶体管架构方法，但光刻机光源波长卡在了193nm上。这造成的效果是光刻“画”出的线条不足过细，阻碍晶体管架构的实现。要办理这个题目，最直接的方法就是把光源波长收缩，好比尼康、SVG等厂商试图回收157nm波长的光泽。 实践中，实现157nm波长的光刻机并不轻易。起首，157nm波长的光泽极易被193nm光刻机行使的镜片接收；其次，光刻胶也要从头研发；其它，对比于193nm波长，157nm波上前进不到25%，回报率较低。但在其时，这好像是独一的步伐。 到了2002年，时任台积电研发副司理林本坚提出：为什么非要改变波长？在镜头和光刻胶之间加一层光泽折射率更好的介质不就行了？那么什么介质能增进光的折射率呢？林本坚说，水就可以。与干式光刻技能相对，林本坚的技能方案被称为浸没式光刻技能。颠末水的折射，光泽波长可以由193nm变为132nm。
时刻再往回推15年（1987年），林本坚就职于IBM，当时他就有了浸没式光刻技能的设法。2002年芯片制程卡在65nm之际，林本坚看到了浸没式光刻技能的机遇。为了办理技能困难、消除厂商疑虑，林本坚耗费半年时刻教育团队颁发3篇论文。 其时，业界质疑水作为一种洁净剂，会把镜头上的脏对象洗出来，尚有人忧虑水中的气泡、光泽明暗等身分会影响折射结果。按照林本坚团队的研究，他们提出了一种曝光机，可以保持水的清洁度和温度，使水不起气泡。固然这种曝光机并未在现实中被回收，但林本坚的研究证明白技能上的困难是可以被办理的。 他还亲身奔赴美国、日本、德国、荷兰等地，向光刻机厂商先容浸没式光刻的设法。可是，有手段举办研发的大厂广泛不买账。
▲林本坚 其华夏因也不难领略，自20世纪60年月起，玩家入局光刻机市场，在干式光刻技能上投入了大量财力、人力、物力，好不轻易踏出一条可行的技能蹊径。假如凭证林本坚“加水”的设法，列位先进就得“一夜回到解放前”，从技能到装备从头试探。很少有人舍得这么高的覆没本钱。可是，“很少有人”不代表“没有人”。 奔忙到荷兰后，林本坚终于听到了一个好动静：阿斯麦愿做这第一个吃螃蟹的勇士。2003年10月份，ASML和台积电研发出首台浸没式光刻装备——TWINSCAN XT：1150i。2004年，阿斯麦的浸没式光刻机改造成熟。同年，尼康公布了157nm的干式光刻机和电子束投射产物样机。 可是，一面是改造成熟的132nm波长新技能，一面是157nm波长的样机，胜败不问可知。 数据表现，在2000年之前的16年里，ASML占有的市场份额不敷10%。2000年后，阿斯麦市场份额不绝攀升。到2007年，阿斯麦市场份额已经高出尼康，到达约60%。 当运气之神把浸没式光刻微影的机会摆放到阿斯麦、尼康等玩家眼前，只有阿斯麦大胆地伸脱手，而尼康则是成也干式微影、败也干式微影。在环球光刻机市场这一回合的较劲中，阿斯麦选择了正确的技能蹊径，从而赢得了其后居上的机遇。
▲首台浸没式光刻装备——TWINSCAN XT：1150i 三、荟萃美国、欧洲科研力气，点亮EUV科技树 假如说推出浸没式光刻机让阿斯麦领先尼康一步，那么打破EUV光刻技能则让它成为了名副着实的光刻机一哥。2010年至今，EUV光刻市场中只有阿斯麦一位玩家。 打破10nm节点可以或许带来的经济效益不必赘述，在浩瀚玩家中，为什么只有阿斯麦把握了EUV光刻机的焦点技能？现实上，这与它荟萃了美国、欧洲的顶级科研力气有关。这段故事还要从1997年讲起。 1997年，英特尔熟悉到超过193nm波长的坚苦，盼愿通过EUV来另辟门路。为了能从其他玩家处借力，英特尔说服了美国当局，二者一路组建了一个名为“EUV LLC（The Extreme Ultraviolet Limited Liability Company，极紫外线有限责任公司）”的组织。EUV LLC里可谓是群英群集，贸易力气有摩托罗拉、AMD、英特尔等，还搜集了美国三大国度尝试室。 EUV LLC里，美国成员组成了主体。在对外国成员的选择上，英特尔和白宫发生了分歧。英特尔看中阿斯麦和尼康在光刻机规模的履历，想拉他们入伙。但白宫以为云云重要的先辈技能研发不应邀“外人”入局。 此时，阿斯麦表现出了惊人的前瞻手段，它向美国暗示：喂矢意出资在美国建工场和研发中心，并担保55%的原原料都从美国采购，只求你们研究EUV必然要带我玩。 云云诚意让美国难以拒绝，就这样，阿斯麦成为EUV LLC里唯二的两家非美国公司之一，另一家是德国公司英飞凌。 反观尼康，这一次则完满是吃了国籍的亏。1998年颁发的文件《相助研发协媾和半导体技能：涉及DOE-Intel CRADA的事件》，写明白尼康被解除在EUV LLC外的终极缘故起因：“……有人担忧尼康会乐成将技能转移到日本，从而没落美国的光刻家产。” 1997年到～2003年，阿斯麦和天下顶级的半导体规模玩家聚积在EUV LLC，用了6年时刻答复一个题目：EUV有也许实现吗？他们发明谜底是必定的。至此，EUV LLC义务完成，在2003年当场驱逐，个中各个成员踏上独自研发之路。 着实，其他欧洲、日本、韩国的玩家也曾试探过EUV光刻技能。可是，他们的气力始终无法与搜集了美国顶级科研气力的EUV LLC对比，这意味着阿斯麦在EUV研发之路上占得先机。国际光电工程学会（SPIE）官网写出了EUV LLC的重要性：“假如不是EUV LLC对技能的形成和追求，EUV光刻技能就不会成为IC制造规模的将来竞争者。” 6年时刻里，EUV LLC证明白用极紫外线作为光源造光刻机是可行的，但却没指出一条明路。到了2005年，EUV光刻机照旧连个影子都没有，但巨额的研发资金、难以超过的技能瓶颈已经足以让大大都玩家望而却步。可是，阿斯麦照旧不愿断念，而且抉摘要牵头欧洲的EUV研发项目。假如说在EUV LLC中，阿斯麦是蜷缩在角落里守候被其他大玩家“带飞”，那这一次，阿斯麦则是要本身做领头雁。 研发进程面对的坚苦无非齐集在资金和技能两方面，阿斯麦把它们逐个击破。缺钱？那就去找，阿斯麦从欧盟第六框架研发打算中拉来2325万欧元经费。缺技能？阿斯麦荟萃3所大学、10个研究所、15个公司连系开展了“More Moore”项目，出力攻坚。 终于，2010年，阿斯麦出货了首台EUV光刻机。这台光刻机型号为NXE：3100，被交付给台积电，用于举办研发。
▲台积电2010年2月22日声明：《台积电吸取阿斯麦的EUV光刻体系用于下一代技能的研究与开拓（TSMC to Take Delivery of an ASML EUV Lithography System for Research and Development on Future Technology Generations）》 至此，在EUV市场，阿斯麦已经做到了人无我有，接下来的题目就是产物的迭代和进化。2013年，阿斯麦收购了光源提供商Cymer，为公司量产EUV装备打基本。颠末屡次进级，阿斯麦在2016年推出首台可量产的EUV光刻机NXE：3400B并得到订单。NXE：3400B售价约为1.2亿美元，从2017年第二季度起开始出货。直到本日，产物的迭代还在继承。按照阿斯麦的信息，EXE：5000系列光刻机样机最快在2021年问世。 从1997年到2010年，13年的艰巨求索，终于让阿斯麦攻陷了EUV的技能高地。辛劳支付终有回报，今朝，阿斯麦还是独一把握EUV光刻技能的厂商。
▲阿斯麦的最新EUV光刻机TWINSCAN NXE：3400C 四、没钱？邀台积电、英特尔、三星入股，拉回53亿欧元 按照果真信息，一台EUV光刻机售价约为1.2亿美元，一台DUV光刻机的售价也要数万万美元。在高额售价的背后，是前期研发阶段巨量的资金投入。要支撑对光刻技能的研发，阿斯麦必需找到一条可一连的“财源”，不然就也许陷入逆境。 究竟上，阿斯麦也简直经验过“财务危急”。1988年，阿斯麦进军台湾市场，还将来得及在新的市场竞争中喘口吻，老雇主ASMI就因无法得到预期内的回报比作出撤资抉择。同时，因为其时环球电子行业市场不乐观，飞利浦也公布了一项本钱减少打算。表里夹击之下，阿斯麦几近休业。亏得危急时候，时任阿斯麦CEO Gjalt Smit接洽了飞利浦董事会成员Henk Bodt，后者说服了飞利浦董事会，为阿斯麦拉来一笔约1亿美元的“救命钱”。 这笔资金辅佐阿斯麦在进军台湾市场的初期站稳了脚。随后几年，阿斯麦依附步进式扫描光刻机扭亏为盈，并于1995年3月15日在阿姆斯特丹和纽约证券买卖营业所乐成上市，上市首日市值为约1.25亿美元。
▲Henk Bodt 为了可以或许得到富裕的资金支持，2012年，阿斯麦提出一项“客户连系投资打算”（CCIP，Customer Co-Investment Program），简朴来说，就是接管客户的注资，客户成为股东的同时拥有优先订货权。这无疑是一个双赢的设施：把阿斯麦的研发资金压力转移出去，让客户为先辈光刻技能的研发买单，这样不只使阿斯麦无后顾之忧地举办研发，也担保了客户对先辈光刻技能的优先行使权。 2012年，芯片制造行业3大龙头英特尔、台积电、三星都推出了22nm芯片产物。CCIP打算一经推出，这3家公司纷纷相应。按照协议，英特尔斥资41亿美元收购荷兰芯片装备制造商阿斯麦公司的15%股权，另出资10亿美元，支持阿斯麦加速开拓本钱奋发的芯片制造科技。台积电投资8.38亿欧元，获取阿斯麦公司约5%股权。三星斥资5.03亿欧元购得3%股权，并特殊注资2.75亿欧元相助研发新技能。 最终，阿斯麦以23%的股权共筹得53亿欧元资金。要知道，2012年整年，阿斯麦的净贩卖额才约为47.3亿欧元。 五、长盛不衰的法门：大力大举搞研发的传统 在科技圈，研发、创新手段就是生命力。华为5G、芯片技能为什么强？任正非曾在接管采访时暗示，2020岁月为将把约200亿美元（约合人民币1420亿元）花在研发上。而在研发方面，阿斯麦与华为一样“猖獗”。 早在2002年，阿斯麦就敢向浸没式光刻技能押注。到了本日，大力大举投资搞技能研发已经成为阿斯麦的传统。 按照2019年度财报，阿斯麦整年投入了20亿欧元用于技能研发，占到净贩卖额（118.2亿欧元）的16.9%。对比之下，2019年尼康在光刻体系上的投资为3.98亿日元，占到光刻体系营收（2397.28亿日元）的约0.17%。 2007年开始，“时年”13岁的阿斯麦开始以领先的姿态傲然于光刻机市场，至今如故云云。列出阿斯麦近些年的研发投入，或能表明它这么多年来挺立不倒的缘故起因。
▲近5年阿斯麦研发投入及营收环境 其它，在专利网站Patentscope上的搜刮功效表现，阿斯麦申请的专利数量已经到达14444项。阿斯麦固然是一家贸易公司，但支撑它走得更远的，不是对款子的追求，而是对技能的久远投资。
结语：36年成绩光刻机传奇 回首已往36年，阿斯麦从一个蜷缩在木板房中的小公司生长为一代光刻机巨擘，个华夏因少不了汗青的机会，如林本坚当令提出了浸没式光刻技能的设法。可是，更具抉择性意义的是阿斯麦精确的前瞻和坚决的选择，好比，在21世纪初，阿斯麦放弃干式微影，转投浸没式光刻技能；再好比，早在1997年，阿斯麦以自身妥协换来EUV LLC的入场券。对付贸易与技能彼此促进的相关，阿斯麦尚有着深刻的领略，多年来对技能研发的大力大举投入，成为它挺立不倒的重要缘故起因。手握顶尖的技能，阿斯麦还得到了客户的支持，从而在环球光刻机市场中走得更远。 以阿斯麦这36年的过程为鉴，比拟我国。1977年，我国第一台光刻机降生，加工晶片直径为75毫米。本日，国产光刻机制造商有上海微电子、中科院光电所等，最先辈的装备推进至22nm节点，而国际最先辈工艺已打破5nm节点。国产光刻机无疑尚有很长的路要走。 芯片是“中国制造”的痛点。岂论是近期华为被美国断供芯片的消息，照旧两会当局事变陈诉中“国产化”“功率半导体”“传感器芯片”等话题被频频说起，背后的究竟都让人黯然：我们曾在一穷二白的前提下造出原子弹，但在GDP总量近100万亿美元的本日，中国照旧难以独立造“芯”。在各种坚苦中，光刻技能直接卡住了芯片制造的“脖子”。 要办理这一题目，技能攻关虽然是必不行少的。其它，借力海外成熟产物或可辅佐芯片制造商实现打破。2018年，我国芯片公司中芯国际耗费约1.2亿美元，向阿斯麦订购了一台EUV光刻机。因为各种缘故起因，今朝，这台光刻机还未乐成交付。我们等候它可以或许尽快落地中国，助力我国的芯片奇迹再上一个台阶。中国有市场、有人才，也不缺恒心与毅力，信托我国光刻机奇迹会有光亮的将来。 本文素材来自互联网 （编辑：湖南网） 【声明】本站内容均来自网络，其相关言论仅代表作者个人观点，不代表本站立场。若无意侵犯到您的权利，请及时与联系站长删除相关内容! |
