光刻機(jī)不是印鈔機(jī),但卻比印鈔機(jī)還金貴。曾經(jīng)的光刻機(jī)霸主尼康錯(cuò)失了關(guān)鍵戰(zhàn)役,30 多人起步的阿斯麥步步緊逼成為如今霸主,不禁讓人感嘆。
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曾經(jīng)的光刻機(jī)霸主尼康
80 年代,日本光刻機(jī)還處于碾壓美國競爭對(duì)手階段,在硅谷成立的尼康精機(jī),直接把戰(zhàn)斗指揮部放到美國高科技行業(yè)的心臟。
但是美資廠商鉑金埃爾默受尼康沖擊,份額從超過 30%跌到不足 5%,今天它已經(jīng)完全放棄半導(dǎo)體設(shè)備業(yè)務(wù),專注于健康檢測設(shè)備。
而那時(shí)候 IBM、AMD、德州儀器和英特爾這些 GCA 的大客戶,排著隊(duì)跑到尼康那拿貨。尼康和 GCA 各享 30%的市場份額,這種一山二虎的局面沒有維持多久,尼康就獨(dú)自為王,占領(lǐng)超過 50%的份額,一直到阿斯麥崛起為止。
但是在 2009 年時(shí),阿斯麥已經(jīng)占據(jù) 70%市場份額,尼康則從行業(yè)老大變成小弟。
飛利浦降低身價(jià)成就小弟阿斯麥
在這之前幾年,飛利浦實(shí)驗(yàn)室研發(fā)出自動(dòng)化步進(jìn)式光刻機(jī)的原型,但對(duì)它的商業(yè)價(jià)值心里直敲小鼓,找 P&E、GCA、Cobilt、IBM 這些半導(dǎo)體界的大佬談合作,沒人愿意搭理。
這時(shí),荷蘭一家叫 ASM International 的小公司主動(dòng)要求合作,飛利浦猶豫了一年,勉強(qiáng)同意成立股權(quán)對(duì)半的合資公司,這就是后來的阿斯麥。
飛利浦之所以愿意放低身價(jià)和一家名不見經(jīng)傳的小公司合作,原因有兩個(gè):一方面是飛利浦當(dāng)時(shí)正和索尼主推更賺錢的 CD,比小眾的光刻機(jī)更有投資價(jià)值;
另一方面,尼康在光刻機(jī)市場只手遮天,老牌半導(dǎo)體設(shè)備廠商節(jié)節(jié)敗退,雪上加霜的是,飛利浦當(dāng)時(shí)正打算開始大規(guī)模裁員,糟糕的經(jīng)濟(jì)狀況和惡劣的光刻機(jī)市場環(huán)境,使它不敢大手筆押注光刻機(jī),因此與 ASM International 合作,不過是想占個(gè)坑觀望而已。
在上世紀(jì) 80 年代,阿斯麥還僅僅只是飛利浦旗下的一家小的合資公司,全公司上上下下也就 31 個(gè)人,出門銷售都要頂著飛利浦的名頭,當(dāng)時(shí)的 ASML 是多么的弱小和無助。
當(dāng)時(shí)的光刻機(jī)行業(yè)尼康是巨頭,英特爾、IBM、AMD 等芯片廠商,都需要每天排隊(duì)等在尼康門口,為的就是能夠拿下最新的光刻機(jī),和現(xiàn)在排隊(duì)等在 ASML 的門口如出一轍。
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尼康沒落的那場技術(shù)之爭
作為上世紀(jì)九十年代最大的光刻機(jī)巨頭,尼康的衰落,始于那一回 157nm 光源干刻法與 193nm 光源濕刻法的技術(shù)之爭。
背后起主導(dǎo)作用的,是由英特爾創(chuàng)始人之一戈登·摩爾提出的摩爾定律的產(chǎn)業(yè)規(guī)范:集成電路上可容納的元器件的數(shù)量每隔 18 至 24 個(gè)月就會(huì)增加一倍。
光刻機(jī)的關(guān)卡等級(jí)其實(shí)是指數(shù)級(jí)別增加的,上世紀(jì) 90 年代,光刻機(jī)的光源波長被卡死在 193nm,成為了擺在全產(chǎn)業(yè)面前的一道難關(guān)。
尼康等公司主張用在前代技術(shù)的基礎(chǔ)上,采用 157nm 的 F2 激光,走穩(wěn)健道路,選擇了在 157nm 上一條道走到黑,卻沒意識(shí)到背后有位虎視眈眈的攪局者。
當(dāng)時(shí)還是小角色的阿斯麥決定賭一把,相比之前在傳統(tǒng)干式微影上的投入,押注浸潤式技術(shù)更有可能以小博大。
于是和林本堅(jiān)一拍即合,僅用一年時(shí)間,就在 2004 年就拼全力趕出了第一臺(tái)樣機(jī),并先后奪下 IBM 和臺(tái)積電等大客戶的訂單。
尼康晚了半步,很快也就亮出了干式微影 157nm 技術(shù)的成品,但畢竟被阿斯麥搶了頭陣,更何況波長還略落后于對(duì)手。
在 2000 年之前的整個(gè) 16 年時(shí)間里,光刻機(jī)市場差不多都是尼康的后花園,阿斯麥占據(jù)的份額不超過 10%。
直到時(shí)任臺(tái)積電研發(fā)副總經(jīng)理的林本堅(jiān)提出“浸入式光刻技術(shù)”,利用現(xiàn)有成熟技術(shù)改造,給半導(dǎo)體設(shè)備制造商節(jié)省研發(fā)投入,并減小芯片制造商的導(dǎo)入成本。
“浸入式光刻”方案一出,基本上宣判了半導(dǎo)體界正在開發(fā)的各種“干式”微影技術(shù)方案的死刑,意味著此前投入巨量的資金和人力幾乎打了水漂,美國、德國、日本等大廠們基本都拒絕采用,但是作為新生力量的 ASML 表示愿意一試。
2004 年,阿斯麥和臺(tái)積電共同研發(fā)成功全球第一臺(tái)浸潤式微影機(jī)。Nikon 那一年也宣布采用干式微影技術(shù)的 157nm 產(chǎn)品和電子束投射(EPL)產(chǎn)品樣機(jī)研制成功。
但阿斯麥的產(chǎn)品屬于改進(jìn)型成熟產(chǎn)品,相對(duì)于尼康的全新研發(fā)應(yīng)用成本低,而且縮短光波比尼康的效果還好,結(jié)果,沒人愿意買 Nikon 的產(chǎn)品,潰敗由此開始,市場份額被 ASML 大口吃進(jìn)。
如今技術(shù)并非唯一競爭標(biāo)準(zhǔn)
雖然每臺(tái)售價(jià) 1 億多美元,但它具有壟斷性,芯片制造工廠臺(tái)積電、三星、Intel、中芯都是排著隊(duì)在等貨。
由于臺(tái)積電、三星、Intel 等公司有入股,所以有優(yōu)先購買權(quán)。加上歐盟和美國的技術(shù)出口管制條約瓦森納協(xié)議,中芯即使排著隊(duì),也很難買到 ASML 最先進(jìn)的產(chǎn)品,一般只能買到幾年前的產(chǎn)品。
正因?yàn)榧夹g(shù)難度大,ASML 即便投入大量研發(fā)費(fèi)用,也未能實(shí)現(xiàn)完全自主,它仍要從美國、德國、日本等國家進(jìn)口零部件。比如,其光刻機(jī)的鏡頭,是從德國購買而來,而電源則購于美國。
當(dāng)今電子工業(yè),依然受摩爾定律影響,基本一年半就得迭代一次,這就導(dǎo)致芯片廠商排隊(duì),也要買最新光刻機(jī),不然就無法造出高端芯片。
阿斯麥好比一家掌握著獨(dú)家秘方的私房菜館,別人不僅輕易學(xué)不到秘方,想吃他家菜還得斥巨資。也正因此,ASML 壟斷著 100%的 7nm 以下光刻機(jī)市場,是的 100%更嚴(yán)重的是,想買它還不一定敢賣。
而背后有著臺(tái)積電、因特爾以及三星和德國蔡司等知名科技巨頭的撐腰,荷蘭 ASML 公司在光刻機(jī)制造領(lǐng)域只會(huì)繼續(xù)一路高歌。
除了技術(shù)問題外,荷蘭 ASML 公司生產(chǎn)的光刻機(jī)充分體現(xiàn)了利益捆綁的戰(zhàn)略,ASML 的光刻機(jī)所需要的零部件中,大約有 90%的依賴進(jìn)口。
這意味著阿斯麥的業(yè)績?nèi)绻仙耍窍蚱涔┴浀拿绹?、德國、法國、英國、日本等國的相關(guān)企業(yè)都獲利豐厚。除此以外,三星、臺(tái)積電不僅是荷蘭 ASML 公司的大客戶,也是 ASML 公司的股東。
這種利益捆綁,使得三星、臺(tái)積電能優(yōu)先獲得光刻機(jī),保證了他們的市場地位都很穩(wěn)固,從這些角度來看,荷蘭光刻機(jī)引領(lǐng)全球的原因,不僅僅只是技術(shù)問題。
結(jié)尾:
目前從產(chǎn)品上看,ASML 的產(chǎn)品遍及低、中、高、超高端市場,產(chǎn)品種類豐富。在超高端的 5nm、7nm 領(lǐng)域,ASML 是全球唯一能夠生產(chǎn)的廠商,其 EUV 光刻機(jī)設(shè)備的市場占有率達(dá) 100%。
尼康的光刻機(jī)涉及低、中、高端市場,尼康的 NRS 系列與 ASML 的 ArF 浸入式光刻機(jī)參數(shù)指標(biāo)大體相近,基本可以達(dá)到 ASML 高端產(chǎn)品的水準(zhǔn),但是在高端的 5nm、7nm 領(lǐng)域無力與之抗衡。