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ASML对工控企业生态圈的启发

自从美国的新一轮技术封锁发生后,普天之下的吃瓜群众为华为操碎了心,甚至卖菜的大妈偶尔讨论这件事。由此可见,半导体对国家科技、工业的影响有多大。

半导体制造产业中,光刻机是核心设备,对芯片的工艺制程起了决定性作用。光刻也是半导体芯片生产流程中最复杂、最关键的工艺步骤。

谈到光刻机,它站在“工业科技食物链”的顶端,此点不容许反驳。光刻机集合了数学、光学、流体力学、高分子物理化学、精密仪器、机械自动化、软件、图像识别等领域顶尖技术的产物。

荷兰的ASML公司光刻机的“扛把子”,并且也不容许反驳。ASML最新的极紫外光EUV光刻机能够生产7纳米的CPU,为世界上独一家。为此,没心没肺的小编通过走访国内从业人员,以及查阅网络资料,深扒这ASML这位“扛把子”。

造一台光刻机有多难?

不明的吃瓜群众经常会问,我们能造光刻机吗?答案是:当然能。只是……自己的光刻机做不出华为想要的芯片。

目前,国内真正能商用是上海微电子的90nm光刻机。有媒体报道,中芯国际刚刚完成14nm光刻机量产。不管谁都好,跟ASML的5nm和7nm相比,还是有代差的。

也许又有人问,5nm和7nm的光刻机,我们能不能马上搞出来。答案是:做梦!

前文提到,5nm光刻机是人类自钻木取火以来,科技含金量最高的设备。ASML总裁都扬言,就算制造光刻机的图纸发到其他国家,依然造不出像ASML这么优秀的产品。

ASML总裁并不是信口开河,毕竟最先进光刻机有10万个零件,并且每个核心部件,都是世界最顶尖的技术。

ASML在这里也只是个系统集成商,需要日本提供特殊符合材料、美国提供控制软件、瑞典的工业精密机床技术、德国的蔡司镜头等等。我们要搞一台先进光刻机,谁敢保证这条供应链?所以,造一台光刻机的难度,恐怕要超过核动力+电磁弹射的航空母舰了。

ASML公司的发家史

光刻机是一个跨多个科学领域的项目,想要研制EUV光刻机这种顶级产品,首先要很多很多的钱,其次投入的回报周期很长,也有可能打水漂。

既然造一台光刻机那么难,那么我就看看光刻机扛把子ASML是怎么做到的?我们先来看看,这位“扛把子”的来龙去脉。

1984年飞利浦与芯片制造商ASMI合资成立ASML,专门从事光刻机设备开发。起初的ASML还是缺钱的,但奈何人家坚持创新和时间,企业成军第一年推出PAS2000步进式光刻机,得到了飞利浦和ASMI追加投资。

1986年推出PAS2500,从此在市场建立名气。1988年随飞利浦在台湾建合资铸造厂,开启了亚洲市场之路。

深扒ASML 的玩法,对工控企业生态圈的思考

图:来源安信证券研究中心

进入2000年,ASML开启了“开挂”模式。不仅先后收购硅谷集团、Brion公司、Cymer公司、德国卡尔蔡司,以及台湾电子束测量工具HMI,还陆陆续续地推出新的产品。

尤其是具有双工作台、浸没式光刻技术的TWINSCANXT、TWINSCANNXT系列的研制成功,奠定了ASML光刻机领域“扛把子”地位。

此时,尼康、佳能市场份额急转直下。据Bloomberg数据显示,ASML在2009年已占据全球70%市场份额。直到今天,7nm光刻机已被ASML垄断,成了当之无愧的独角兽企业。

目前,ASML拥有员工2万多名,办公室遍布16个国家60个城市。从2018年的数据看,全年出货224台,净利润31.94亿美元。

ASML两个命运转折点

全球光刻机领域三巨头为ASML、尼康、佳能。现阶段的ASML无论是产品、技术,还是市场占有率都稳居第一。然而,ASML并非一成军就是全球的扛把子。据统计,1980年的ASML市份额不到5%,此时的尼康GCA各占30%。

上世纪80年代末,尼康占据市场的50%。那么,许多人对ASML发展产生好奇,35年间如何快速成长并成为光刻机领域头目的?客观来说,企业的成功有非常多的因素,有研发投入、产业发展机遇,外部合作条件等等。

ASML在研发上非常舍得投钱,据了解,2018年研发费用高达17.46亿美元。同一时期的中芯国际,投入研发的费用只是6.634亿美元。并且,ASML在全球主要设备和芯片制造国,拥有约12000项专利和专利申请。

那么,吃瓜群众会好奇,ASML这么高的研发经费,能否划得来。答案:当然划得来。据财报显示,ASML的2018年净利润达到31.94美元,70%来自光刻机系统销售,30%来自服务和现场期权销售。

此外,2018年销售成本、综合开销和行政费用仅5.41亿美元。光企业盈利不说,这么高的科技研发,怎么少得了财政的资助?

ASML除了在研发的投入上,还抓住了两次发展机遇。从而实现产品质的飞跃,并一举拿下全球霸主地位。

第一个转折点发生在上世纪90年代,当时光刻机一直以干式微影技术为主,然而尼康等众多厂家和研究机构进一步攻关时,一直无法从193nm波长缩短到157nm。此时台积电提出把透镜和硅片之间的介质从空气换成水,由于水的折射率大约是1.4,那么波长可缩短132nm。

无奈的是,其他厂商基本否定了台积电的做法。此时,鬼灵精怪的ASML决定与台积电研究“浸没式”解决方案,结果全球第一台浸没式微影机,成了市场上最新进的产品。2009年的ASML净销售收入达到22.90亿美元,市场份额达到70%。

第二个转折点在加入EUVLLC俱乐部。EUVLLC是由Intel和美国能源部共同发起的组织,目的在于研制EUV光刻技术。在美国阻挠下,ASML历经一波三折,最后还是加入了EUVLLC。正因为能够享受EUVLLC的研究成果,ASML加快了EUV的研发技术。

此时,极紫外光刻技术被认为是制程突破10nm的关键,但在技术难度和投入资金极高。佳能和尼康两位老铁,此时已经开始怀疑人生而几近放弃。然而ASML仍坚守研发,并且资金上向场外寻求支援。

于是,ASML在政府经费方面获得2325万欧元资助,用股权向英特尔、台积电、三星等客户众筹了53亿欧元,再联合3所大学、10个研究所、15个欧洲公司共同搞“MoreMoore”项目。

2010年研发出第一款EUV光刻机NXE:3100;2013年开发出EUV光刻机NXE:3300B;直到2017年推出第三款EUV光刻机NXE:3400B。从此,ASML成为全球唯一能设计制造EUV光刻机的厂商,独家垄断了光刻机的高端市场。

绑定光刻机“朋友圈”共进退

我们都知道EUV光刻机,由10万个零部件组成,并且每个核心设备,都是全球最顶尖的技术。可想而知,从事这种精密仪器研发的费用,以及承担的风险有多大。

ASML有技术并且创新能力强,最重要的人家在业内人脉广,把“朋友圈”的厂商拴在一起,共同享用科研成果,也共同承担风险。

研发光刻机的体系实在太大了,ASML的生命线在于创新,并且坚持“开放式创新”。

首先通过资本市场打通产业上下游利益链,与供应商和客户建立合作机制;其次在政府协助下,与外部技术伙伴、研究机构、学院开展合作,建立开放的研究网络。如此一来,极大加快了自身的创新速度。

在客户方面,英特尔、三星、台积电均是ASML的股东,并且三者每年注入大量资金。

当然,ASML的回报就是产品优先给股东使用。通过客户入股,使得ASML与客户之间形成紧密的利益共同体。说到这里大家就应该明白,台积电能买到那么多顶级的光刻机的原因了吧?

在供应商方面,ASML通过战略并购与入股,打通上游供应链,获得顶尖光源、镜头等光刻机零件技术。占据技术高地后,也进一步促进自身核心技术的创新。

在外部技术合作上,ASML主导打造了外部技术合作伙伴、研究机构、院校等巨大的开放式研究网络,并建立特有的专利管理制度。

ASML公司合作模式

所以,ASML一直视自己为建筑师和集成商,用自己的创新、开放式合作、利益共享等一波滑溜的操作,将上下游客户捆绑一起,建立长期合作关系,并且互相倾听、互相推动。

一方面通过客户入股获得资金;另一方面扩大市场份额,打通供应链获取技术优势。例如,收购光源大厂Cymer、电子束检测设备上HMI,以及蔡司等,建立完整的上游供应链。归根到底,ASML是真的摸清了光刻机产业生态和运作模式。

结语

写到最后,采购顶级EUV光刻机,光有钱不行。研发一台顶级光刻机,非一国之力能完成。既然这样,那我们是不是没办法了?显然不是!光刻机涉及的领域众多,假如我们占领任何领域的高地,那么合作或采购的谈判才有筹码。

回看ASML经营的生态圈,这种模式也值得自动化企业借鉴。工控中的伺服系统变频器电机等产品,同样有自身的上下游产业链。

加上跨界合作,融合创新已成为行业主流。工控企业需要以产品为中心主导技术的创新,打通配件供应商、代理商和系统集成商,以及终端客户上下游关系,并融合院校或者其他行业的研究成果,共同推动技术创新分享市场红利。

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