ASML如何成為光刻機(jī)霸主？設(shè)計(jì)一臺(tái)光刻機(jī)到底有多難？
[導(dǎo)讀]最近這段時(shí)間，媒體上就有一種說(shuō)法，說(shuō)歐洲早已經(jīng)不是全球創(chuàng)新的領(lǐng)袖了。之前有個(gè)數(shù)據(jù)，說(shuō)在全球涉及到數(shù)字化的公司里，排名前15的，沒(méi)有一個(gè)是歐洲公司。關(guān)于這背后的原因，有很多說(shuō)法，有說(shuō)因?yàn)闅W洲缺少風(fēng)險(xiǎn)投資基金的，有說(shuō)因?yàn)闅W洲市場(chǎng)分裂、規(guī)矩太多的?？傊?，情況就是歐洲沒(méi)有能讓科技公司長(zhǎng)大的沃土。
最近這段時(shí)間，媒體上就有一種說(shuō)法，說(shuō)歐洲早已經(jīng)不是全球創(chuàng)新的領(lǐng)袖了。之前有個(gè)數(shù)據(jù)，說(shuō)在全球涉及到數(shù)字化的公司里，排名前15的，沒(méi)有一個(gè)是歐洲公司。
關(guān)于這背后的原因，有很多說(shuō)法，有說(shuō)因?yàn)闅W洲缺少風(fēng)險(xiǎn)投資基金的，有說(shuō)因?yàn)闅W洲市場(chǎng)分裂、規(guī)矩太多的?？傊?，情況就是歐洲沒(méi)有能讓科技公司長(zhǎng)大的沃土。 但是，歐洲的科技行業(yè)，難道真的就毫無(wú)可圈可點(diǎn)之處么？ 其實(shí)也不是。就拿現(xiàn)在最受關(guān)注的芯片行業(yè)來(lái)說(shuō)吧。你知道，芯片相當(dāng)于全球科技的基礎(chǔ)設(shè)施，牽一發(fā)而動(dòng)全身。而對(duì)芯片行業(yè)本身來(lái)說(shuō)，有一個(gè)制約它發(fā)展的重要環(huán)節(jié)，相當(dāng)于“命門”就是一種叫做“光刻機(jī)”的生產(chǎn)設(shè)備。 全球的光刻機(jī)市場(chǎng)，幾乎都被一家歐洲公司壟斷了，叫做阿斯麥，總部在荷蘭。我在微信公眾號(hào)遠(yuǎn)川科技評(píng)論上看到一篇文章，叫做《光刻機(jī)大敗局》。這篇文章講的是，當(dāng)初不起眼的阿斯麥，是怎么挑落光刻機(jī)行業(yè)原本的霸主，一步步走上產(chǎn)業(yè)巔峰的。 在今天這里分享一下這背后的故事。 阿斯麥這家公司有多牛呢？在去年全球的光刻機(jī)市場(chǎng)中，阿斯麥占據(jù)了74%的市場(chǎng)份額，是不折不扣的巨無(wú)霸。他們生產(chǎn)的光刻機(jī)，有“印鈔機(jī)許可證”之稱，一臺(tái)就1.2億美元。 那為什么說(shuō)，光刻機(jī)是整個(gè)芯片產(chǎn)業(yè)的命門呢？ 因?yàn)樵谛酒a(chǎn)的過(guò)程中，光刻機(jī)相當(dāng)于雕刻刀，在硅片上雕刻出設(shè)計(jì)好的電路圖。現(xiàn)在世界上最先進(jìn)的光刻機(jī)，叫做EUV光刻機(jī)，只有阿斯麥才能做得出來(lái)。也難怪阿斯麥的董事長(zhǎng)曾經(jīng)撂下過(guò)一句狠話：如果我們交不出EUV，摩爾定律就會(huì)從此停止。 不過(guò)，阿斯麥可不是從創(chuàng)業(yè)之初，一路贏到現(xiàn)在。在上個(gè)世紀(jì)80年代，阿斯麥只是飛利浦旗下的一家小合資公司，全司上下算上老板只有31位員工，所有人在飛利浦總部旁邊臨時(shí)搭起的板房?jī)?nèi)辦公，十分窘迫。 當(dāng)時(shí)光刻機(jī)市場(chǎng)如日中天的霸主，是日本的尼康公司。 英特爾、IBM、AMD、德州儀器這些大公司，每天都等著尼康的新產(chǎn)品發(fā)布。這和今天的三星、臺(tái)積電為了阿斯麥的光刻機(jī)搶破頭，是一個(gè)陣仗。 但為什么在短短30年的時(shí)間里，阿斯麥就能反超尼康，將過(guò)去的老大挑落下馬呢？我來(lái)和你說(shuō)一下這個(gè)過(guò)程。 阿斯麥贏下的第一手棋，其實(shí)是有運(yùn)氣的成分，那就是他們?cè)诩夹g(shù)迭代這件事上，押對(duì)了寶。 摩爾定律你肯定很熟悉，說(shuō)的是在一個(gè)集成電路上，能排列下的元器件數(shù)量，差不多每?jī)赡昃鸵槐?。芯片的體積會(huì)越來(lái)越小，但是功能卻會(huì)越來(lái)越強(qiáng)大。 這條定律，對(duì)于光刻機(jī)生產(chǎn)商有很大影響。它就像是一條鞭子，讓他們必須時(shí)刻加快腳步，跑在摩爾定律前面，提前交付出合格的硬件設(shè)備。畢竟沒(méi)人會(huì)用舊的工具，生產(chǎn)新的產(chǎn)品。 剛好，阿斯麥進(jìn)軍光刻機(jī)的時(shí)候，這個(gè)領(lǐng)域的門檻還不是很高。這也是為什么這個(gè)30人的小公司，也可以干起光刻機(jī)。 但是，因?yàn)槟柖刹粩嗌?，這讓光刻機(jī)制造的難度越來(lái)越高。在上個(gè)世紀(jì)90年代，光刻機(jī)產(chǎn)業(yè)迎來(lái)了自己的一個(gè)難關(guān)。光刻機(jī)的光源波長(zhǎng)被卡死在了193nm。 光源是什么概念呢？前面我們說(shuō)，光刻機(jī)是一把雕刻刀，光源就相當(dāng)于是刀尖兒。需要雕刻的芯片越精細(xì)，刀尖兒也得磨得越細(xì)。而波長(zhǎng)越短，就相當(dāng)于，刀尖兒越鋒利。 所以，誰(shuí)能把光源波長(zhǎng)變短，誰(shuí)就能在摩爾定律生效的下一個(gè)周期吃盡紅利。 為了突破這個(gè)難關(guān)，各大公司都有自己的策略。 比如尼康等公司決定走穩(wěn)健路線，也就是在之前技術(shù)的基礎(chǔ)上，采用157nm的F2激光，一步步來(lái)。 阿斯麥作為光刻機(jī)領(lǐng)域的小玩家，并沒(méi)有選擇跟著大公司走。他們選擇賭一把。 賭什么呢？當(dāng)時(shí)的臺(tái)積電，有一位叫做林本堅(jiān)的工程師。這位工程師提出了一個(gè)特別開(kāi)腦洞的想法，說(shuō)在光刻機(jī)的透鏡和硅片之間，加上一層水，就可以通過(guò)光的折射原理，讓原有的激光波長(zhǎng)，從193nm，縮短到132nm。這個(gè)方法被稱為“沉浸式光刻”。 這個(gè)點(diǎn)子聽(tīng)起來(lái)挺好，但當(dāng)時(shí)的大公司可并不買賬。主要原因有兩個(gè)，一個(gè)是大家覺(jué)得芯片生產(chǎn)是個(gè)精細(xì)活，加入水這個(gè)變量，容易污染設(shè)備，太冒險(xiǎn)。另一個(gè)是在這些廠商眼中， “沉浸式光刻”只是一個(gè)權(quán)宜之計(jì)，不是正道，就算他們靠著“沉浸式光刻”領(lǐng)先一時(shí)，在未來(lái)也會(huì)被別的對(duì)手反超。 不過(guò)年輕的阿斯麥沒(méi)有這方面的顧慮，它選擇押注“沉浸式光刻”。在和林本堅(jiān)的合作中，只用了一年的時(shí)間，阿斯麥在2004年就造出了第一臺(tái)樣機(jī)，然后拿下了IBM、臺(tái)積電這樣大客戶的訂單。 尼康在這場(chǎng)比賽中落伍了，在半年之后，他們按照自己的研發(fā)思路，研發(fā)出了157nm的光刻機(jī)，但是被阿斯麥打了個(gè)先手，再加上它的光刻機(jī)在精度上，還落后于阿斯麥，這也讓尼康的市場(chǎng)份額，第一次被反超。 但是問(wèn)題來(lái)了，你想，尼康畢竟在光刻機(jī)領(lǐng)域耕耘多年，無(wú)論是財(cái)力還是技術(shù)底蘊(yùn)，肯定都領(lǐng)先于阿斯麥。為什么它在被反超之后，就一直落后，沒(méi)有把領(lǐng)導(dǎo)權(quán)奪回來(lái)呢？ 這就要說(shuō)到阿斯麥贏下的第二手棋，也就是它成功成為美國(guó)的“政治盟友”。 和你介紹一下，上世紀(jì)90年代，為了突破193nm這個(gè)天塹，英特爾等一系列公司，主張采用EUV，也就是極紫外光刻方案。EUV到現(xiàn)在都是世界上頂尖的技術(shù)，那在20多年前，肯定英特爾也沒(méi)法一人搞定，于是在1997年，它攢起了一個(gè)叫EUV LLC的聯(lián)盟。 這個(gè)聯(lián)盟的成員，那真是芯片行業(yè)的全明星陣容。這個(gè)聯(lián)盟不僅有摩托羅拉、AMD、IBM等等公司，還有美國(guó)能源部下屬的三大國(guó)家實(shí)驗(yàn)室。這些實(shí)驗(yàn)室就很厲害了，遠(yuǎn)川科技研究的文章寫道，它們之前的研究成果，覆蓋物理、化學(xué)、半導(dǎo)體、超級(jí)計(jì)算機(jī)等等各種前沿的領(lǐng)域。 但別看這個(gè)聯(lián)盟陣容強(qiáng)大，有一件事很尷尬，那就是他們的理論成果，沒(méi)法落地。因?yàn)榇饲?，在和尼康的?jìng)爭(zhēng)中，美國(guó)的光刻機(jī)企業(yè)被打得落花流水，不堪大用。對(duì)于組建聯(lián)盟的英特爾來(lái)說(shuō)，要想讓理論產(chǎn)出實(shí)際成果，只能選擇國(guó)外的幫手，可選擇的幫手只有兩家，一個(gè)是尼康，一個(gè)是阿斯麥。 在這兩家企業(yè)之中，美國(guó)選擇了阿斯麥。原因是，尼康是日本公司，美國(guó)擔(dān)心，如果日本獲得新技術(shù)，會(huì)反過(guò)來(lái)扼住美國(guó)的咽喉。相比之下，阿斯麥?zhǔn)莻€(gè)更容易被“調(diào)教”好的合作對(duì)象。 加入EUV聯(lián)盟，給阿斯麥帶來(lái)了很多好處，比如在2009年的時(shí)候，美國(guó)一家叫做Cymer的公司，研發(fā)出了EUV技術(shù)所需要的光源，這家公司就順勢(shì)成為了阿斯麥的供應(yīng)商。 在四年之后，Cymer公司更是被阿斯麥用25億美元的價(jià)格并購(gòu)。你要知道，Cymer公司所擁有的頂尖技術(shù)，在全球范圍內(nèi)也不超過(guò)三家。所以有人評(píng)價(jià)，在這起并購(gòu)案中，美國(guó)其實(shí)是幫助阿斯麥公司走了個(gè)后門。 反過(guò)來(lái)，我們?cè)倏幢籈UV聯(lián)盟拋棄的尼康呢？可以說(shuō)，阿斯麥和尼康之間迅速拉開(kāi)了差距。 咱們就看一個(gè)細(xì)節(jié)。有一個(gè)工業(yè)名詞，我想和你分享，叫做稼動(dòng)率。你可以把它簡(jiǎn)單理解為，一家公司制造出來(lái)的設(shè)備，有多大概率能發(fā)揮出它的最高產(chǎn)能。 本來(lái)，尼康和阿斯麥的光刻機(jī)，理論上來(lái)說(shuō)，每小時(shí)能加工的芯片數(shù)量其實(shí)差不多，彼此拉不開(kāi)差距。 但是在稼動(dòng)率，也就是實(shí)際表現(xiàn)上，這兩家公司差別可大了。阿斯麥的光刻機(jī)，稼動(dòng)率可以維持在95%左右，十分靠譜。 而尼康的光刻機(jī)雖然價(jià)格便宜，但是稼動(dòng)率只有50%，這對(duì)于芯片制造商來(lái)說(shuō)，自然是個(gè)不可接受的數(shù)字。 也正是因?yàn)樵谫|(zhì)量上被遠(yuǎn)遠(yuǎn)地超越，尼康光刻機(jī)慢慢地退出了高端光刻機(jī)市場(chǎng)。而在2015年，阿斯麥發(fā)布了第一臺(tái)可以量產(chǎn)的EUV樣機(jī)，這讓阿斯麥在光刻機(jī)領(lǐng)域，徹底奠定了自己的壟斷地位，宣告了對(duì)尼康的勝利。 那設(shè)計(jì)一臺(tái)光刻機(jī)，究竟有多難？-END-
來(lái)源：得到、歐洲科技圈
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