之前我们谈到了拥有360度落地窗的太空飞船,这一期咱们聊聊芯片光刻机巨头的发家史。 荷兰芯片光刻机制造商ASML(阿斯麦)只用短短30年,从无人知晓做到技术垄断,成为身价不菲的行业巨头,一时风头无两。 2020年,ASML公布的财报显示,其全年销售额约合1100亿人民币,净利润279亿,赚得盆满钵满。今年,ASML的市值还一度飙升至1.8万亿的历史最高点,相当于中芯国际的4倍还多。 荷兰ASML总部 不过你是否知道它曾经濒临破产,被母公司飞利浦无情甩掉?它又是如何一步一步,赶超佳能和尼康,成就行业巨头?落后十年的中国芯能否打破封锁,甚至取而代之?ASML成立之初 1984年飞利浦公司旗下新成立了一家合资公司——ASML,最初入职的45名员工大多数都是来自飞利浦母公司的半导体技术员,办公地点选在一个屋顶漏水的厂房内,环境十分艰苦。 1984年ASML办公厂房 彼时的光刻机市场竞争异常激烈,包括佳能和尼康在内,至少有10家其它公司涉足。对于一个刚成立没多久,对业务和客户一无所知的公司来说,发展是艰难的,而且母公司飞利浦在八十年代后期陷入动荡,ASML也受其影响处在破产边缘。 ASML技术员在调试 1988年,ASML被飞利浦放弃,成为一家独立公司,没有了母公司的支持,摆在其面前的是更残酷的现实:没有自己的工厂,无法像竞争对手那样制造零部件。 但是这种不利的地位最终成为一种优势,公司与零部件供应商建立了牢固的合作关系,还能为客户提供模块化的产品,根据需要更换不同的光刻机组件。 ASML早期光刻机原型 不断的技术进步让公司能够在光刻机上用到更精细的光束,波长缩短了几十倍,从最初的365纳米到如今的13.5纳米,可是也需要越来越多的资金来研发这些设备。 当其它公司试图包揽所有零部件的研发工作时,ASML非常聪明的与供应商合作共同承担研发成本和风险。例如,蔡司会帮忙研发光刻机用到的光学元件,曾经的母公司飞利浦则提供光刻机需要的真空室。迈向巨头 到了2000年,ASML的主要竞争者仅剩下了佳能和尼康,这两个公司业务范围太宽,没有在光刻机领域做到精益求精,而且产品的研发速度也相对较慢,ASML也就渐渐在光刻机市场站稳了脚跟。 互联网也在此时出现了爆炸式增长,数码相机和MP3播放器等新型消费设备都需要芯片,光刻机市场前景光明。 ASML光刻机30年发展 这一时期,公司做了一个大胆的决定,在研发下一代光刻技术时,放弃其它技术路线,投入巨资专注于EUV(极紫外)光刻机。 EUV光刻系统的核心是激光等离子光源技术,主要部件包括二氧化碳激光器、液滴生成器和真空室。 EUV光刻机上的激光器 金属锡被加热变成液态后,液滴生成器会以每秒50000次的频率挤出液态金属锡,得到直径只有25微米的锡液滴。 同时二氧化碳激光器会对每一个锡液滴前后发射两束激光,第一束激光把液滴的形状从球形压缩成饼状,第二束激光则以更高的功率击中这个液滴并使之汽化。 激光照射锡液滴的过程 这时产生的锡金属蒸汽会变成等离子体,发射出波长为13.5纳米的EUV极紫外光,这些光束被集中起来,经过一套精密的光学系统调制,再通过光刻掩模版的反射,将微电路图案投影到硅晶片上。 EUV光刻机复杂的光学系统 EUV光刻技术如此之复杂,研发这样的光刻设备也变得极其昂贵,因此ASML邀请它的客户,英特尔、三星和台积电,购买自家的股份,利用这些资金支持EUV光刻设备的开发。 然而EUV项目的研发进程并不顺利,多次陷入开发困境曾让公司上下感觉这是一次错误的决定。直到2010年第一台EUV光刻机才试制成功,2016年进入正式量产。 光刻机空运 每一台EUV光刻机重180吨,EUV的组装零部件能装满150个空运箱,需要三架波音747才能装下,整个装配工作需要18周。它的售价超过1.2亿美元,且每年都在涨价,即使如此来自各大芯片制造商的订单都排到了数年后。 EUV光刻机作为一个实现技术换代的产品,也顺势成为芯片制造商获得技术优势的途径。三星和台积电早已使用上EUV光刻机,而英特尔当时以技术不成熟为由,没有及早跟进,现在却要花费更大的代价来缩小技术代差。 三星副董事长亲自访问ASML工厂 2020年,该公司共计销售258台光刻机,其中31台是EUV光刻机,有分析师认为,到2025年ASML的销售收入将有四分之三来自EUV光刻机。当然,尝到甜头的ASML还在积极研发下一代光刻技术,扩大其在该领域的技术垄断地位。ASML的潜在对手 我国是全球最大的半导体芯片进口国,2020年共进口芯片5435亿块,价值约3500亿美元,然而我们不得不面对另一个事实:美国以国家安全为由在芯片领域对我国采取了一系列制裁措施, 我国的芯片进口完全要看美国脸色 。 美国对华为公司进行技术限制和封锁 中国不仅被限制获得部分高端芯片,还无法购买生产高端芯片的光刻机,结果就是芯片制造商被禁止给华为代工麒麟系列芯片,ASML的高端EUV光刻机也被列入 《瓦森纳管控清单》 ,这个清单的作用是控制关键技术的出口,中国和伊朗等都被列入限制出口的国家。 ASML首席执行官温宁克对此感到十分无奈,他曾经解释道,大多数军事应用不需要使用EUV技术制造的高端芯片,禁止向中国出售EUV光刻机的背后更像是一种 经济上的欺压行为 ,希望中国继续依赖国外供应商。 中国芯中国造 这种蛮不讲理的制裁只能拖延我国半导体发展五年到十年,并且还会让我们憋着一股劲儿奋起直追,赶上只是时间的问题。2020年我国推出了针对半导体行业的一揽子支持计划,除了免税,还采取激励措施大力促进企业研发、融资和设备进口。 总而言之, 这是最坏的时代,我国的芯片产业被死死地卡住脖子,也是最好的时代,举国的力量在攻克芯片生产难关 ,相信中国芯的明天一定会拨云见日,不仅能实现芯片自足,还会和ASML一争高下! 未来的行业巨头说不定要诞生在中国,卡住中国芯脖子的ASML很可能会被国人推下"神坛"。