ASML如何成为光刻机霸主？设计一台光刻机到底有多难？
时间：2020-09-21 10:50:43
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[导读]最近这段时间，媒体上就有一种说法，说欧洲早已经不是全球创新的领袖了。之前有个数据，说在全球涉及到数字化的公司里，排名前15的，没有一个是欧洲公司。关于这背后的原因，有很多说法，有说因为欧洲缺少风险投资基金的，有说因为欧洲市场分裂、规矩太多的。总之，情况就是欧洲没有能让科技公司长大的沃土。
最近这段时间，媒体上就有一种说法，说欧洲早已经不是全球创新的领袖了。之前有个数据，说在全球涉及到数字化的公司里，排名前15的，没有一个是欧洲公司。
关于这背后的原因，有很多说法，有说因为欧洲缺少风险投资基金的，有说因为欧洲市场分裂、规矩太多的。总之，情况就是欧洲没有能让科技公司长大的沃土。 但是，欧洲的科技行业，难道真的就毫无可圈可点之处么？ 其实也不是。就拿现在最受关注的芯片行业来说吧。你知道，芯片相当于全球科技的基础设施，牵一发而动全身。而对芯片行业本身来说，有一个制约它发展的重要环节，相当于“命门”就是一种叫做“光刻机”的生产设备。 全球的光刻机市场，几乎都被一家欧洲公司垄断了，叫做阿斯麦，总部在荷兰。我在微信公众号远川科技评论上看到一篇文章，叫做《光刻机大败局》。这篇文章讲的是，当初不起眼的阿斯麦，是怎么挑落光刻机行业原本的霸主，一步步走上产业巅峰的。 在今天这里分享一下这背后的故事。 阿斯麦这家公司有多牛呢？在去年全球的光刻机市场中，阿斯麦占据了74%的市场份额，是不折不扣的巨无霸。他们生产的光刻机，有“印钞机许可证”之称，一台就1.2亿美元。 那为什么说，光刻机是整个芯片产业的命门呢？ 因为在芯片生产的过程中，光刻机相当于雕刻刀，在硅片上雕刻出设计好的电路图。现在世界上最先进的光刻机，叫做EUV光刻机，只有阿斯麦才能做得出来。也难怪阿斯麦的董事长曾经撂下过一句狠话：如果我们交不出EUV，摩尔定律就会从此停止。 不过，阿斯麦可不是从创业之初，一路赢到现在。在上个世纪80年代，阿斯麦只是飞利浦旗下的一家小合资公司，全司上下算上老板只有31位员工，所有人在飞利浦总部旁边临时搭起的板房内办公，十分窘迫。 当时光刻机市场如日中天的霸主，是日本的尼康公司。 英特尔、IBM、AMD、德州仪器这些大公司，每天都等着尼康的新产品发布。这和今天的三星、台积电为了阿斯麦的光刻机抢破头，是一个阵仗。 但为什么在短短30年的时间里，阿斯麦就能反超尼康，将过去的老大挑落下马呢？我来和你说一下这个过程。 阿斯麦赢下的第一手棋，其实是有运气的成分，那就是他们在技术迭代这件事上，押对了宝。 摩尔定律你肯定很熟悉，说的是在一个集成电路上，能排列下的元器件数量，差不多每两年就要翻一倍。芯片的体积会越来越小，但是功能却会越来越强大。 这条定律，对于光刻机生产商有很大影响。它就像是一条鞭子，让他们必须时刻加快脚步，跑在摩尔定律前面，提前交付出合格的硬件设备。毕竟没人会用旧的工具，生产新的产品。 刚好，阿斯麦进军光刻机的时候，这个领域的门槛还不是很高。这也是为什么这个30人的小公司，也可以干起光刻机。 但是，因为摩尔定律不断生效，这让光刻机制造的难度越来越高。在上个世纪90年代，光刻机产业迎来了自己的一个难关。光刻机的光源波长被卡死在了193nm。 光源是什么概念呢？前面我们说，光刻机是一把雕刻刀，光源就相当于是刀尖儿。需要雕刻的芯片越精细，刀尖儿也得磨得越细。而波长越短，就相当于，刀尖儿越锋利。 所以，谁能把光源波长变短，谁就能在摩尔定律生效的下一个周期吃尽红利。 为了突破这个难关，各大公司都有自己的策略。 比如尼康等公司决定走稳健路线，也就是在之前技术的基础上，采用157nm的F2激光，一步步来。 阿斯麦作为光刻机领域的小玩家，并没有选择跟着大公司走。他们选择赌一把。 赌什么呢？当时的台积电，有一位叫做林本坚的工程师。这位工程师提出了一个特别开脑洞的想法，说在光刻机的透镜和硅片之间，加上一层水，就可以通过光的折射原理，让原有的激光波长，从193nm，缩短到132nm。这个方法被称为“沉浸式光刻”。 这个点子听起来挺好，但当时的大公司可并不买账。主要原因有两个，一个是大家觉得芯片生产是个精细活，加入水这个变量，容易污染设备，太冒险。另一个是在这些厂商眼中， “沉浸式光刻”只是一个权宜之计，不是正道，就算他们靠着“沉浸式光刻”领先一时，在未来也会被别的对手反超。 不过年轻的阿斯麦没有这方面的顾虑，它选择押注“沉浸式光刻”。在和林本坚的合作中，只用了一年的时间，阿斯麦在2004年就造出了第一台样机，然后拿下了IBM、台积电这样大客户的订单。 尼康在这场比赛中落伍了，在半年之后，他们按照自己的研发思路，研发出了157nm的光刻机，但是被阿斯麦打了个先手，再加上它的光刻机在精度上，还落后于阿斯麦，这也让尼康的市场份额，第一次被反超。 但是问题来了，你想，尼康毕竟在光刻机领域耕耘多年，无论是财力还是技术底蕴，肯定都领先于阿斯麦。为什么它在被反超之后，就一直落后，没有把领导权夺回来呢？ 这就要说到阿斯麦赢下的第二手棋，也就是它成功成为美国的“政治盟友”。 和你介绍一下，上世纪90年代，为了突破193nm这个天堑，英特尔等一系列公司，主张采用EUV，也就是极紫外光刻方案。EUV到现在都是世界上顶尖的技术，那在20多年前，肯定英特尔也没法一人搞定，于是在1997年，它攒起了一个叫EUV LLC的联盟。 这个联盟的成员，那真是芯片行业的全明星阵容。这个联盟不仅有摩托罗拉、AMD、IBM等等公司，还有美国能源部下属的三大国家实验室。这些实验室就很厉害了，远川科技研究的文章写道，它们之前的研究成果，覆盖物理、化学、半导体、超级计算机等等各种前沿的领域。 但别看这个联盟阵容强大，有一件事很尴尬，那就是他们的理论成果，没法落地。因为此前，在和尼康的竞争中，美国的光刻机企业被打得落花流水，不堪大用。对于组建联盟的英特尔来说，要想让理论产出实际成果，只能选择国外的帮手，可选择的帮手只有两家，一个是尼康，一个是阿斯麦。 在这两家企业之中，美国选择了阿斯麦。原因是，尼康是日本公司，美国担心，如果日本获得新技术，会反过来扼住美国的咽喉。相比之下，阿斯麦是个更容易被“调教”好的合作对象。 加入EUV联盟，给阿斯麦带来了很多好处，比如在2009年的时候，美国一家叫做Cymer的公司，研发出了EUV技术所需要的光源，这家公司就顺势成为了阿斯麦的供应商。 在四年之后，Cymer公司更是被阿斯麦用25亿美元的价格并购。你要知道，Cymer公司所拥有的顶尖技术，在全球范围内也不超过三家。所以有人评价，在这起并购案中，美国其实是帮助阿斯麦公司走了个后门。 反过来，我们再看被EUV联盟抛弃的尼康呢？可以说，阿斯麦和尼康之间迅速拉开了差距。 咱们就看一个细节。有一个工业名词，我想和你分享，叫做稼动率。你可以把它简单理解为，一家公司制造出来的设备，有多大概率能发挥出它的最高产能。 本来，尼康和阿斯麦的光刻机，理论上来说，每小时能加工的芯片数量其实差不多，彼此拉不开差距。 但是在稼动率，也就是实际表现上，这两家公司差别可大了。阿斯麦的光刻机，稼动率可以维持在95%左右，十分靠谱。 而尼康的光刻机虽然价格便宜，但是稼动率只有50%，这对于芯片制造商来说，自然是个不可接受的数字。 也正是因为在质量上被远远地超越，尼康光刻机慢慢地退出了高端光刻机市场。而在2015年，阿斯麦发布了第一台可以量产的EUV样机，这让阿斯麦在光刻机领域，彻底奠定了自己的垄断地位，宣告了对尼康的胜利。 那设计一台光刻机，究竟有多难？-END-
来源：得到、欧洲科技圈
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