侵权投诉
订阅
纠错
加入自媒体

欧洲芯片简史:这家荷兰公司,扼住了全球半导体芯片的咽喉

2019-07-12 17:05
一起聊IT
关注

近日,芯片又一次成为了全民关注的热点话题。在5G已经逐步商用化、AI大量应用的今天,芯片对于一个科技企业来说的重要性已经不言而喻。腾讯科技近日发起系列策划,聚焦各个芯片大国的发展历程。第三期:《欧洲芯片简史:这家荷兰公司,遏制住了全球半导体芯片的咽喉》;作者:蒋培宇。以下是正文内容:

一提起荷兰,大家首先想到的是巨大的风车,以及色彩华美的郁金香。很少有人会留意到,在雨水充沛、人口不到30万的荷兰南部城市费尔德霍芬(Veldhoven),坐落着一家叫阿斯麦(ASML)的公司,它是全球最大的光刻机制造商。

阿斯麦的地位有多重要?可以这么说,如果它停产,全球半导体芯片生产将会停摆。

阿斯麦的行业地位,还可以通过近期一则新闻略窥一斑。5月初,美国圣克拉拉市高等法院作出最终判决,阿斯麦起诉XTAL公司窃取商业机密胜诉,阿斯麦获赔8.45亿美元,并获得XTAL的大部分专利和客户。

这桩官司发生的背后,和阿斯麦的一位客户想借XTAL打破阿斯麦的市场垄断地位有关。

这方面,或许市场数据更有说服力。

2017年全球光刻机总出货294台,阿斯麦出货198台,占据市场份额68%,在更高端的EUV(极紫外)光刻机方面,市场100%属于阿斯麦。正因为如此,才有客户担心自己被阿斯麦卡脖子,于是绞尽脑汁培养阿斯麦的竞争对手XTAL。

合抱之木,生于毫末。阿斯麦刚成立时,可谓爹不疼娘不爱,靠着苦心钻营出一套打法,最终从尼康等老牌光刻机大户嘴里抢到饭吃,从青铜走上王者之巅。

“出生于”尼康为王的时代

阿斯麦成立于1984年。

1984年正是尼康来回碾压美国对手的时代:

在硅谷成立尼康精机,等于把战斗指挥部放到美国高科技行业的心脏;

PerkinElmer(铂金埃尔默)受尼康冲击,份额从超过30%跌到不足5%,今天它已经完全放弃半导体设备业务,专注于健康检测设备;

GCA的大客户IBM、AMD、TI和Intel等,排着队跑到尼康那儿;

尼康和GCA各享30%的市场份额,这种一山二虎的局面没有维持多久,尼康就独自为王,占领超过50%的份额,一直到阿斯麦崛起为止;

在大户尼康肆意放飞自我的时候,阿斯麦出生了。

直到今天,半导体设备在尼康集团的收入中占比仍达38.8%,是第二大支柱。图片数据/尼康官网

早在几年前,飞利浦实验室研发出自动化步进式光刻机(Stepper)的原型,但对它的商业价值心里直敲小鼓,找P&E、GCA、Cobilt、IBM这些半导体界的大佬谈合作,没人愿意搭理。这时,荷兰一家叫ASM International的小公司主动要求合作。飞利浦犹豫了一年,勉强同意成立股权对半的合资公司,这就是阿斯麦。

飞利浦之所以愿意放低身价和一家名不见经传的小公司合作,原因有两个:

一方面是飞利浦当时正和索尼主推更赚钱的CD,1984年CD的销量达到1300万张,是上一年的两倍多,正渐渐散发出印钞机的气质,比小众的光刻机更有投资价值;

另一方面,尼康在光刻机市场攻城掠地,老牌半导体设备厂商节节败退,雪上加霜的是,飞利浦当时正打算开始大规模裁员,糟糕的经济状况和恶劣的光刻机市场环境,使它不敢大手笔押注光刻机,因此与ASM International合作,不过是想占个坑观望而已。

阿斯麦成立后,地位类似童养媳,飞利浦没有拨付经费,甚至不提供办公室,31个员工就在飞利浦大厦外的简易木棚房办公。多年以后,阿斯麦的CEO彼得.韦尼克(Peter Wennink)回忆公司初创时的境况,还忍不住说“穷困”。一句话:既没钱,又受对手压制。

阿斯麦刚成立时的办公地是飞利浦大厦前的简易木棚房,就是图中紧挨垃圾桶的小房子。

在2000年之前的整个16年时间里,光刻机市场差不多都是尼康的后花园,阿斯麦占据的份额不超过10%。

直到一个叫林本坚的华人出现。

台积电林本坚宣判“干式”微影技术死刑

1959年,成立半年的仙童半导体公司赫尔尼发明了制造扩散型晶体管的“平面处理工艺”,使晶体管制造像印刷书籍一样高效。这一工艺的流程之一,是把带有电路图的透光片正确投射到硅片上。“平面处理工艺”诞生之后成为集成电路的标准工艺,一直沿用至今,其最初采用的“干式”(以空气为介质)微影技术也沿用到上世纪90年代(镜头、光源等一直在改进),然后遇到瓶颈:始终无法将光刻光源的193nm波长缩短到157nm。

当时,为缩短光波长度,大量科学家和几乎整个半导体业界都被卷进来,砸进数以十亿计的美金,以及大量人力,提出了多种方案。

但这些方案,要么需要增大投资成本,要么太过超前,以当时的技术难以实现(比如极紫外(EUV)光刻,后文会讲到)。

当大家排队往157nm的“墙”上撞时,时任台积电研发副总经理的林本坚来了个脑筋急转弯:既然157nm难以突破,为什么不退回到技术成熟的193nm,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为1.4,那么波长可缩短为193/1.4=132nm,大大超过攻而不克的157nm。

这个方案被称做“浸入式光刻技术”,优势非常明显:

由于是利用现有成熟技术改造,资金投入小,可以给半导体设备制造商节省研发投入,并减小芯片制造商的导入成本;

如果把介质从水换成其它高折射率液体,波长还可以缩小到132nm以下,也就是说提高光刻机的分辨率非常方便。

“浸入式光刻”方案并非林本坚灵光一现的产物,实际上早在1986年,他在IBM工作期间,就已经认定缩短波长的最佳方案是由干式微影技术转向浸润式。但当时半导体界还没在波长前撞墙,浸润式技术方案没有得到重视。

15年后,林本坚终于等来了机会。

“浸入式光刻”方案一出,基本上宣判了半导体界正在开发的各种“干式”微影技术方案的死刑,意味着此前投入巨量的资金和人力几乎打了水漂。这下大家不干了,列出了一大堆反对理由,并有大公司高层捎话给台积电共同运营长蒋尚义,希望他管管林本坚,“不要(出来)搅局”。

阿斯麦下注崛起

林本坚带领团队半年发表3篇论文,消除业界对“浸入式光刻”方案的技术疑虑,同时跑遍美国、德国、日本等国,说服大厂们采用“浸入式光刻”方案,基本都是被拒绝。毕竟之前的巨量投入打水漂,是个人想想都会心疼(尼康现在大概是后悔的)。

来到荷兰阿斯麦时,林本坚终于听到愿意合作的声音。

打动阿斯麦的,除了“浸入式光刻”方案的技术难点被林本坚证明可以攻克,还有它的市场前景。由于半导体芯片市场一直被摩尔定律的小鞭子驱赶着,而英特尔又是摩尔定律的坚定支持者,“浸入式光刻”方案既然可以轻松突破157nm的障碍,那么产品生产出来,英特尔将会下单,加上台积电,阿斯麦可以拿下两家龙头客户。

半导体设备市场是个小众市场,两家龙头企业点头后,阿斯麦追上行业老大尼康的概率大大增加,权衡下来,此前对干式微影技术的投入就显得不那么肉疼,阿斯麦于是决定下注投入“浸入式光刻”方案。

阿斯麦和台积电一拍即合。2004年,双方共同研发成功全球第一台浸润式微影机。当然,尼康也不是吃素的,宣布采用干式微影技术的157nm产品和电子束投射(EPL)产品样机研制成功。

但阿斯麦的产品相对于尼康的全新研发,属于改进型成熟产品,半导体芯片厂应用成本低,而且缩短光波比尼康的效果还好(多缩短25nm)。结果,没人愿意买尼康的产品,尼康溃败由此开始,市场份额被阿斯麦大口吃进。

5年后也就是2009年,阿斯麦已经占据70%市场份额,尼康则从行业老大变成小弟。尼康的溃败,还间接拉低了日本半导体芯片厂商的竞争力,它们基本上都采用尼康的光刻机。阿斯麦的崛起,则直接带动台积电上升,并达到今天的高度。

“一荣俱荣,一损俱损”,曹雪芹发现的这条豪门兴衰规律,同样适合高度耦合的半导体产业。

1  2  下一页>  
声明: 本文由入驻维科号的作者撰写,观点仅代表作者本人,不代表OFweek立场。如有侵权或其他问题,请联系举报。

发表评论

0条评论,0人参与

请输入评论内容...

请输入评论/评论长度6~500个字

您提交的评论过于频繁,请输入验证码继续

暂无评论

暂无评论

文章纠错
x
*文字标题:
*纠错内容:
联系邮箱:
*验 证 码:

粤公网安备 44030502002758号