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美國也造不了,為什么荷蘭能造出光刻機(jī)

2023-07-11 15:10 作者:bili_86777206972  | 我要投稿

每一次科技的進(jìn)步,都將成為國際博弈的焦點(diǎn)。在經(jīng)濟(jì)制裁下,光刻機(jī)就成為這樣一個(gè)焦點(diǎn)。一項(xiàng)科技的落地發(fā)展,除了科研能力外,也許更重要的是企業(yè)的整合能力和未來長遠(yuǎn)發(fā)展的洞察力。


美國為什么在科技上那么強(qiáng)大,就在于它有強(qiáng)大的科技實(shí)力和最先進(jìn)的商業(yè)模式,而這,其實(shí)還是很大程度上為荷蘭光刻機(jī)做了嫁衣,但最終美國也極大程度上擁有了對對荷蘭光刻機(jī)ASML的控制權(quán),也最終用此作為限制中國半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展的卡脖子技術(shù)。


藍(lán)裕文化工業(yè)旅游規(guī)劃設(shè)計(jì)院了解到,荷蘭ASML是光刻機(jī)行業(yè)的絕對統(tǒng)治者,從飛利浦支持下發(fā)展壯大,助推蔡司變革生產(chǎn)線,助力臺積電奠定王者地位,打敗尼康佳能,并通過商業(yè)運(yùn)作搞定美國EUV技術(shù),最終才成為霸主。當(dāng)然,這后面龐大的投資,也是一般企業(yè)難以想象的,這需要國家和多個(gè)行業(yè)的協(xié)力合作,絕非易事。


一、光刻機(jī)到底比原子彈難在哪?


因?yàn)檫@兩年卡脖子問題十分突出,越來越多的普通中國人都知道了光刻機(jī)這個(gè)東西。但聽過光刻機(jī)這個(gè)詞,不代表真正了解它。很多人說,當(dāng)年咱們那么窮,都造出了原子彈,現(xiàn)在經(jīng)濟(jì)狀況好了很多,難道還怕造不出光刻機(jī)?持有類似心態(tài)的人,以董明珠為代表,她曾放出豪言,要拿500億進(jìn)軍半導(dǎo)體領(lǐng)域。


當(dāng)前,全球最先進(jìn)的EUV光刻機(jī)售價(jià)高達(dá)1.2億歐,價(jià)格堪比一架波音737客機(jī)。2024年量產(chǎn)的新一代High-NA EUV光刻機(jī),預(yù)計(jì)售價(jià)將在3-3.5億歐之間。EUV光刻機(jī)的累積研發(fā)投入超過百億歐元,半導(dǎo)體行業(yè)玩家的門檻是1000億元,并且需要不斷投入才行。脫口而出500億解決問題,暴露出當(dāng)事人對這個(gè)行業(yè)的陌生。


原子彈和光刻機(jī)都很難造,二者的關(guān)鍵區(qū)別也許只有一條,那就是原子彈造出后,研究項(xiàng)目也就結(jié)束了;而光刻機(jī)造出后,項(xiàng)目才剛剛開始,企業(yè)必須緊跟需求,持續(xù)優(yōu)化性能的同時(shí)降低成本,屬于典型的“既要又要”。有投資人測算過,如果按照造光刻機(jī)的效率來造原子彈,一顆原子彈的價(jià)格只要10萬人民幣。


簡言之,原子彈是有沒有的問題,光刻機(jī)則是好不好的問題,分屬兩個(gè)維度。


對于臺積電、三星或中芯國際來說,企業(yè)投資數(shù)十億美元建立生產(chǎn)線,最怕的就是設(shè)備故障導(dǎo)致停產(chǎn),一旦停產(chǎn),損失極大。所以,這要求光刻機(jī)必須保持7x24小時(shí)的絕對穩(wěn)定性。這就必須依靠商業(yè)方式,不斷地保持高利潤-高研發(fā)投入-持續(xù)迭代,從而形成一個(gè)具有正反饋效應(yīng)的循環(huán)。


一臺EUV光刻機(jī)重達(dá)180噸,超過10萬個(gè)零件,需要40個(gè)集裝箱運(yùn)輸,集合了光學(xué)、有機(jī)化學(xué)、儀器儀表、機(jī)械設(shè)備、自動(dòng)化、圖像識別等多行業(yè)的頂級技術(shù),僅安裝調(diào)試就要超過一年時(shí)間,每年停修時(shí)間不超過3%。


EUV光刻機(jī)使用的反射鏡片制造工藝更是極其復(fù)雜,為了確保光線在真空中穿過透鏡時(shí)不丟失、不變形,需要的技術(shù)精度相當(dāng)于在北京和上海之間鋪一條鐵鏈,鐵軌起伏不超過1毫米。而這些反射鏡成像精度之高,相當(dāng)于我們在地球上拿個(gè)手電照到月球,光斑不超過一枚硬幣大小。


正是因?yàn)楣饪虣C(jī)具有超強(qiáng)的穩(wěn)定性,所以,今天上海先進(jìn)半導(dǎo)體工廠內(nèi),還有一臺30年前進(jìn)口的ASML光刻機(jī)依然在晝夜不停地工作。這是中國最早的一條5英寸芯片生產(chǎn)線,最初由荷蘭飛利浦公司與上海幾個(gè)國有半導(dǎo)體企業(yè)在1988年合資建立。


飛利浦不僅幫助中國大陸跟上國際半導(dǎo)體發(fā)展的步伐,對臺灣地區(qū)半導(dǎo)體行業(yè)的起步也影響甚大,這一點(diǎn)后面會提到。不過,要論這家工業(yè)巨擘對于光刻機(jī)行業(yè)的最大貢獻(xiàn),還是要回到對ASML的哺育之恩。


二、背靠飛利浦,大樹底下好乘涼


荷蘭是一個(gè)不折不扣的小國,但其生產(chǎn)高端光刻機(jī)的本土企業(yè)ASML,卻在半導(dǎo)體行業(yè)內(nèi)坐擁崇高地位。這家坐落于荷蘭南部小城維爾德霍芬的科技公司,占據(jù)全球高端光刻機(jī)市場80%以上的份額。從1984年在板房創(chuàng)立,到2009年占據(jù)行業(yè)龍頭,只用了31年。


按照最新數(shù)據(jù)(2022年12月9日),ASML市值為2424億美元,飛利浦僅為123.8億美元,連ASML的零頭都不及。更有意思的是,飛利浦持有ASML約5.8%的股份,折算下來140.6億美元,超過了自身市值。


但如果將時(shí)針撥回1984年,情況則截然不同。那一年,飛利浦屈就和荷蘭先進(jìn)半導(dǎo)體材料公司(ASM)合作出資成立ASML,除了提供210萬美元的現(xiàn)金或設(shè)備外,45位飛利浦Natlab的研發(fā)工程師也加盟ASML。


雖然有飛利浦Natlab的光環(huán)加持,但創(chuàng)立后的10年里,公司都未曾盈利。成立之初,ASML的光刻機(jī)無人問津,唯一買過幾臺的是Elcoma,它是飛利浦半導(dǎo)體和材料事業(yè)部。幾年后,深陷泥沼的ASML創(chuàng)始人德爾·普拉多最終選擇了撤資,飛利浦承擔(dān)了ASML在合資企業(yè)中的股份和債務(wù),并與ASML的銀行NMB合作,接受來自荷蘭和歐共體的研發(fā)捐贈。


《光刻巨人:ASML崛起之路》的作者瑞尼·雷吉梅克評價(jià)道:“ASML三年后還活著絕對是一個(gè)奇跡?!憋@然,ASML沒有在最初幾年倒下,與母公司飛利浦的輸血有直接關(guān)系,除了資金支持,飛利浦還在ASML開拓亞洲市場的關(guān)鍵時(shí)刻,把自己最優(yōu)秀的工程師派去協(xié)助,以確保訂單不會消失。這對初創(chuàng)的ASML來說十分關(guān)鍵。


當(dāng)然,飛利浦絕不是什么商業(yè)投資領(lǐng)域的慈善家。在數(shù)十年的合作中,ASML和飛利浦之間也有過多次摩擦。但不容否認(rèn)的是,飛利浦客觀上構(gòu)建了一個(gè)持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的共享創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)。飛利浦在荷蘭每所大學(xué)都有耳目,與荷蘭幾乎每個(gè)工程或科學(xué)教授都有聯(lián)系,一旦公司在大學(xué)教授的人際關(guān)系網(wǎng)里發(fā)現(xiàn)人才,有需要就會進(jìn)行招聘。當(dāng)ASML組建之初招聘員工時(shí),有大約300人提出申請,這令A(yù)SML管理層感到驚訝。


不僅對ASML,也對維爾德霍芬地區(qū)的高科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有巨大的輻射和孵化作用。當(dāng)?shù)財(cái)?shù)十家高科技公司都直接或間接脫胎于飛利浦公司,但飛利浦并沒有強(qiáng)行將其變成旗下子公司,而是與其和諧發(fā)展,共同維護(hù)并呵護(hù)這個(gè)共享創(chuàng)新的模式。事實(shí)上,就連維爾德霍芬這座城市,也是依托飛利浦公司的成長而發(fā)展起來的。


甚至,大名鼎鼎的臺積電在1987年創(chuàng)立時(shí),也稱得上是飛利浦在中國臺灣下的蛋。當(dāng)時(shí),臺灣工研院和飛利浦創(chuàng)辦臺積電,飛利浦占27.5%股份,是最大外部股東。飛利浦不僅毫無保留地把內(nèi)存生產(chǎn)線開放給臺積電學(xué)習(xí),還原封不動(dòng)地把整條生產(chǎn)線搬到臺灣給臺積電??梢哉f,是飛利浦為臺積電打下了堅(jiān)實(shí)的生產(chǎn)技術(shù)基礎(chǔ),而張忠謀之于臺積電,主要是開創(chuàng)了一個(gè)新商業(yè)模式。


有趣的是,因?yàn)轱w利浦的關(guān)系,ASML在1988年拿到了臺積電的17臺光刻機(jī)訂單,這讓1989年的ASML獲得了勉強(qiáng)盈利的結(jié)果。這也再次證明,飛利浦對早期ASML的重要性。


多年以后,ASML也秉承了飛利浦所青睞的共享創(chuàng)新理念。以2016年為例,ASML拿出了1.32億歐元用于支持其創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)建設(shè),其中80%用于企業(yè)的研發(fā)工作,20%用于資助大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)進(jìn)行研發(fā)。


此外,ASML與全球700多家供應(yīng)商展開合作,50%來自荷蘭本土,其余大多來自歐盟和美國,85%的成本由供應(yīng)商提供。如果沒有開放協(xié)同、共享共生的理念及其配套制度,是不可能做到這一點(diǎn)。當(dāng)然,ASML也就不可能匯聚全球智慧,攻破看似不可逾越的技術(shù)難題,戴上工業(yè)制造皇冠。


三、攜手卡爾·蔡司,鍛造研發(fā)命運(yùn)共同體


1988年,ASML陷入財(cái)政最低谷,也在此時(shí),ASML利用尼康、佳能的冒進(jìn)之舉,推出了它的翻身之作——PAS 5500光刻機(jī)。ASML現(xiàn)在的CEO范登布林克,那時(shí)還是首席架構(gòu)師,他成功將PAS 5500推廣到了藍(lán)色巨人IBM面前,后者決定在紐約東菲什基爾建立新的芯片生產(chǎn)線。


ASML獲得IBM認(rèn)可后,來自世界各地的訂單開始紛至沓來。但對ASML來說,一個(gè)新問題出現(xiàn)了,那就是面對源源不斷的訂單需求,為自己提供所有的投影物鏡和照明系統(tǒng)的核心供應(yīng)商卡爾·蔡司公司,卻存在多項(xiàng)不確定性:質(zhì)量不合格、產(chǎn)能不足、與競品合作。


質(zhì)量、產(chǎn)能問題的背后,一是蔡司管理層并未真正認(rèn)可ASML,相反蔡司更重視尼康的需求;二是蔡司管理層還在堅(jiān)持人工打磨的方式,他們對公司內(nèi)6名頂級技工的“金手指”十分引以為傲。對此,ASML拿著不合格的鏡頭,用事實(shí)讓蔡司高管低下了高貴的頭顱,同時(shí),他們也抓住蔡司糟糕的財(cái)務(wù)狀況這一痛點(diǎn),推動(dòng)蔡司從“金手指”打磨過渡到自動(dòng)化操作。


借助干涉儀、機(jī)器人、離子束的刻蝕設(shè)備、拋光筆等新技術(shù)新設(shè)備,蔡司百年以來的老生產(chǎn)線被改造成了符合ASML要求的柔性生產(chǎn)線,最終交付的鏡頭品質(zhì)和效率大幅提高。


讓德國人知錯(cuò)就改后,ASML還要求蔡司只能給自己獨(dú)家供貨,兩者簽署一份契約,ASML在蔡司半導(dǎo)體光學(xué)部門(SMT)擁有24.9%的股權(quán)。由于雙方命運(yùn)極為緊密地聯(lián)系在了一起,所以當(dāng)1994年時(shí)任蔡司CEO利希滕貝格聽到ASML巨額訂單的消息時(shí),他選擇賭了一把,砍掉了部分業(yè)務(wù)部門,不僅按要求改造生產(chǎn)線,還入股了ASML,并以借東風(fēng)的方式,一掃財(cái)報(bào)連年虧損的陰霾。


到今天,ASML和蔡司還在定期交換研發(fā)工程師和科學(xué)家,確保從技術(shù)、股權(quán)甚至企業(yè)文化上進(jìn)行共享。ASML制造的光刻設(shè)備總成本中,有將近30%購自卡爾·蔡司(2018年為28.3%,2017年為26.6%,2016年為27.6%)。而蔡司在光學(xué)研發(fā)上所取得的無與倫比的成就,也在不斷幫助ASML突破一個(gè)又一個(gè)極限。


這是一個(gè)相互成就的故事,但如果沒有ASML堅(jiān)持高標(biāo)準(zhǔn)來倒逼包括蔡司在內(nèi)的供應(yīng)商不斷進(jìn)行技術(shù)升級,光刻機(jī)行業(yè)的創(chuàng)新步伐就不會這么快;此外,通過交叉持股的方式,最大限度確保了彼此的同進(jìn)退,也證明了金融創(chuàng)新在尖端制造業(yè)中的重要性。


四、擁抱技術(shù)聯(lián)盟,戴上工業(yè)制造皇冠


1995年,ASML在阿姆斯特丹和納斯達(dá)克交易所同時(shí)上市,一時(shí)間,訂單、資金都不再是企業(yè)發(fā)展的障礙,如何將領(lǐng)頭羊尼康挑落馬下,成為ASML管理層思考的重點(diǎn)。


上世紀(jì)90年代中葉,光刻機(jī)如果想繼續(xù)遵循摩爾定律,跨越芯片精度上的限制,就必須讓光刻機(jī)內(nèi)的光源從DUV變成EUV。為了挑戰(zhàn)這一在當(dāng)時(shí)如外星科技般的技術(shù)難題,英特爾在1997年說服克林頓內(nèi)閣,以公司形式發(fā)起了EUV LLC合作組織。


這個(gè)組織由英特爾和美國能源部牽頭,不僅包括美國三大國家實(shí)驗(yàn)室,也匯聚了當(dāng)時(shí)如日中天的摩托羅拉和AMD。同時(shí),英特爾還力邀ASML和尼康加入,這是因?yàn)?0年代還縱橫捭闔的美國老牌光刻公司Perkin-Elmer和GCA,到90年代大勢已去。


不過,英特爾此舉受到美國政府的阻撓,因?yàn)楹笳呱岵坏米屚鈬痉窒砻绹钋把氐募夹g(shù)。對此,ASML展示出了驚人的技術(shù)前瞻性,遠(yuǎn)比尼康積極地?cái)D進(jìn)EUV LLC。ASML在美國進(jìn)行強(qiáng)力游說,開出了讓美國政府很難拒絕的條件——由ASML出資在美國建工廠和研發(fā)中心,并保證55%的原材料都從美國采購,最終得到了加盟資格。


這一決定不僅確保了ASML可以獲得EUV LLC的全部技術(shù)專利,還確保了自己最大的競爭對手尼康,徹底被排除在競爭之外。實(shí)際上,2000年的全球光刻機(jī)市場,尼康依然是當(dāng)之無愧的老大,占據(jù)了近7成市場份額,但到2009年即被ASML超過。此后,因?yàn)楣饪虣C(jī)進(jìn)入EUV時(shí)代,尼康只能在中低端市場刷存在感,早已看不到ASML的背影。


從1997年到2003年,6 年間EUV LLC的科學(xué)家發(fā)表了幾百篇論文,成功驗(yàn)證了 EUV光刻機(jī)的可行性,之后便宣布聯(lián)盟解散。2006年,在ASML實(shí)驗(yàn)室里出現(xiàn)了EUV的原型機(jī),四年后的2010年,在ASML手中誕生的人類第一臺EUV工程樣機(jī):NXE 3100。


2012年,因?yàn)檠邪l(fā)投入需要每年10億歐元,ASML請英特爾、三星和臺積電入股,希望大家共同承擔(dān)這個(gè)人類的偉大工程。2015年,可量產(chǎn)的樣機(jī)發(fā)布。雖然售價(jià)高達(dá)1.2億美元一臺,但還是收到雪片一樣多的訂單。排隊(duì)等交貨,都要等好幾年。2018年,中芯國際曾預(yù)訂過一臺EUV光刻機(jī),因?yàn)槊绹夹g(shù)封鎖,該計(jì)劃已經(jīng)被暫停。


ASML在1997年成功加入EUV LLC,2012年吸引英特爾等客戶投資自己,可謂帶來了兩大后果:一是憑借EUV甩掉了競爭對手尼康,二是加強(qiáng)了與美國捆綁,因?yàn)檎螌故ブ袊袌?。對于ASML來說,這兩者都是難以預(yù)料的,它既不能確保自己選擇的技術(shù)路徑一定成功,也不能左右國際政治博弈的大局。


但有一點(diǎn)是可以確定的,那就是如果ASML不加入英特爾和美國政府主導(dǎo)的技術(shù)聯(lián)盟,就不可能獲得后來至高無上的行業(yè)地位;反過來,即使強(qiáng)如美德日,在今天如果少了ASML、臺積電、三星,也都無法單獨(dú)實(shí)現(xiàn)芯片產(chǎn)業(yè)的閉環(huán)。


五、EUV技術(shù)


EUV 光刻是制造為數(shù)據(jù)中心、汽車和 iPhone 提供動(dòng)力的先進(jìn)微芯片的最昂貴步驟。這些機(jī)器僅由一家公司制造:ASML。


“ ASML壟斷了 EUV 光刻機(jī)的制造,這是制造我們今天使用的每一個(gè)先進(jìn)處理器芯片所需的最先進(jìn)類型的光刻設(shè)備,”塔夫茨大學(xué)弗萊徹學(xué)院助理教授 Chris Miller 說?!八麄兩a(chǎn)的機(jī)器,每一臺都是有史以來最復(fù)雜的設(shè)備之一?!?/p>


EUV 代表極紫外光,這是一種非常短的光波長,ASML 生產(chǎn)這種光刻機(jī),用于在微芯片上打印小型、復(fù)雜的設(shè)計(jì)。EUV 光是由熔融錫以極快的速度發(fā)生的微小爆炸產(chǎn)生的,然后從獨(dú)特的蔡司反射鏡反射回來,ASML 稱這是世界上最平坦的表面。一小部分 EUV 光粒子到達(dá)硅片的表面,在那里它們打印出決定每個(gè)芯片將做什么的微小設(shè)計(jì)。


在全球芯片短缺期間,導(dǎo)致從 PlayStation 5 游戲機(jī)到雪佛蘭 Malibu 轎車等產(chǎn)品的延期交貨,這也引起了對 ASML 的 EUV 技術(shù)的需求飆升,自 2018 年底以來,該公司的股價(jià)飆升了 340% 以上,這使得ASML比其一些頂級客戶(例如英特爾)更有價(jià)值。


光刻機(jī),被稱為現(xiàn)代光學(xué)工業(yè)之花,制造難度非常大,全世界只有少數(shù)幾家公司能夠制造。其售價(jià)高達(dá)7000萬美金。用于生產(chǎn)芯片的光刻機(jī)是中國在半導(dǎo)體設(shè)備制造上最大的短板,國內(nèi)晶圓廠所需的高端光刻機(jī)完全依賴進(jìn)口。


在能夠制造機(jī)器的這幾家公司中,尤其以荷蘭(ASML)技術(shù)最為先進(jìn)。價(jià)格也最為高昂。光刻機(jī)的技術(shù)門檻極高,堪稱人類智慧集大成的產(chǎn)物。


“十二五”科技成就展覽上,上海微電子裝備公司(SMEE)生產(chǎn)的中國最好的光刻機(jī),與中國的大飛機(jī)、登月車并列。它的加工精度是90納米,相當(dāng)于2004年上市的奔騰四CPU的水準(zhǔn)。國外已經(jīng)做到了十幾納米。


ASML光刻機(jī)的簡易工作原理圖


簡單介紹一下圖中各設(shè)備的作用:


測量臺、曝光臺:承載硅片的工作臺,也就是雙工作臺。一般的光刻機(jī)需要先測量,再曝光,只需一個(gè)工作臺,而ASML有個(gè)專利,有兩個(gè)工作臺,實(shí)現(xiàn)測量與曝光同時(shí)進(jìn)行。而本次“光刻機(jī)雙工件臺系統(tǒng)樣機(jī)研發(fā)”項(xiàng)目則是在技術(shù)上突破ASML對雙工件臺系統(tǒng)的技術(shù)壟斷。


激光器:也就是光源,光刻機(jī)核心設(shè)備之一。


光束矯正器:矯正光束入射方向,讓激光束盡量平行。


能量控制器:控制最終照射到硅片上的能量,曝光不足或過足都會嚴(yán)重影響成像質(zhì)量。


光束形狀設(shè)置:設(shè)置光束為圓型、環(huán)型等不同形狀,不同的光束狀態(tài)有不同的光學(xué)特性。


遮光器:在不需要曝光的時(shí)候,阻止光束照射到硅片。


能量探測器:檢測光束最終入射能量是否符合曝光要求,并反饋給能量控制器進(jìn)行調(diào)整。


掩模版:一塊在內(nèi)部刻著線路設(shè)計(jì)圖的玻璃板,貴的要數(shù)十萬美元。


掩膜臺:承載掩模版運(yùn)動(dòng)的設(shè)備,運(yùn)動(dòng)控制精度是nm級的。


物鏡:物鏡由20多塊鏡片組成,主要作用是把掩膜版上的電路圖按比例縮小,再被激光映射的硅片上,并且物鏡還要補(bǔ)償各種光學(xué)誤差。技術(shù)難度就在于物鏡的設(shè)計(jì)難度大,精度的要求高。


硅片:用硅晶制成的圓片。硅片有多種尺寸,尺寸越大,產(chǎn)率越高。題外話,由于硅片是圓的,所以需要在硅片上剪一個(gè)缺口來確認(rèn)硅片的坐標(biāo)系,根據(jù)缺口的形狀不同分為兩種,分別叫flat、notch。


內(nèi)部封閉框架、減振器:將工作臺與外部環(huán)境隔離,保持水平,減少外界振動(dòng)干擾,并維持穩(wěn)定的溫度、壓力。


六、ASML EUV光刻機(jī)工廠揭秘


CNBC在本月初的時(shí)候參觀了ASML位于荷蘭維爾多芬(Veldhoven)總部的EUV光刻機(jī)工廠。據(jù)介紹,該工廠占地約50000平方米,共有1500名員工,他們正在7×24小時(shí)輪班工作,ASML銷售到全球各地的EUV光刻機(jī)均由該工廠進(jìn)行總裝生產(chǎn)。


據(jù)ASML介紹整部EUV光刻機(jī)是由“照明光學(xué)模組”(Illuminator)、“投影光學(xué)模組”(Projection optics)、“光罩傳輸模組”(Reticle Handler)、“光罩平臺模組”(Reticle Stage)、“晶圓傳送模組”(Wafer Handler)、“晶圓平臺模組”(Wafer Stage)及“光源模組”(Soure)這七大模組組成。


△ASML EUV光刻機(jī)七大模塊


其中,EUV光源被稱為激光等離子體光源,是通過30千瓦功率的二氧化碳激光器每秒2次轟擊霧化的錫(Sn)金屬液滴(錫金屬液滴以每秒50000滴的速度從噴嘴內(nèi)噴出),將它們蒸發(fā)成等離子體,通過高價(jià)錫離子能級間的躍遷獲得13.5nm波長的EUV光線。


△EUV鐳射系統(tǒng)


△錫金屬液滴以每秒50000滴的速度從噴嘴內(nèi)噴出,通過二氧化碳激光器鐳射進(jìn)行轟擊,產(chǎn)生EUV光線


由于EUV光線波長非常短,所以它們會很容易被空氣吸收,所以整個(gè)EUV光源的工作環(huán)境需要被抽成真空。同時(shí),EUV光線也無法被玻璃透鏡折射,必須以硅與鉬制成的特殊鍍膜反射鏡,來修正光的前進(jìn)方向,而且每一次反射仍會損失不少的能量,導(dǎo)致最終到達(dá)晶圓的光子只有原來的約5%左右(ASML公布的最新數(shù)據(jù))。


為此,ASML與德國光學(xué)公司蔡司(Zeiss)合作,由該公司來生產(chǎn)世界上最平坦的鏡面,以使得EUV光線經(jīng)過多次反射后能夠精準(zhǔn)的投射到晶圓上。


△蔡司的反射鏡


據(jù)ASML EUV工廠工程總監(jiān)Mike LaBelle介紹,EUV光刻系統(tǒng)當(dāng)中的蔡司的反射鏡的平整度是令人難以置信的?!叭绻麑⑦@個(gè)反射鏡放大到我們所在國家的大小,那么EUV光線最大的撞擊在這個(gè)國家大小的鏡面上的只有大約一毫米?!?/p>


△ASML EUV工廠工程總監(jiān)Mike LaBelle


臺積電也曾表示,“目標(biāo)必須非常精確,這相當(dāng)于從月球發(fā)射EUV激光,擊中地球上的一枚硬幣?!?/p>


此外,CNBC還參觀了位于美國圣地亞哥的ASML生產(chǎn)光源的子公司Cymer的潔凈室。


據(jù)ASML制造業(yè)務(wù)高級經(jīng)理Pete Mayol介紹,他負(fù)責(zé)這個(gè)生產(chǎn)EUV光源的潔凈室已經(jīng)六年了。下圖中的設(shè)備上部就是儲存“錫”的地方,下方則是噴射“錫滴”的噴嘴。


△ASML制造業(yè)務(wù)高級經(jīng)理Pete Mayol


“如果任何一種有缺陷的顆粒出現(xiàn),甚至出現(xiàn)在毛細(xì)管的頂端,那就意味著失敗。我們將移除并重新開始?!盤ete Mayol說到。


△噴射“錫滴”的噴嘴


七、對中國發(fā)展半導(dǎo)體的啟示


對中國科技企業(yè)而言,ASML和它所在的荷蘭存在很多獨(dú)特性。但平心而論,這種獨(dú)特性不在于當(dāng)年荷蘭比今天中國擁有多少優(yōu)勢,而在于ASML能夠?qū)⒖烧{(diào)動(dòng)的優(yōu)勢發(fā)揮到極致。


今天,中國擁有全球最大的單一消費(fèi)市場,從政府到企業(yè),也都雄心勃勃地試圖征服半導(dǎo)體高地。這些都是十分珍貴的優(yōu)勢,但是,我們也需要觀照他人、深刻反思自己的不足,就ASML的案例,至少可以給我們以下幾點(diǎn)啟迪:


第一,必須盡快扭轉(zhuǎn)制造業(yè)供應(yīng)鏈外流的趨勢。從ASML的經(jīng)歷來看,供應(yīng)鏈就是它的生命線,更是它的創(chuàng)新線。ASML對蔡司的技術(shù)規(guī)范和提升,在過去幾十年里,也大量發(fā)生在外資企業(yè)和沿海工廠之間。最典型的就是蘋果供應(yīng)鏈,2008年的時(shí)候,中國大陸企業(yè)在蘋果供應(yīng)鏈中只占了3.6%的價(jià)值比重,到了2018年,這一數(shù)據(jù)已經(jīng)提升到25.4%,數(shù)據(jù)背后是中國供應(yīng)鏈企業(yè)的集體飛躍。


甚至,中國在融入全球供應(yīng)鏈的過程中,還打造出自己的手機(jī)品牌,OPPO、vivo、華為、小米等等,都享受了中國企業(yè)融入全球供應(yīng)鏈后的多方面溢出效應(yīng)。要知道,飛利浦最早的光刻機(jī)技術(shù),就是對美國企業(yè)的跟隨和模仿,而ASML擊敗尼康,也花了20多年。它早期成功的標(biāo)志,就是成為IBM的供應(yīng)商。


因此,當(dāng)前科技產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈的外流需要引起足夠的重視,必須注意到越南的進(jìn)出口數(shù)據(jù)和印度的燈塔工廠數(shù)量的增長勢頭,這些都是再明顯不過的信號。守住這些供應(yīng)鏈,我們的半導(dǎo)體行業(yè)就有突破的希望。


第二,應(yīng)該珍視類似飛利浦這樣的生態(tài)型龍頭企業(yè)。生態(tài)型龍頭企業(yè)和一般龍頭企業(yè)不同,它們往往是產(chǎn)學(xué)研一體化的組織者、統(tǒng)籌者,對中小科技企業(yè)的孵化功能,是一般龍頭企業(yè)和創(chuàng)業(yè)孵化器所不能比的。對于飛利浦來說,并沒有一個(gè)明確計(jì)劃去孕育一家ASML,但它在發(fā)展中天然會去搭建一個(gè)創(chuàng)新生態(tài),沐浴在這個(gè)生態(tài)下的中小微企業(yè),自然而然得到了生態(tài)中的養(yǎng)分。


在硅谷、長三角以及粵港澳大灣區(qū),都存在一批這樣的生態(tài)型龍頭企業(yè),通過股權(quán)、知識和人才網(wǎng)絡(luò)等形式搭建一些區(qū)域性的共享創(chuàng)新生態(tài)。深圳、杭州之所以敢喊出建設(shè)“東方硅谷”的口號,底氣就在于已經(jīng)培育了騰訊、阿里這樣的生態(tài)型龍頭企業(yè)。


正如經(jīng)濟(jì)學(xué)家樊綱在近期的一次演講中提到,大企業(yè)是當(dāng)前經(jīng)濟(jì)發(fā)展、產(chǎn)業(yè)進(jìn)步的決定性力量,中國的大企業(yè)不是多了,而是太少了。他領(lǐng)銜的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)布了《共享創(chuàng)新指數(shù)報(bào)告》,指出全球經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)組織的底層邏輯正發(fā)生顛覆性改變,科技競爭正從企業(yè)、城市之間的競爭,走向生態(tài)之間、城市群之間的競爭。在中國,兩個(gè)三角洲擁有明顯高于其它地方的創(chuàng)新水準(zhǔn),依賴的正是高密度、高效能的創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)。


第三,需要意識到資本市場對半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的重要性。ASML所在的歐洲,從荷蘭政府到歐共體和后來的歐盟,都比美國更喜歡給企業(yè)補(bǔ)貼,ASML當(dāng)然是受益者之一。但ASML真正解決資金問題,是通過在歐洲和美國的同時(shí)上市,連接全球資本市場后,企業(yè)發(fā)展很快進(jìn)入了快車道。這一點(diǎn),2010-2018年間上市的中概股企業(yè)一定頗有體會。


相對而言,國家資本擁有更長遠(yuǎn)的眼光,但民間資本更注重投資回報(bào)中的正反饋效應(yīng),在瞬息萬變的市場,民間資本能夠更好地支持企業(yè)做出抉擇。畢竟,沒有一家企業(yè)事前知曉哪一條技術(shù)路徑,哪一種商業(yè)模式可以百分百獲得成功。所以,高頻高效的反饋機(jī)制對于企業(yè)十分關(guān)鍵,而資本市場的信號往往是最快速、最清晰的。


藍(lán)裕文化主題開發(fā)設(shè)計(jì)院認(rèn)為,重視科技和上下游產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)潜厝坏倪x擇,要想發(fā)展經(jīng)濟(jì),就得舍得投入。但我們看到的是強(qiáng)大如ASML這樣的壟斷型企業(yè),也依然會歡迎媒體前往,打開大門展示自己的科技實(shí)力。這對我們的眾多制造企業(yè)來說應(yīng)該有一個(gè)重要的啟示,就是工業(yè)旅游至關(guān)重要,是一個(gè)企業(yè)的重要門面,應(yīng)當(dāng)妥善處理,合理打造,一邊在需要時(shí)立馬可用,這樣才能為企業(yè)的發(fā)展起到巨大的推動(dòng)作用。對于大企業(yè)來說,工業(yè)旅游,更加重要 。

來源:先進(jìn)制造業(yè)


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美國也造不了,為什么荷蘭能造出光刻機(jī)的評論 (共 條)

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