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    光刻機的江湖:ASML 一騎絕塵,尼康佳能為何痛失好局?
    2021-11-23 16:11
      洪詩鴻
      2004年,ASML研發出對應7納米以后的ArF水浸式光刻機,一下子使其在市場競爭中脫穎而出,迅速占領了光刻機產業的市場份額。2007年,ASML推出EUV光刻機,由此奠定它在高端光刻機市場的地位,至今仍然只有ASML可以生產。
      近年來,國內的芯片困境一直備受關注,其中生產芯片的光刻機便是芯片制造重要的一環。在光刻機領域,行業霸主從美國換成日本,如今則是荷蘭ASML在光刻機領域中一騎絕塵。面對巨大的發展差距,日本的產業界一直在反思丟掉市場的原因,也在尋找東山再起的契機。對于日本光刻機產業興衰的回顧,也可以對國內芯片產業的發展有所啟示。
     
     
      日本企業在光刻機行業的沉浮
     
      芯片產業發端于美國,在1960-1970年代,美國一直是芯片產業的絕對霸主。而日本企業自1970年代大量進口美國芯片,同時電子廠商,慢慢開始進入芯片國產化替代,并將發展芯片產業提升至國家戰略的高度。
      自1970年代開始,日本政府組織成立“超集成電路的合作研究機構(超LSI)”,集合了日本國內7家大型電子廠家,著力從事集成電路的研發;在設備制造比如光刻機的生產研發方面,他們選中了尼康和佳能這兩家企業。
      尼康成立于1917年,長期從事相機、顯微鏡等光學設備的研發生產;佳能成立于1937年,同樣也是憑借光學技術起家。這兩家企業自1960年代開始,就在為美國GCA公司配套光學鏡頭,GCA公司是全球最早生產光刻機的企業,尼康和佳能在為其提供配套過程中,引進和學習到很多光刻機制作原理和技術。
      如此一來,尼康和佳能既有了資金的支持,也有了國內半導體大廠組成的市場,加之此前自身的技術積累,二者便開啟了光刻技術的研發。
      1981年,尼康推出第一臺步進光刻機,由于有國內半導體廠商的支持與采購,尼康得以進一步擴大生產。1984年,日本企業在光刻機市場規模超過美國,尼康生產的光刻機也憑借其性能和服務,一步步擊潰GCA公司;緊隨其后的,則是佳能。此后一直到2000年前后,尼康和佳能一直高度占有光刻機產業的市場份額。
      也正是在1984年,飛利浦的一個部門和以采購為主的ASML公司合資成立新公司ASML,盡管當時只有31人,制造技術有限,沒什么市場份額,直到2000年以前尼康還碾壓ASML。但ASML卻在20年間完成了對光刻機產業的壟斷。
      轉折點出現于2004年,ASML研發出對應7納米以后的ArF水浸式光刻機,一下子使其在市場競爭中脫穎而出,迅速占領了光刻機產業的市場份額。2007年,ASML推出EUV(極紫外線)光刻機,由此奠定它在高端光刻機市場的地位,至今仍然只有ASML可以生產。
      2020年,全球光刻機總銷售量為413臺,其中荷蘭ASML銷售258臺,占比62%;佳能銷售122臺,占比30%;尼康銷售33臺,占比8%。而在高端光刻機市場,目前最先進的極紫光光刻機只有ASML可以生產;也就是說,在EUV市場,ASML一家便獨占100%的市場份額。
      就目前而言,ASML在光刻機領域的霸主地位,似乎是不可撼動的存在。
     
      ASML迅速崛起的密碼
     
      為什么ASML可以在短期內迅速趕超、直至統治市場?日本產業界一直都在對此進行反思和總結,他們總結的經驗教訓主要有兩方面。
      一是研發模式的創新。
      日本企業具有一個很鮮明的特色,就是上下游企業之間的組織和運作都非常嚴密,在從事精密加工機械方面,能很好地保持產品質量的穩定。但在芯片產業這類需要“極限研發”的項目研發上,日本企業的內部整合創新模式往往缺乏著力點。
      眼下最高端光刻機,零配件數量高達10萬個,這些零配件來自不同國家,受到嚴格的專利保護。高端光刻機就是這些零配件“完美”整合所形成的產品,而在機器進行運營過程中,還需要保證總體在95%以上的良品率,每一步的差錯率不能夠超過0.001%。
      這個量級的零配件數量,已經不是日本單一企業或少數關系企業原有內部垂直整合的研發模式所能夠負擔,它需要一個更加開放和專業化分工的研發平臺。
      不同于日本企業的內部整合創新,ASML在高端光科技的技術研發中,只掌握其中10%的核心技術,余下則需要依靠歐美為主的5000多個供應商來提供支持。
      這么做是否會導致企業沒有自己的核心技術?其實不然。
      因為ASML已經先搭建了產品的核心框架,操控系統的軟件由自家研發,其他基本開放研發,并且掌握著客戶資源與資金籌措能力;同時在利潤分配上,也注重向供應商傾斜。如此一來,便實現了對行業利益相關者有效集合。
      ASML最主要的合作研發對象是位于比利時布魯塞爾的“比利時微電子研究中心”,該中心擁有4000多名研發人員,分別來自全球80多個國家和地區,堪為全球半導體最精華的工程師集中地。除此之外,ASML還與歐洲本土的工科大學進行軟件、新材料、光源等領域的合作研發。即時對接全球最頂端的基礎科學成果,使得研發生產的各個環節可以獲得最先進的供應。
      《光刻巨人:ASML的崛起之路》一書便指出,創始人賈特·斯密特為ASML的企業文化注入一個新的元素:在任何缺乏經驗的領域,雇傭外部專家。ASML具有開放式的創新理念,整合全球行業最新的科研成果和各個領域的專業化模塊分工,也是其一以貫之的研發思路。
      二是商業生態的搭建。
      ASML的歷任掌門人基本都出身于世界級的半導體大廠,這些在國際的半導體大廠經過歷練的領導者,他們在人脈、技術路徑、資金籌措能力,以及整合供應廠商的能力等方面,都是日本這兩家企業所無法比擬的。這些企業領導人也為ASML搭建了更為高效的商業生態。
      在與客戶的合作模式方面,除了傳統的購買行為,ASML更進一步,邀請三星、臺積電、英特爾這類大客戶入股,一起承擔研發費用,作為回報,則會給予這些企業光刻機的優先購買權。而當技術得到更多客戶的使用和參與,反之會進一步強化它的優勢地位。
      相較而言,日本的商業生態就顯得缺乏彈性,尼康與佳能的客戶來源,除了美國的德州儀器、英特爾這類老客戶,更主要還是本土的半導體廠商。但隨著日本企業的成品芯片市場份額的不斷萎縮,更多著力于半導體原材料領域,也導致客戶群體也在逐步流失,這就意味著企業很難得到即時的、充足的市場反饋,傳導至研發層面,則會拖慢自身的技術進步,這也是尼康和佳能后來被反超的重要原因。
      其實,尼康、佳能以及ASML當初在研發光刻機的技術路徑上,方向是一致的。實際上,在90年代,ASML在發展過程中也學習了尼康很多經驗,甚至竊取了尼康的專利,雙方一度對簿公堂,最后ASML賠了1.5億美元的和解金。
      而在對浸潤式技術的光刻機的研發方面,尼康的研發和生產速度甚至還要略早于ASML,二者都在2004年推出產品。但是ASML的機器設計更加合理、生產速度更快、良品率更高,除了產品硬件優勢之外,在與客戶的溝通與服務響應方面,ASML都要優于尼康,讓它得以在市場競爭中一舉獲勝。
      日本企業的內部整合能力很強,使得他們在產品一體化、精細化方面表現出眾,但隨著新技術的迭代,行業格局也在發生變革,日本企業反而難以跟上形勢。日本產業界有所謂“創新的窘境”的說法,亦即一些企業往往固步自封于自己成功的經驗上,拘泥于在已有的成功的產品中做改進,而不能去開創新的研發思路,延緩了創新路徑,導致企業發展脫離了行業主流。
     
      中國如何突圍?
     
      目前我國的芯片產業依舊面臨“卡脖子”的困境,光刻機也是如此,受制于《瓦森納協議》,中國企業向ASML購入高端光刻機的計劃一直備受阻撓,在此領域的國際交流合作也是如此。
      有業內人士指出,目前國內光刻機行業的發展,至少要比ASML落后10年以上,除了技術落后,國內半導體產業還面臨著人才緊缺的問題。在《中國集成電路產業人才白皮書(2019-2020年)》中也指出,國內集成電路產業面臨領軍和高端人才緊缺、人才培養機制尚未健全、企業間挖角現象普遍等問題。
      在當前國際興起的“逆全球化”潮流中,中國更應該有自己鮮明的立場,繼續推進經濟貿易,努力突破封鎖,加強技術交流。而更重要的一點,我們不能忽略自身的科技人才培養,半導體產業具有需要高科技且多技術綜合要素發展的行業,需要善于對接有研發和制造實力的各個領域的供應商,明確共同的戰略目標,依靠國內半導體的巨大需求市場,持續以恒的進行技術積累和強化研發力度。
      我們也看到,在光刻機領域短短幾十年間,行業領軍人也經歷了幾輪沉浮,它的技術革新與經營模式都在不斷精進和變化之中,全球的芯片行業競爭也遠未結束。雖然中美技術對抗有持久化的趨勢,但是仍然積極尋找和全球同行保持技術交流和商務合作。在強化中國自身技術發展的同時,避免陷入技術孤島和偏離世界同行業的發展趨勢。
      作者簡介
      洪詩鴻,日本阪南大學流通學部經濟學教授。
      END
      來源:本刊原創文章
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