01.19 光刻機ASML


獻計 2019-05-17

  ASML2018年營收109億歐元,淨利潤26億歐元。英特爾2018年營收708億美元,淨利潤211億美元。2018財年,蘋果營收2655.95億美元,淨利潤595.31億美元。


  光刻機是迄今為止人類所能製造的最精密的設備,涉及電子,機械,光學,等等很多領域,被稱為是工業的明珠。ASML的光刻機也是很多企業合作的結果,光源是美國的,鏡頭是德國的,還有英國的技術,荷蘭的技術,是西方百年工業的結晶,集大成者。需要各類基礎領域紮實的人才,這也是最難的。

  目前全球光刻機廠商有4家,分別是ASML、Nikon、Canon和上海微電子(SMEE)。2017年全球光刻機總出貨294臺,其中ASML共就出貨198臺(其中EUV光刻機11臺),佔全球68%的市場份額。EUV光刻機方面,ASML佔有率100%。2017年單臺EUV機臺平均售價超過1億歐元,2018年一季度的售價更是接近1.2億歐元(有價無貨)

  ASML是荷蘭飛利浦旗下的公司,是世界半導體設備的龍頭。ASML(阿斯麥)在當今高端沉浸式光刻機中佔據80%的份額阿斯麥的總部位於荷蘭,於1984年成立,原名Advanced Semiconductor Material Lithography Holding N.V.。

  公司擁有員工約16500人,其中研發人員超過6000人,研發人員佔比超過36%。

  飛利浦又是臺積電的股東,而且據說是最大的一個,聽說佔了臺積電一半以上股份,還有別的一些歐美公司也佔了不少,總體來說,臺積電80%是外資。

  1986年推出首臺步進式設備PAS2500/10,並和鏡頭製造商Carl Zeiss建立密切合作關係;1987年,張忠謀創立了臺積電,這是改變產業界的大事。在同一年,一位不太起眼的IBM芯片Foundry工程師林本堅從顯微鏡鏡頭上的水得到靈感,提出了一種浸潤式光刻機的新設想,寫成論文發表出來。


光刻機ASML

 

  ASML成立之初也面臨著技術落後和資金短缺的問題。有消息稱,1992年在遭遇半導體產業週期性衰退時,公司資金鍊斷裂,幾乎破產會閉。幸虧股東飛利浦及時出手相救,加上公司的輕資產戰略,才涉險過關。

  1995年阿斯麥在NASDAQ和阿姆斯特丹交易所上市。

  2001年更名為ASML。

  從2004年開始立項,ASML主導,臺積電提供協助,2007年,顛覆性的產品——浸潤式光刻機誕生了,從此,光刻機從三足鼎立變成了一家獨大。

  2007年,臺積電使用ASML的浸潤式光刻機成功投產45nm製程芯片。在光學鏡頭與硅晶圓片導入液體作為介質,在原有光源與鏡頭的條件下,能顯著提升蝕刻精度,成為目前高端光刻的主流技術方案,一舉壟斷市場。

  2012年公司提出“客戶聯合投資專案”(Customer Co-Investment Program),獲得英特爾、臺積電、三星的響應,以23%的股權共籌得53億歐元2016年11月5日收購Carl Zeiss SMT的24.9%股權,以強化雙方在半導體微影技術方面的合作,發展下一代EUV微影系統。

  阿斯麥的主要業務是光刻機,在光刻機領域處於絕對領先的地位。在45納米以下製程的高端光刻機市場中,佔據80%以上的市場份額,而在EUV光刻機領域,目前處於絕對壟斷地位,市佔率為100%,處於獨家供貨的狀態。公司的光刻設備,主要是TWINSCAN產品,按低端至高端又分為 XT、 NXT以及 NXE幾個子系列。 XT系列是成熟的機型,具有乾式和浸沒式兩種; NXT系列全部為浸沒式,是主推的高端機型,以ArF和KrF激光光源,量產加工產量每小時可達 250片,為目前行業中高端主流設備。 XT與 NXT系列使用的是深紫外光(DUV, Deep Ultra Violet),而 NXE系列使用最先進的極紫外光(EUV, Extreme Ultra Violet)。由於目前在 EUV領域,其他廠商仍處於研發或試用階段,距離量產還有數年差距, NXE系列壟斷 10nm以下的市場,可望幫助公司維持營收盈利的高增速。

  阿斯麥的主要客戶為全球一線的晶圓廠,除了英特爾、三星和臺積電這三大巨頭之外,國內的中芯國際也是阿斯麥的客戶。

  最近幾年,阿斯麥的營收呈增長態勢。2012至2016年,半導體行業發展緩慢,公司的營收增速也有所放緩,增速大概在10%左右。2016年營收67億歐元,增長8.1%,淨利潤15億歐元,增長5.5%。2017年半導體行業還是景氣,公司業績開始增速;2017年前三季,公司營收65億歐元,同比增長32%,淨利潤15億歐元,同比增長56%。預計2017年的營收可以增長25%左右。

  芯片巨頭ASML將收購一美國企業

  2012年10月18日

  全球芯片製造業龍頭企業ASML公司將以19.5億歐元的價格,收購美國Cymer公司,從而獲得後者掌握的核心技術,生產更小巧、更智能的芯片。這家荷蘭芯片巨頭稱,這筆現金價股份的兼併交易將加快遠紫外(EUV)半導體印刷的研發步伐,利用這種技術製造出來的芯片,將促進新一代智能手機和平板電腦產品的生產。ASML正在升級用於生產新一代芯片的設備。7月份,該公司將23%的股份賣給了英特爾、三星電子和臺灣半導體股份有限公司,為新設備的技術研發提供資金。但受在光技術領域的限制,研發始終進行得十分緩慢。而本次交易的收購對象Cymer掌握著核心光技術。ASML首席財務官皮特·溫尼克說:“我們相信兩家公司的合併將加快遠紫外源的開發。”ASML收購Cymer交易的股份與現金比例為3比1。ASML給Cymber股東們開出的價格是每股Cymer公司兌20美元,外加1.1502股ASML股票。以此計算,ASML對Cymber開出的價錢比後者近期股價溢價61%。ASML公司發言人稱,公司將從30億歐元的可用儲備資金中拿出6.3億美元,支付給Cymer,並通過發行新股的方式支付餘下的款項。

  EUV:半導體業的終極武器光刻機的王者

  這全靠總部後頭那棟最高機密的巨型廠房,裡頭身穿無塵衣的員工正在組裝,如同貨櫃車般大的EUV微影系統3350B之賜。這是令全球半導體業引頸期待的終極武器。

  臺積電、英特爾都寄望,這臺史上最昂貴的工具機,會在2017年開始試產的七奈米制程大發神威,成為主力機種。

  全球每年生產上百億片的手機晶片、記憶體,數十年來都仰賴程序繁瑣,但原理與沖洗照片類似的曝光顯影製程生產。

  光刻(lithography)設備是一種投影曝光系統,由紫外光源、光學鏡片、對準系統等部件組裝而成。在半導體制作過程中,光刻設備會投射光束,穿過印著圖案的掩模及光學鏡片,將線路圖曝光在帶有光感塗層的硅晶圓上;通過蝕刻曝光或未受曝光的部份來形成溝槽,然後再進行沉積、蝕刻、摻雜,架構出不同材質的線路;此製程被一再重複,就能將數以十億計的 MOSFET或其他晶體管,建構在硅晶圓上,形成一般所稱的集成電路。

  集成電路里的晶體管是通過光刻工藝在晶圓上做出來的,光刻工藝決定了半導體線路的線寬,同時也決定了芯片的性能和功耗。光刻機是半導體行業的最關鍵設備,因為它決定了光刻工藝的水平。工欲善其事,必先利其器,要想開發先進的半導體制程,就必需要有先進的光刻機。

  其中以投射出電路圖案的微影機臺最關鍵、也最昂貴。過去十多年,全球最先進的微影機,都採用波長一九三奈米的深紫外光,然而英特爾、臺積電量產的最先進電晶體,大小已細小到僅有數十個奈米。這形同用同一支筆,要寫的字卻愈來愈小,最後筆尖比要寫的字還粗的窘境。

  要接替的超細字筆,技術源自美國雷根時代星戰計劃,波長僅有十三奈米的EUV;依照該技術的主要推動者英特爾規劃,2005年就該上陣,量產時程卻一延再延。

  因為這個技術實在太難了。EUV光線的能量、破壞性極高,製程的所有零件、材料,樣樣挑戰人類工藝的極限。例如,因為空氣分子會干擾EUV光線,生產過程得在真空環境。而且,機械的動作得精確到誤差僅以皮秒(兆分之一秒)計。

  最關鍵零件之一,由德國蔡司生產的反射鏡得做到史無前例的完美無瑕,瑕疵大小僅能以皮米(奈米的千分之一)計。如果反射鏡面積有整個德國大,最高的突起處不能高於一公分高。

  阿斯麥的光刻機按照使用的光源不同,可以分為DUV光刻機和EUV光刻機。

  DUV是DeepUltra Violet,即深紫外光;

  EUV是Extreme Ultra Violet,即極紫外光。

  DUV光刻機的極限工藝節點是28nm,要想開發更先進的製程,就只能使用EUV光刻機了。最先進的是波長13nm的極紫外光刻機(EUV)。

  從2012年開始,光刻機技術沒有發生革命性變化,著名的摩爾定律開始失效,半導體行業發展緩慢,2015年甚至出現了2.3%的負增長。半導體行業迫切需要使用EUV來提高光刻能力。

  2013年阿斯麥的EUV光刻機研發成功,使用的光源是22nm;2017年更先進的EUV光刻機研成功,使用的光源是13nm,使得7nm線寬的製程可以實現。

  要想開發10納米以下的製程,EUV光刻機是必須的設備,而全球只有阿斯麥一家有EUV光刻機。為了能夠順利買到EUV光刻機,半導體行業三大巨頭英特爾、三星和臺積電都已經入股了阿斯麥。三星計劃2018年開始使用阿斯麥的EUV設備,臺積電計劃2019開始使用阿斯麥的EUV設備,格羅方德計劃2019年使用EUV,英特爾計劃2021開始使用7nm工藝。

  英特爾,三星,臺積電,雖然這三家不生產光刻機,但卻是ASML的股東之一,以購買股票以及投資ASML科研的方式,成為ASML高端設備的優先供貨對象。

  目前,阿斯麥的EUV光刻機已經開始出貨,2017年預計出貨12臺,2018年預計出貨24臺,到2019年預計出貨30臺。

  ASML研發經費倍增到現在的每年十三億歐元的規模。多出的一倍,ASML自己出一半,三大半導體巨頭合出另一半。

  能夠讓顧客幫你買單,製造做到最厲害就是這樣了。

  梁孟松的博士生導師名叫胡正明,是FinFET技術的發明人, FinFET技術是芯片製程推進到20nm以下的關鍵。

  訂貨週期21個月,有5萬個零部件,關鍵是買回來其他配套技術要一起達標才能做出10nm 7nm的工藝。

  全球最大的芯片機器製造商、荷蘭的阿斯麥(AMSL)證實,中國向荷蘭訂購一臺最新型的使用EUV(極紫外線)技術的芯片製造機器光刻機,訂貨單位是中國廠商 SMIC。這臺機器價值1.2億美元,與其去年淨利潤1.264億美元大致相當。消息來源稱,這一設備預計將於2019年年初交付。

  ASML EUV曝光機的出貨量:2017年上半年,ASML售出 2臺 EUV設備, Q3單季度倍增到 4臺;預計 Q4還有 6臺交付,帶來 3億歐元單季收入,計劃 2018與 19年均可出售超過 20臺。

  我們每年要花上千億美刀來從國外進口半導體芯片,並且最近這幾年的半導體進口額已經達到了2000美元以上,近10年裡花了1萬多億美元用來進口國外的芯片公司分為兩類,一類是普通的公司,一類是偉大的公司。普通的公司被行業影響,被動適應行業的發展;偉大的公司影響行業,主動推動行業的發展。

  半導體三大巨頭英特爾、三星和臺積電要想開發10納米以下的半導體制程,都只能使用阿斯麥的EUV光刻機。不管三大巨頭之間怎麼競爭,阿斯麥都可以穩坐釣魚臺。

  從公司 2018 年的上半年的銷售收入的市場分佈看,中國大陸地區的總金額和佔比穩步增長,顯示出中國市場已經成為全球產業轉移的重要方向。

  長江存儲從荷蘭阿斯麥(ASML)公司訂購的一臺光刻機已抵達武漢。這臺光刻機價值高達7200萬美元,約合人民幣4.6億元2017年光學光刻工具的出貨量也大幅增長。該公司表示,光刻系統出貨量比2016年增長了21%,達到了161個。

  ASML預計2018年第一季度銷售額約為22億歐元(約合27億美元)。

  阿斯麥的革命性產品

  ASML在把控核心技術(光刻曝光技術)的同時,依靠全球產業鏈分工合作的方式,ASML採取模塊化外包協同聯合開發策略。該策略使ASML得以集世界光刻頂級技術之大成。如光學鏡頭部件由德國Carl Zeiss生產,光源由美國的Cymer(現ASML子公司)提供,計量設備則由美國的Keysight(Agilent/Hewlett-Packard)製造,傳送帶則來自荷蘭VDL集團。正是有了如此多的各細分領域中的頂尖供應商的協同創新,公司可以把主要的研發力量集中在確定客戶需求和系統整合上,從而迅速佔領了世界光刻機的制高點。這一招確實妙,是ASML成功的關鍵因素之一。阿斯麥的研發人員佔比將近 4成,並累計 1萬個以上專利。相較於尼康及佳能內部研發多數部件與技術的模式,阿斯麥推行部件外包與技術合作開發策略,專注於核心技術與客戶需求,具有較高的方案彈性與效率;公司先後對光刻的細分領域龍頭進行投資,其中包括在 2000年收購 Silicon Valley Group,擴展了在美國的研發團隊與生產基地;在 2007年收購了美國的 Brion,強化了專業光刻檢測與解決方案能力;在 2013年完成對紫外光源龍頭 Cymer的收購,以及在 2016年取得光學鏡片龍頭德國蔡司 24.9%的股份,後兩起對技術供應商的投資,加大了公司在極紫外光領域的領先優勢。

  ASML供應商中,以半導體及設備廠商為主,其中信邦電子、公準精密、光罩與高通業績關聯性最強,ASML的前17大供應商中,ASML對於供應商收入的佔比均未達到10%以上,上游供應商的客戶相對分散。ASML前3大客戶收入佔比超過了50%,對ASML營收影響顯著。

  2012年ASML還允許大客戶對ASML進行少數股權投資,並承諾為ASML未來計劃的研發支出作出承諾。英特爾、臺積電、三星總計以38億歐元的代價取得23%的股份,並另外出資13.8億歐元支持ASML未來五年的EUV技術研發,助其快速實現量產,以及獲得EUV設備的優先購買權。ASML真是聰明到了極點,一舉多得,極具經營智慧和策略,像這樣的企業不賺錢都難。

  預計ASML2018年面向全球的產量僅為12臺,也就是1個月只能有1臺出售給半導體廠商。


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