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这位光刻大佬一声吼,全球半导体抖三抖?揭秘神秘的ASML

半导体行业观察 ·2017-08-08 08:58·半导体行业观察
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来源:内容来自智慧芽 ,作者陈子豪,智慧芽资深行业分析师,擅长结合专利数据,为企业挖掘竞争情报,洞察行业发展趋势。 谢谢。


光刻机堪称现代光学工业之花,其制造难度之大,全世界只有少数几家公司能够制造。不仅如此,随着半导体行业洗牌与日系陨落后,一家不为大众所知的企业默默扛起了光刻技术的大梁。ASML是集合了西方光学应用科学与半导体尖端制造设备技术于一体的科技庞然大物,它的专利技术与影响力是任何一个企业乃至国家在半导体领域都无法忽视的。


本文使用了智慧芽全球专利数据库、3D专利地图(Landscape)以及智慧芽英策(Insights)等专利工具对ASML企业整体专利布局、技术发展以及独特的经营方式进行独到的分析,为你揭晓这家隐藏在半导体行业背后的巨头企业。


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前沿——神秘的半导体行业大佬

(1)    奠定荷兰世界半导体地位的基石



荷兰半导体研发水平可谓一直位于世界前列,抚育了恩智浦、飞利浦等世界领先的半导体企业。荷兰是全球少数在自身境内即拥有完整半导体产业链的国家之一,除了核心产业,还拥有许多半导体周边产业,半导体产业年收益高达百亿欧元以上。


尽管恩智浦(NXP)已经被高通收购,但是荷兰还有ASML。ASML为半导体生产商提供光刻机及相关服务,创立于1984年,在全球16个国家设有70多个办事分支机构,全球员工超过14500人。ASML每年人均研发经费名列欧洲第二,吸引了全球技术领域最优秀的人才。ASML所创造的技术和设备,成就了智能电子产品的普及,TWINSCAN系列是目前世界上精度最高、生产效率最高、应用最为广泛的高端光刻机型。

(2)    摩尔定律的守护者



今天,摩尔定律能否可以继续走下去已经成为了疑问。但ASML成为了摩尔定律走下去的关键厂商之一。ASML过去十年专注于生产更精细的光射线,藉此研发出体型更小的电晶体,而这些电晶体可以更紧密排列在晶片上。晶片若能容纳更多电晶体,就能提升运算速度或记忆容量等性能。ASML的新技术可能因此得以让摩尔定律延续下去。ASML相信自家突破性的新技术,能延后半导体产业步入衰败期的时间,半导体产业的各家大厂均期待ASML能再次加快创新进程,这很可能有办法解决全球半导体产业所面临的问题:如何一面让晶片保持现有尺寸,一面增加它们的性能。


(3)产品单价堪比F35“闪电”,却依然供不应求



根据ASML公布的2017第二季财报:ASML在第二季新增8台EUV系统订单,让EUV微影系统的未出货订单累积到27台,总值高达28亿欧元。预估2017第三季营收净额约为22亿欧元,毛利率约为43%。 因为市场需求和第二季的强劲财务表现,ASML预估2017全年营收成长可达25%。



仔细查看ASML的财报,其今年的主要营收贡献来自内存芯片客户,尤其在DRAM市场需求的驱动下,这部分的营收预估将比去年成长50%,而来自逻辑芯片方面的营收也可望成长15%。除了DUV微影系统的业务持续成长,在EUV微影系统部分,未出货订单累积金额在第二季已经累积到28亿欧元,显示不论逻辑芯片和DRAM客户,都积极准备将EUV导入芯片量产阶段。


为啥他们都认准 ASML 的光刻机不要?

ASML的EUV光刻机已经成为了超过1亿美元的期货,和美帝的F35联合攻击机一样不仅贵而且交货不断延期,这些客户为啥还是不断增加ASML的订单呢?要知道相较于F35作为唯一对外销售的第四代战机不同,光刻机巨头可不止ASML一家!


(1)对手不给力,客从天上来



在EUV技术领域内,ASML已经与其他竞争者之间拉开了差距。虽然其并未排名第一,但是排名第一的卡尔蔡司属于光学仪器企业,蔡司为ASML等光刻机企业提供光学组建。而ASML较其直接竞争对手NIKON(尼康)和CANON(佳能)在EUV专利数量上有很大的优势,甚至比NC两家之和还要多。


另外,值得注意的是其他排名靠前的企业,如SK HYNIX、SAMSUNG和INTEL等都是ASML的合作伙伴及客户。

(2)最关键技术自己发展


日本一桥大学创新研究中心教授中马宏之,曾对日本微影双雄尼康与佳能的败因深入检讨。他在研究论文指出,ASML微影机台有90%以上零件向外采购,这一比例远高于竞争对手Nikon和Canon,“这种独特的采购策略,是ASML成为市场领导者的关键。”


中马宏之认为,高度外包的策略,让ASML可以快速取得各领域最先进的技术,让自己专注在客户的需求,以及系统整合等两大关键重点。


(3)投资ASML才能拿到优先供货权


2012年中旬,ASML宣布三星公司已同意向ASML投资5.03亿欧元(约合6.29亿美元),获得该公司3%股权。此外,三星承诺在未来5年将向ASML公司投资2.76亿欧元(约合3.45亿美元),支持ASML研发下一代微影技术。

此前,台积电和英特尔公司已宣布分别以8.38亿欧元和33亿欧元收购ASML公司5%和15%股权。同时,台积电公司承诺在未来5年向ASML投入2.76亿欧元,用于ASML的研发计划。


这样一来世界半导体制造三大巨头均加入由ASML创建的“客户联合投资专案”。ASML客户联合投资专案包括合作研发基金计划,加速18寸半导体及EUV微影技术开发,同时也释出最多25%股权让客户入股,以作为未来18寸半导体及EUV微影设备推出后的交货保证。


他们既是你的客户,也是你的股东,不买你的还买谁的呢?


强大的研发能力换来业界的话语权


上表显示了ASML被引用次数最多的前10项专利。这些专利已广泛应用并且有很多人借鉴这些技术,更具影响力并代表着ASML公司的核心创新技术。具体来看ASML在光学定位、投射及测量等领域内的专利最具有影响力。



上表显示了ASML属于较大专利家族的前10项专利,能够让研究者识别出众多地区中最为成功的发明专利并在全球范围内采取保护措施。其中,US6051841号等离子体焦点高能量光源专利的专利家族规模高达1653条,可见该专利对于ASML的重要性。



上表显示了ASML前10项权利要求数量最多的专利。专利的权利要求数量能够体现技术的覆盖面,大量的权利要求项是为了保护多项技术,相应起草交底书的工作量也会很大,这代表了一种全新的技术(在申请时)。


ASML一直以来保持了高研发投入(甚至让自己的客户掏钱),因此其专利申请量也长期保持高位。第一波高速上涨来自2000至2004年,这一时期Intel、AMD、VIA及IBM等企业设计的半导体芯片性能快速提升,为了克制芯片在高频率运行时产生的高温,他们对半导体制程提出了越来越高的要求,这间接导致了光刻机技术的不断提升。不过由于光物理性质的影响,在光刻机发展到193nm后,研发陷入了困局。几大芯片巨头合力将193nm沉浸式光刻技术延伸至15nm令光刻机企业研发及专利申请下滑。但是沉浸式光刻终于在7nm之后难以再次发展,EUV成为了解决这一问题的关键,近些年里ASML相关技术专利申请再次进入增长阶段。


作为一家荷兰的企业,ASML的专利地理布局上却值得我们思考。其在全球各地专利申请量的排名,依次是美国、日本、台湾、韩国以及中国。这个顺序的有意思之处在于ASML的专利地理布局是根据客户及竞争对手两个因素进行布局。美国既有ASML的几大客户,如Intel和德州仪器,又有ABM、AppliedMaterials、Lam Research、及RudolphTechnologies等竞争对手,自然是重中之重。在日本也是同样的,不过区别是日本的竞争对手NIKON和CANON是ASML最主要的竞争对手。而其他地区则是以产品出口为导向。

ASML在光刻机的哪些领域内技术实力最强?我们通过IPC分类的比例来展现其专利技术的分布。在G03F、H01L、G03B三个技术领域在ASML整体专利中所占比最高(一条专利可能有多个IPC分类),而这也反映出光刻机是产业联盟的共同成果。在ASML收购美国Cymer公司之前,ASML需要购买Cymer的光源,同时一直以来ASML使用Carl Zeiss生产的光学元件。光刻机作为半导体工业最复杂的成品,凝聚了多家的技术结晶。


上图显示了ASML公司近3年的研发方向和关注技术的时间变化趋势。通过了解过去3年内重点技术的专利战略,我们借此来分析ASML公司近来关注重点的变化。如H01L半导体器件的方面ASML的申请量下滑,可能意味着其已经完成了EUV光刻机半导体器件的设计;而G02B 光学元件及H05G X射线技术两个IPC分类下专利申请量的增加,也行意味着ASML还在改善光刻技术中光学组件的性能以及X射线的强度。


上下游投资合作,确保技术研发

(1)20亿美金入股卡尔蔡司,确保EUV光学设备研发


正如ASML让Intel、三星和台积电投资自己,共同承担EUV的研发成本,ASML也投资了在光刻中起到关键作用的光学设备企业Carl Zeiss。



Carl Zeiss是ASML最重要的长期策略合作伙伴,长期以来为ASML的光刻设备提供最关火键且高效能的光学系统。在前文的EUV相关专利申请排名上,Carl Zeiss更是占据了头把交椅,这也说明了其在EUV相关光学设备上无可替代的地位。为了获得优先供货和在2020年代初期就能够让芯片制造行业使用搭载全新光学系统的新一代EUV光刻设备,ASML 和Carl Zeiss决定进一步强化合作关系。


(2)26亿美元购入Cymer,完善光源技术


2012年,ASML出价26亿美元收购了其长期合作伙伴Cymer。Cymer公司是世界领先的准分子激光源提供商,发明了如今半导体制造中最关键的光蚀刻微影技术所需的深紫外光源。产品主要特性是:带宽窄,运行速度高,可靠性强。Cymer光源在批量生产符合特定规格的世上最先进的半导体芯片时起着决定性的作用。



对比Cymer的专利技术IPC分类,与ASML最大的区别在于Cymer是一家专注于激光、X射线及深紫外光源的企业。收购Cymer,让ASML直接从源头上获得了其发展中至关重要的光刻机光源技术。

(3)发展新市场,与上海微电子建立合作伙伴关系


2017年3月,上海微电子装备(集团)股份有限公司(SMEE)宣布,其与ASML签署战略合作备忘录(MoU),为双方进一步的潜在合作奠定了基础。根据这项合作备忘录,ASML和SMEE将探索就ASML光刻系统的特定模块或半导体行业相关产品进行采购的可能性。



由于瓦森纳协议,光刻机属于对华禁运的高科技产品。因此,虽然ASML有出售光刻机给大陆,但都属于低端产品。最近,这一禁运开始了松动,背后自然是大陆体量庞大的半导体市场,ASML通过与上微电子的合作开始加快在中国大陆的布局。


大佬也避不开的专利纠纷


上图展现了ASML诉讼数量按年的趋势变化。蓝色表示该公司为原告的诉讼,红色表示公司为被告的诉讼。


ASML已经获取了光刻机市场最大的份额,不过“树大招风”的ASML也避不开同行通过专利纠纷诉讼进行竞争的手段。于是,ASML在近些年中与Nikon及Energetiq Tech多次就专利问题闹上法院。

在EUV上败下阵来的尼康玩起了侵权诉讼



过去,ASML曾多次面对尼康提出的专利侵权指控。尼康在2001年向美国国际贸易委员会提起指控。两年后,该委员会认为ASML并无侵权,并就全部15项指控判决ASML胜诉。


2004年,ASML和尼康签订了一项专利交叉授权协议,部分专利已获永久授权,其他专利的授权日期已于2009年12月31日结束,双方同意互不采取法律移动的过渡期也在2014年12月31日结束。

2017年6月24日,尼康官方发声明表示,已经在荷兰、德国和日本对荷兰公司半导体光刻系统供应商(ASML)及其光学设备供应商(Carl Zeiss)正式提出专利侵权案件。并指出,尼康在荷兰的海牙地区法院提出11起针对ASML的专利侵权案件,同时在东京提交针对德国Carl Zeiss专利侵权案件。尼康在诉讼文件上称,尼康率先推出了用于制造智能手机、存储芯片和其他产品半导体的浸没式光刻技术,而ASML是唯一一家销售浸没式光刻技术系统的公司,目前尼康正在寻求法院的禁令,以阻止ASML和Carl Zeiss出售这些系统,并且正在寻求一个未公开的赔偿金额。东京的一家公司在一份声明中说:“ASML和Carl Zeiss继续未经授权使用尼康的专利技术给尼康提供了法律依据。”


战火延伸,ASML选择反诉尼康侵权

荷兰芯片光刻设备供货商阿斯麦(ASML)宣布针对尼康(Nikon)在半导体生产设备、平面显示器和数码相机生产设备等多款产品上存在超过10项专利侵权一事提出反诉。这是继尼康4月24日宣布向ASML提起诉讼后的一项行动,ASML已断然否认尼康的指控。


反诉也是一种专利纠纷诉讼的反映。通过反诉尼康在其更多业务上的专利问题,ASML谋求将尼康拉回谈判桌前。毕竟双方能以协商的方式来解决,对半导体产业而言才是最好的选择,和解可以推动产业的创新与合作。


伴随半导体行业一路走来,逐渐壮大



全球半导体产业依旧在快速发展,而光刻机技术决定了半导体行业发展的上限。ASML出自飞利浦,而当年的飞利浦是有名的高度垂直整合,样样自己做,最后陷入重重困难。而ASML则通过“开发式创新”的研发模式,在半导体行业发展中取得了举足轻重的地位。或许,国内光刻机企业如上微电子在与ASML的合作中能够学到更多的精髓。



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