ASML的下一步

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作者:JON Y

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最近我刚从欧洲的IMEC ITF World 2024会议上回来,度过了美妙的两周旅程,收获了许多视频创意,未来几周我会陆续分享。这次旅程有很多亮点——虽然很遗憾没能组织见面会,因为实在太累了——但最精彩的部分无疑是参观ASML

最近我有幸参观了位于荷兰小村庄费尔德霍芬的ASML总部。这次经历非常棒,我了解了很多关于公司的历史和文化。

而且我非常荣幸地见到了价值3亿美元的高数值孔径(High-NA)EUV设备,我称之为“野兽”。下面的内容我分享一些关于参观ASML的随想。

埃因霍温

我住在埃因霍温,这里距离费尔德霍芬很近。这个小镇相当不错,虽然节奏缓慢。顺便提一句,此次旅程的所有费用都是我自费,包括交通和住宿,ASML并未赞助。

埃因霍温一直以飞利浦的故乡而闻名,飞利浦曾经是一个庞大的消费电子技术巨头。飞利浦首先开发了光刻机技术,后来与ASM International共同创立了ASML。他们也是台积电的基石外资投资者,最初持有28%的股份,后来增加到36%。

然而,飞利浦后来卖掉了所有这些股份。截至目前,这两家公司合计市值已达1万亿美元。如今能够持有这些股份真是不错,但生活就是如此。上世纪90年代中期,投资经理们迫使飞利浦卖掉这些股份,以“释放”股东价值。

费尔德霍芬的ASML

过去五年里,ASML几乎在各个方面都迅速发展。例如,股票价格疯狂上涨,令几乎所有曾在公司工作的人都感到惊讶。公司在公众意识中获得了巨大的新关注,其中许多人误以为公司的产品像意大利面机一样直接制造芯片,实际上并非如此。

目前,公司在欧洲、亚洲和美国拥有超过42,000名员工,其中一半以上在荷兰总部工作。过去五年中,公司新增了约20,000名员工,这种增长实在惊人。

如此快速的增长带来了问题,例如员工安置。公司现有的园区夹在两条高速公路之间,发展空间受限。一侧是无法开发的自然保护区,另一侧是费尔德霍芬村的住宅区。我认为公司不应该通过工业建筑包围居民区来激怒他们。

公司希望扩建工厂,以增加EUV和DUV设备的产能,特别是EUV设备。此外,还有关于水和电供应充足性的担忧。交通方面,大多数人不得不开车,因为费尔德霍芬是个村庄,道路无法承受大量交通量。公司正在与当地政府协商解决这些问题。

争论

这些协商引起了一些争议。媒体报道了公司可能“离开”荷兰的新闻,提到政府为“留住”公司提供的25亿美元激励计划“贝多芬项目”。名字听起来很戏剧化,但无助于核心问题。我认为政府应为居民和企业提供基础设施。

政府内部也因此引发了辩论,一些荷兰人认为“那就走吧!”实际上,一些原本在荷兰设有双总部的公司如壳牌联合利华已经搬到了英国。

但根据我所见所闻,我不认为离开荷兰是一个选项。费尔德霍芬自从飞利浦分拆后一直是ASML的家。公司的供应商基础和人才都在这里。ASML不会像甲骨文(Oracle)那样强迫他们搬迁。他们想留在这里,但如果没有扩展空间,他们也愿意在别处扩展。

幸运的是,这似乎不必要了。4月份,公司签署了一份土地协议,计划在埃因霍温机场北部建第二个园区,靠近现有园区。

企业文化

接下来谈谈企业文化。台积电ASML就像兄弟,他们有共同的企业背景。台积电依靠ASML的光刻机击败了当时占主导地位的日本半导体制造商。三十年来,他们一起成长。

我能感觉到他们的文化契合度。两家公司都秉持“完成任务”和“无借口”的文化,非常技术导向。在讨论问题时,他们几乎总是关注科学和技术。他们喜欢极客和建设者。在ASML,人们必须准备好争论并支持自己的观点,因为同事们会挑战他们。“挑战”是他们的核心价值之一。

也许这与荷兰人直率的态度有关。因此,最近的大规模招聘浪潮对他们提出了巨大的挑战:如何将这些新人才融入ASML独特的文化?

这让我想起了谷歌Meta等美国科技巨头在疫情期间的大规模招聘。这些新员工的加入不可避免地导致标准的松动。

目前形势很好,但如同著名剧集所说,“凛冬将至”。早期,ASML在步进光刻机市场上挣扎,亏损数百万美元,仅靠政府补贴才得以生存。即便后来,行业频繁的周期性低迷也导致裁员。

公司的奋斗精神体现在其建筑设计上。办公室设计成可以分隔出租的形式,以防必要时租出去。

随着老一代领导人的退休——如自公司成立起就一直在职的首席技术官Martin van den Brink——我想人们会关心如何保持使公司成功的因素。

飞利浦这家ASML的老母公司命运就是一个警示,如果人们自满并失去原有文化,后果会怎样。飞利浦仍然在埃因霍温存在,名字随处可见。ASML的零件编号系统就来自飞利浦。当我参观ASML时,飞利浦正在进行快闪店,销售灯具和咖啡机。

但今天的飞利浦只是昔日辉煌的空壳,被繁文缛节和过度发明拖垮。

如果你想了解更多关于ASML的历史和崛起,我推荐Marc Hijink的 "Focus"一书,内容详尽且切中要点。

竞争对手

ASML在EUV领域拥有垄断地位,这种情况不会改变。该技术耗资数十亿美元,竞争者起步晚了20年。买家数量有限,无法收回研发投资。

ASML每年出货的大部分是标准的DUV TWINSCAN设备。这些DUV设备是行业的主力军,几乎为所有集成电路进行图案化,除了其最深、最密集的部分。

DUV设备确实面临来自日本尼康佳能的激烈竞争。这些公司历史上是市场领导者,现在仍然是强大的竞争对手。当然,中国的光刻机制造商如中微公司也在努力追赶,他们虽远远落后,但动力十足。

因此,ASML非常注重生产力和降低拥有成本。这就是TWINSCAN双扫描的理念。ASML的目标不是制造最漂亮或最便宜的机器,而是为客户提供最佳价值——最精确和最高效的机器。即便是一台价值十亿美元的机器,只要能够每小时准确处理足够多的晶圆,晶圆厂也会觉得值得。

机器制造

我对他们在洁净室中组装光刻机的过程感到好奇,但实际上并不应该感到惊讶。洁净室工厂让我想起了一个非常明亮、非常干净的家得宝商店。工人们穿着蓝色或白色的防护服来回走动,有时还带着设备。

顺便说一句,尽管ASML的产品是实体设备,但似乎只有少数员工在工厂车间工作。大多数员工在办公室工作,涉及销售、软件等。

在几条走廊下,有这些中等大小、光线充足的房间。每个房间里都有一台正在组装的EUV或DUV系统,就像医院病房里的病人一样。机器根据客户要求的模块进行组装,然后进行测试。客户审核数据和模拟测试,并确认通过。

之后,机器在八到十天内被拆解成模块。ASML再将这些部分小心翼翼地运输到客户的工厂。客户收到机器部件后,另一团队会在更长时间内仔细组装,再进行最终规格检查,如果一切正常,机器就交付给客户。

在我参观期间,ASML正在组装一些高数值孔径(High-NA)EUV机器。因此,我首先看到了这些模块。容易辨认的模块有激光器、光源、照明光学、掩模台、投影光学和晶圆台。

简单来说,激光器在光源中产生EUV光,光在照明模块中均匀分布,接着反射到掩模/掩板上,获得芯片设计信息。然后光在投影模块中被缩小,最终照射到晶圆上。

“野兽”

我非常荣幸地见到了“野兽”——一台完全组装的高数值孔径EUV机器(High-NA EUV),型号为EXE:5000。“野兽”在ASML工厂内有自己的房间,大约两层楼高,是一个由电线、管道、管子、闪烁的灯光和金属框架组成的庞然大物。我见到它时第一句话就是:“这东西太疯狂了!”

这还不是全部。驱动激光器,一台德国公司Trumpf生产的大型二氧化碳激光器,放在附近的房间里。这些和其他次级设备占据了整整两层楼。

金属特别引人注目——闪亮的不锈钢,看起来像是刚从数控铣床中取出来的。无论你在哪里看这东西,都能看到明亮的钢材和粗糙、锋利的边缘。

在“野兽”的房间里,你会听到泵一直在嗡嗡作响——像吸尘器一样。我被告知你会习惯这种声音。

“野兽”大到有自己的梯子和平台,可以爬到顶部俯瞰各个模块,比如光源。

旧的低数值孔径EUV机器将光源放在机器底部——可以称之为“腹部”。“野兽”将光源升高到“脊柱”末端,这样可以减少一面镜子,因为每面镜子会减少30%的EUV光功率。我预计这个创新最终也会应用到低数值孔径EUV机器上。

机器从低数值孔径重新设计。现在知道EUV光收集镜需要定期更换,设计师们重新调整了结构,使更换镜子更容易。

晶圆台与旧机器相同。但由于掩模场尺寸减半,掩模台被设计成移动速度加倍,以弥补生产力的下降。它移动得如此快,你难以置信它同时还能做到纳米级的精确。

机器的整个顶部可以升起并重新放置在自己身上。我喜欢这个小设计。这是通过洁净室内的定制自动引导起重机完成的。是的,它需要一个起重机。

我不确定我参观时“野兽”是否在运行。但比利时研究机构IMEC和ASML正合作开发高数值孔径EUV生态系统,其中包括为潜在客户提供试验晶圆的试点生产线。

此外,我确实认为台积电最终会购买这些机器。大多数分析师与我一致,甚至最初持怀疑态度的分析师也同意。台积电喜欢这项技术,只是不喜欢价格。

如果仅此而已,我相信他们会弥合差距,把“野兽”带到台积电的晶圆厂。

超高数值孔径

我们接下来会去哪?

EUV之后没有更短的光波长了。你已经到了X射线,现在这种东西很难用镜头投影和操控。光学是ASML的一切,他们似乎不相信电子束直写。

所以,接下来是超高数值孔径EUV。但这是否意味着机器会变得更大?几年后,我会站在更大的“野兽”面前吗?

ASML的人知道这不可行,他们正在讨论如何防止机器再次膨胀。我们拭目以待他们能想出什么绝妙的技巧。

ASML花了10年时间研发高数值孔径EUV。如果ASML现在决定研发超高数值孔径EUV,并且需要类似的发展周期,那么公司——以及整个行业——对其光刻技术的未来至少要到2040年才会有某种模糊的清晰度。

结论

目前ASML知道高数值孔径EUV现在并不完全奏效,有许多问题。网络上有不少怀疑声音。然而,公司以前也面临过类似的怀疑。TWINSCAN、193纳米浸没和EUV起初都不起作用。第一台EUV机器需要23小时才能图案化一片晶圆。今天最好的EUV机器每小时可以处理180片晶圆。

关键是要开始并与晶圆厂和整个半导体生态系统紧密合作,最终实现目标。如果有实现目标的路径,那就足够了。

对我来说,这正是我们都需要在生活中拥有的那种技术乐观主义。