真正掐住台積電脖子的企業艾司摩爾(ASML)

艾司摩爾

艾斯摩爾(美股代碼:ASML)光刻機 ,一台光刻機要價一億歐元(約1.2億美金,這是目前出貨型號的價格,會隨功能及型號而有不同),而且有行無市,有錢不一定買得到。

請特別注意:光刻機和蝕刻機是完全不同的兩種設備。艾斯摩爾生產的是光刻機。

艾斯摩爾的股價和估值

它是目前全球最大的半導體設備商,公司只有一項產品。股價和估值如下:

  • 過去五年,它的股價漲了近700%, 過去十年,它的股價漲了近1,115% ;如下圖所示,來自谷歌財經。
  • 它目前的市值是美金3,200億
  • 股價營收比16.65
  • 本益比53

直正的獨佔型企業

光刻所扮演的角色

光刻的重要性如何?光刻只是籠統的用語,其中包括許多的環節,光刻機(又稱為曝光設備)是其中最重的硬體設備。另一個即是重要的半導體化學品材料光刻膠,而光刻膠材料佔總成本佔比約為5%左右。

在整個晶片製造過程中可能需要進行數十次的光刻,光刻工藝成本占到整個晶片製造工藝的35%,耗時約佔整個芯片生產環節的40%-50%;視不同的先進製程和工藝而會有差異。

艾司摩爾有多重要?

曝光設備佔所有先進製程製造設備成本22% 左右,也佔製造⼯時20%左右。另⼀⽅⾯全球僅艾斯摩爾⽣產先進極紫外光曝光(EUV)設備,EUV⼜是進入10奈米以下先進製程的必備關鍵。

⽬前艾斯摩爾已推出三代的EUV設備,分別是 TWINSCAN NXE: 3400B、NXE: 3400C、NXE: 3600D,數值孔徑都為 0.33。理論上三代 EUV曝光設備⽣產的晶片精度最多 2 奈米左右,⼀旦進入2奈米節點以下,也就是埃米(1 埃米=0.1 奈米)時,艾斯摩爾必須研發更⾼精準度的曝光設備才⾏,稱為 High NA(⾼數值孔徑)EUV 曝光設備。2022~2023年開始提供的下⼀代⾼精準度 EUV 曝光設備型號NXE: 5000,0.55⾼數值孔徑EUV曝光設備,每套售價⾼達4億美元。

有辦法繞過艾斯摩爾嗎?

DUV(深紫外光 曝光)機台雖然主要拿來使⽤在成熟製程的晶片,但包括台積電、三星電⼦,也能拿來⽣產10奈米以下製程的晶片。例如台積電在⽣產第⼀代7奈米製程(N7節點),透過DUV的193nm浸潤式ArF微影⽣產。浸潤式微影之父林本堅則認為,即使沒有高階昂貴的EUV,中芯以現有設備至少做到5奈米應該沒問題,打破外界只停留28奈米的刻板印象。

和台積電一樣,中芯就是用這種方法,早已經在2021年就成功出貨7奈米製程的晶片給客戶了,本文最後一段會再詳述事情的發展始末。

但使⽤DUV曝光機透過液體浸潤多重曝光後雖然可以能縮⼩線距,但是主要有以下幾大缺點:

  • 要做到與EUV的13.5奈米波⻑等效,也就是達到台積電7奈米製程的良率與成本,很困難。因為台積電在先進製上的良率是出名地高,這在業界大家都知道;只比它的成熟製程差一點,但沒有很大。三星在新的先進製程上,就比較正常,也就是良率和成熟製程的良率差距過大,這也是為何台積電毛利較高、客戶較多、市佔較高的主要原因之一。
  • 多重曝光的整個流程太過繁複、多出太多工序、冗長、耗時太長、出錯的機率就大────結果就是導致偏低的良率。
  • 多重曝光不可免地會增加電力、資源的耗損浪費,會大幅地拉低淨利。

這也是為什麼中芯強調過許多次,中芯事實上已經具備12奈米到7奈米較先進製程的能力,也經過內部實證工程上完全可行,但還是願意等艾斯摩爾極紫外光曝光(EUV)設備的主要原因────因為不符合成本和經濟效益。 關於這部份,建議您可以參考我的另一篇部落格文章《台積電(TSMC)的2大長期威脅》的說明。

真正掐住台積電脖子的企業

我為什麼會這麼說呢?

  • 台積電(美股代碼:TSM)也有許多關鍵的供應商,這也是事實。但大部份最多也是寡佔性的(有不只一個供應商的意思)、或者是仍可找到替代方案、或者是他們有求於台積電者較多。
  • 沒有艾斯摩爾的極紫外線(EUV)光刻機,台積電所有7奈米以下的較高階(這也是它絕大部份的營收來源)製程,就得立即停擺,不只沒有其它供貨廠商可以取代,而且完全沒有任何替代方案。
  • 看看中國大陸的中芯,它有錢、有人、有市場、有客戶;唯一缺的就是艾斯摩爾的極紫外線(EUV)光刻機。如果艾斯摩爾宣佈立即同意出貨它的極紫外線光刻機給中芯,我們可以很有把握的說,台積電的股價會立即大幅下跌,而且會持續進探底。相反地艾斯摩爾自己的股價,和中芯的股價則會立即向上大幅攀高,而且會持續創新高。

2022年彭博商業周刊(Bloomberg Businessweek)曾經做過專題報導,2020年佔全台用電量升至6%,預估2025年會達12.5%。艾司摩爾最先進的極紫外光微影設備,每台估計耗電約1百萬瓦(視機型而定),耗電量是前幾代設備的10倍以上,卻是最先進製程的唯一選擇,彭博估計台積電擁有超過80台的EUV設備。

競爭廠商

2020年全球光刻機總銷售量為413台。其中艾斯摩爾銷售258台佔比62%,佳能(美股代碼:CAJ)銷售122台佔比30%, 理光(美股代碼:NINOY) 銷售33台佔比8%。但理光和佳能目前的產品水準只約合艾斯摩爾較次一級的深紫外光源(DUV)等級的水準(艾司摩爾深紫外光源的光刻機還是可以賣去中國,因為沒有被美國管制)。按照銷售額來計算的話,因為最昂貴的極紫外線光刻機只有艾斯摩爾有能力製造,所以總的市佔率依次是91%、3%、6%。所以目前無論是理光還是佳能都無法對艾斯摩爾構成威脅。

公司的介紹

公司的由來

艾斯摩爾的光源來自於美國Cymer,光學模組來自德國蔡司,計量設備來自美國,但屬於德國科技,它的傳送帶則來自荷蘭VDL集團。一台光刻機90%零件都是透過全球採購,當中涉及到4個國家十多家公司,而下遊客戶的利益也與艾斯摩爾牢牢地綁在一起。艾斯摩爾執行長曾表示解釋,如果光刻機裡的反射鏡面積有整個德國大,最高的突起處不能高於一公分!可見光刻機有多精密了。

艾斯摩爾採用的台積電前研發副總經理林本堅所發明的「沉浸式光刻」方案打破了日本廠商在上一代光刻技術上所碰到的技術瓶頸,建立了在更高階微影光刻的優勢,從此壟斷這個行業。

艾斯摩爾的股東

2012年,英特爾(美股代碼:INTC)連同三星和台積電,三家企業共計投資52.29億歐元,先後入股艾斯摩爾,以此獲得優先供貨權,結成緊密的利益共同體。在2015年,第一台可量產的極紫外線光刻機樣機正式發佈,意味著在7奈米以下的先進製程,艾斯摩爾從此就再也沒有對手了!

真正獨佔的產品

我在《超級成長股投資法則》 一書裡面提過,商場上很少會有真正的獨佔廠商,主要是因為政府一定會介入,不可能讓這種事發生。而且只要是獨佔企業,獲利一定豐厚,因為一定具有漲價的權力,客戶只能任其宰割,艾斯摩爾一台美金1.2億的機器就是明證,而且 艾斯摩爾一年EUV產能僅十幾台。因此現實上,除了國營企業,各國幾乎都不可能有任何獨信的廠商。艾斯摩爾可說是我目前想得出來,真正超大型,在科技界,而又實質上獨佔的很少數的公司之一。

新一代的EUV極紫外線曝光機

High-NA EUV極紫外線曝光機是艾司摩爾最新一代微影設備,已於2022年正式出貨,這標示著艾司摩爾在0.55數值孔徑微影技術的道路上又向前邁出了一大步。這項設備是未來投入環繞閘極(GAA)技術和2奈米節點製程的關鍵微影設備,主要代工廠商英特爾、台積電、三星據報都已在進行安裝測試中。

⽬前艾司摩爾所推出的三代EUV極紫外線曝光機設備,分別是 TWINSCAN NXE: 3400B、NXE: 3400C、NXE: 3600D,數值孔徑都為 0.33。理論三代EUV極紫外線曝光機設備⽣產的晶片精度最多只能達2奈米左右,⼀旦進入2奈米節點以下,也就是埃米(1 埃米=0.1 奈米)時,艾司摩爾得研發更⾼精準度的曝光設備才⾏,稱為 High NA(⾼數值孔徑)EUV極紫外線曝光機設備。最新的下⼀代⾼精準度EUV極紫外線曝光機設備型號為 EXE: 5000,數值孔徑為 0.55,可⽤於 2 奈米節點以下晶片製造,如 1.4 奈米
(14 埃米)、 1 奈米(10 埃米)等製程。

之前的艾司摩爾EUV極紫外線曝光機一台要價1.2億美金,但這台最新的EUV極紫外線曝光機一台要價約4億美金。

順便值得一提的是,比利時微電子研究中心(IMEC)是艾司摩爾EUV極紫外線曝光機設備最主要的關鍵技術合作伙伴,艾司摩爾許多微影曝光的關鍵技術提供者就是IMEC。

西方世界靠艾斯摩爾卡住中國半導體

中芯的7奈米晶片早已量產

如本文先前所述,7奈米晶片的製造其實根本都不需要艾司摩爾的EUV機器,台積電的7奈米其實也沒有用到EUV光刻機。中芯的加密貨幣挖礦客戶MinerVa早就表示過,中芯的7奈米製程的晶片早就在2021年7 月就開始生產了。

艾斯摩爾對中國的政策

中芯2021年3⽉宣布,艾斯摩爾已經簽約的12億美元深紫外光(DUV)微影設備訂單,期限到2021年底。

艾斯摩爾先前一再表示對⼤陸出⼝曝光機維持開放態度,並在合乎法律框架下全⼒⽀持,除了EUV機台,其他產品都可以向⼤陸客⼾出貨。艾斯摩爾近年出貨到⼤陸市場占全球銷量3成,⽬前在⼤陸裝機量接近1,000台。

但日前已經傳出,美國為了徹底封殺中國大陸的半導體業,已經打算自2022年起,把禁令廷伸到成熟的製程。也就是說,一旦新禁令成真(這道新禁令衝擊太大,有可能會傷到許多的美國自己的廠商),艾斯摩爾連DUV微影設備都不能出口到中國大陸。

西方阻擋中國這招看來會功虧一簣

北京當局把半導體供應鏈去美化,當成「國家緊急狀態」(national emergency)事件處理。

在2021年6月,艾斯摩爾的執⾏⻑公開指出,對中國實施尖端光刻機的禁運,將導致中國⾃⾏研發製造,可能在3年後就能獲得技術突破,屆時將對全球光刻機市場造成震撼,甚⾄逼迫艾斯摩爾退出市場。⽽從過去的經驗來看,只要中國掌握這個技術,中國的⽣產成本會比國際上便宜,那時候艾斯摩爾可能就退出了世界光刻機市場。我要說的是,競爭對手對公司的評語不只最有參考價值,而且通常最為精準(巴菲特也曾經有過類似的看法)。

先前中國⼤陸國產光刻機的上海微電⼦(SMEE)從2020年中就已經宣稱進入28奈米與14奈米,只是當時的成品良率不高。但是11/26/2021中國大陸的媒體IT之家報導(台灣聯合報也曾引用轉載),富士康在山東青島的首座封測廠一口氣引進了46台大陸上海微電子國產完全自製的28奈米的光刻機。如果此消息屬實,那這的確是一項驚人的成就,代表中國大陸的國產光刻機才短短幾年就從90奈米一舉突破到了28奈米。

只不過大家要特別注意的是,目前交付的這些光刻機只能用於後段先進晶片的封裝,無法用於晶片製程的生產(美國人怕中國超越它,怕的是後面這個)。

艾司摩爾
credit:wikimedia

為何艾斯摩爾聽命於美國?

有了1980到1990年代在日本半導體領域力壓了美國將近二十年的慘痛經驗,美國政府將極紫外線技術視為推動本國半導體產業發展的核心技術,並不希望外國企業能參與其中。

後來艾斯摩爾同意在美國建立一所工廠和一個研發中心,以此滿足所有美國本土的產能需求。還保證55%的零組件均從美國供應商處採購,並接受定期審查。這也是為什麼美國能禁止荷蘭的光刻機出口中國的根本原因。

另一個很合理的理由是:ASML指出,該公司最尖端的光刻機當中,來自美國零件供應商的部份佔55%以上的比例。

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在〈真正掐住台積電脖子的企業艾司摩爾(ASML)〉中有 2 則留言

  1. 除了關鍵設備以外,還有上游的半導體設計軟體等都還是掌握在老美手中,除非中國單方面打算徹頭徹尾打造屬於自己矽晶片而不用依賴任何國外資源,不然我認為這齣戲還有得瞧。

    1. Steve您好,

      新春愉快,
      現在國把半導體自主化寫近國家計裡頭了,前兩天並召售了全球主要的半導體商成立統合平台,我認為中國是玩真的,而且也不得不.
      如果您有注意的話,其實過去一年歐商半導體主要廠商開始動員各方人馬,想說服中國不要建立自己的半導體產業鏈,因為如果中國一旦搞出自己的一套半導體供應鏈,以現在估計,會令全球的半導體供應鏈的廠外商少掉30%的生意.

      EDA先前的確很差,但近幾年己有幾家規模和堪用度還可以,前幾天已有第一家EDA的公司在中國止市,長期而言,這不會是問題,中國聰明人多的是,軟體不會是障礙,IP Library 短期較會是間題

      我個人看法,這是一條無法回頭的路,根本問題是白人不允許中國超越他們,日本不就是前車之鑑嗎.中國即使想買,白人不賣啊,這是政治問題,比商業考量的層次更高.

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