真正掐住台积电脖子的企业艾司摩尔(ASML)

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艾斯摩尔(美股代码:ASML)光刻机 ,一台光刻机要价一亿欧元(约1.2亿美金,这是目前出货型号的价格,会随功能及型号而有不同),而且有行无市,有钱不一定买得到。

请特别注意:光刻机和蚀刻机是完全不同的两种设备。艾斯摩尔生产的是光刻机。

艾斯摩尔的股价和估值

它是目前全球最大的半导体设备商,公司只有一项产品。股价和估值如下:

  • 过去五年,它的股价涨了近700%, 过去十年,它的股价涨了近1,115% ;如下图所示,来自谷歌财经。
  • 它目前的市值是美金3,200亿
  • 股价营收比16.65
  • 本益比53

直正的独占型企业

光刻所扮演的角色

光刻的重要性如何?光刻只是笼统的用语,其中包括许多的环节,光刻机(又称为曝光设备)是其中最重的硬件设备。另一个即是重要的半导体化学品材料光刻胶,而光刻胶材料占总成本占比约为5%左右。

在整个芯片制造过程中可能需要进行数十次的光刻,光刻工艺成本占到整个芯片制造工艺的35%,耗时约占整个芯片生产环节的40%-50%;视不同的先进制程和工艺而会有差异。

艾司摩尔有多重要?

曝光设备占所有先进制程制造设备成本22% 左右,也占制造⼯时20%左右。另⼀⽅⾯全球仅艾斯摩尔⽣产先进极紫外光曝光(EUV)设备,EUV⼜是进入10奈米以下先进制程的必备关键。

⽬前艾斯摩尔已推出三代的EUV设备,分别是 TWINSCAN NXE: 3400B、NXE: 3400C、NXE: 3600D,数值孔径都为 0.33。理论上三代 EUV曝光设备⽣产的芯片精度最多 2 奈米左右,⼀旦进入2奈米节点以下,也就是埃米(1 埃米=0.1 奈米)时,艾斯摩尔必须研发更⾼精准度的曝光设备才⾏,称为 High NA(⾼数值孔径)EUV 曝光设备。ASML首席技术长在2022年9月时已表示:2023年会交付首台High-NA EUV曝光机,也就是开始提供的下⼀代⾼精准度 EUV 曝光设备型号NXE: 5000,0.55⾼数值孔径EUV曝光设备,每套售价⾼达4亿美元。

有办法绕过艾斯摩尔吗?

DUV(深紫外光 曝光)机台虽然主要拿来使⽤在成熟制程的芯片,但包括台积电、三星电⼦,也能拿来⽣产10奈米以下制程的芯片。例如台积电在⽣产第⼀代7奈米制程(N7节点),透过DUV的193nm浸润式ArF微影⽣产。浸润式微影之父林本坚则认为,即使没有高阶昂贵的EUV,中芯以现有设备至少做到5奈米应该没问题,打破外界只停留28奈米的刻板印象。

和台积电一样,中芯就是用这种方法,早已经在2021年就成功出货7奈米制程的芯片给客户了,本文最后一段会再详述事情的发展始末。

但使⽤DUV曝光机透过液体浸润多重曝光后虽然可以能缩⼩线距,但是主要有以下几大缺点:

  • 要做到与EUV的13.5奈米波⻑等效,也就是达到台积电7奈米制程的良率与成本,很困难。因为台积电在先进制上的良率是出名地高,这在业界大家都知道;只比它的成熟制程差一点,但没有很大。三星在新的先进制程上,就比较正常,也就是良率和成熟制程的良率差距过大,这也是为何台积电毛利较高、客户较多、市占较高的主要原因之一。
  • 多重曝光的整个流程太过繁复、多出太多工序、冗长、耗时太长、出错的机率就大────结果就是导致偏低的良率。
  • 多重曝光不可免地会增加电力、资源的耗损浪费,会大幅地拉低净利。

这也是为什么中芯强调过许多次,中芯事实上已经具备12奈米到7奈米较先进制程的能力,也经过内部实证工程上完全可行,但还是愿意等艾斯摩尔极紫外光曝光(EUV)设备的主要原因────因为不符合成本和经济效益。 关于这部份,建议您可以参考我的另一篇部落格文章《台积电(TSMC)的2大长期威胁》的说明。

真正掐住台积电脖子的企业

我为什么会这么说呢?

  • 台积电(美股代码:TSM)也有许多关键的供应商,这也是事实。但大部份最多也是寡占性的(有不只一个供应商的意思)、或者是仍可找到替代方案、或者是他们有求于台积电者较多。
  • 没有艾斯摩尔的极紫外线(EUV)光刻机,台积电所有7奈米以下的较高阶(这也是它绝大部份的营收来源)制程,就得立即停摆,不只没有其它供货厂商可以取代,而且完全没有任何替代方案。
  • 看看中国大陆的中芯,它有钱、有人、有市场、有客户;唯一缺的就是艾斯摩尔的极紫外线(EUV)光刻机。如果艾斯摩尔宣布立即同意出货它的极紫外线光刻机给中芯,我们可以很有把握的说,台积电的股价会立即大幅下跌,而且会持续进探底。相反地艾斯摩尔自己的股价,和中芯的股价则会立即向上大幅攀高,而且会持续创新高。

2022年彭博商业周刊(Bloomberg Businessweek)曾经做过专题报导,2020年占全台用电量升至6%,预估2025年会达12.5%。艾司摩尔最先进的极紫外光微影设备,每台估计耗电约1百万瓦(视机型而定),耗电量是前几代设备的10倍以上,却是最先进制程的唯一选择,彭博估计台积电拥有超过80台的EUV设备。

竞争厂商

2020年全球光刻机总销售量为413台。其中艾斯摩尔销售258台占比62%,佳能(美股代码:CAJ)销售122台占比30%, 理光(美股代码:NINOY) 销售33台占比8%。但理光和佳能目前的产品水准只约合艾斯摩尔较次一级的深紫外光源(DUV)等级的水准(艾司摩尔深紫外光源的光刻机还是可以卖去中国,因为没有被美国管制)。按照销售额来计算的话,因为最昂贵的极紫外线光刻机只有艾斯摩尔有能力制造,所以总的市占率依次是91%、3%、6%。所以目前无论是理光还是佳能都无法对艾斯摩尔构成威胁。

公司的介绍

公司的由来

艾斯摩尔的光源来自于美国Cymer,光学模组来自德国蔡司,计量设备来自美国,但属于德国科技,它的传送带则来自荷兰VDL集团。一台光刻机90%零件都是透过全球采购,当中涉及到4个国家十多家公司,而下游客户的利益也与艾斯摩尔牢牢地绑在一起。艾斯摩尔执行长曾表示解释,如果光刻机里的反射镜面积有整个德国大,最高的突起处不能高于一公分!可见光刻机有多精密了。

艾斯摩尔采用的台积电前研发副总经理林本坚所发明的“沉浸式光刻”方案打破了日本厂商在上一代光刻技术上所碰到的技术瓶颈,建立了在更高阶微影光刻的优势,从此垄断这个行业。

艾斯摩尔的股东

2012年,英特尔(美股代码:INTC)连同三星和台积电,三家企业共计投资52.29亿欧元,先后入股艾斯摩尔,以此获得优先供货权,结成紧密的利益共同体。在2015年,第一台可量产的极紫外线光刻机样机正式发布,意味着在7奈米以下的先进制程,艾斯摩尔从此就再也没有对手了!

真正独占的产品

我在《超级成长股投资法则》 一书里面提过,商场上很少会有真正的独占厂商,主要是因为政府一定会介入,不可能让这种事发生。而且只要是独占企业,获利一定丰厚,因为一定具有涨价的权力,客户只能任其宰割,艾斯摩尔一台美金1.2亿的机器就是明证,而且 艾斯摩尔一年EUV产能仅十几台。因此现实上,除了国营企业,各国几乎都不可能有任何独信的厂商。艾斯摩尔可说是我目前想得出来,真正超大型,在科技界,而又实质上独占的很少数的公司之一。

新一代的EUV极紫外线曝光机

High-NA EUV极紫外线曝光机是艾司摩尔最新一代微影设备,已于2022年正式出货,这标示著艾司摩尔在0.55数值孔径微影技术的道路上又向前迈出了一大步。这项设备是未来投入环绕闸极(GAA)技术和2奈米节点制程的关键微影设备,主要代工厂商英特尔、台积电、三星据报都已在进行安装测试中。

⽬前艾司摩尔所推出的三代EUV极紫外线曝光机设备,分别是 TWINSCAN NXE: 3400B、NXE: 3400C、NXE: 3600D,数值孔径都为 0.33。理论三代EUV极紫外线曝光机设备⽣产的芯片精度最多只能达2奈米左右,⼀旦进入2奈米节点以下,也就是埃米(1 埃米=0.1 奈米)时,艾司摩尔得研发更⾼精准度的曝光设备才⾏,称为 High NA(⾼数值孔径)EUV极紫外线曝光机设备。最新的下⼀代⾼精准度EUV极紫外线曝光机设备型号为 EXE: 5000,数值孔径为 0.55,可⽤于 2 奈米节点以下芯片制造,如 1.4 奈米
(14 埃米)、 1 奈米(10 埃米)等制程。

之前的艾司摩尔EUV极紫外线曝光机一台要价1.2亿美金,但这台最新的EUV极紫外线曝光机一台要价约4亿美金。

顺便值得一提的是,比利时微电子研究中心(IMEC)是艾司摩尔EUV极紫外线曝光机设备最主要的关键技术合作伙伴,艾司摩尔许多微影曝光的关键技术提供者就是IMEC。

西方世界靠艾斯摩尔卡住中国半导体

中芯的7奈米芯片早已量产

如本文先前所述,7奈米芯片的制造其实根本都不需要艾司摩尔的EUV机器,台积电的7奈米其实也没有用到EUV光刻机。中芯的加密货币挖矿客户MinerVa早就表示过,中芯的7奈米制程的芯片早就在2021年7 月就开始生产了。

艾斯摩尔对中国的政策

中芯2021年3⽉宣布,艾斯摩尔已经签约的12亿美元深紫外光(DUV)微影设备订单,期限到2021年底。

艾斯摩尔先前一再表示对⼤陆出⼝曝光机维持开放态度,并在合乎法律框架下全⼒⽀持,除了EUV机台,其他产品都可以向⼤陆客⼾出货。艾斯摩尔近年出货到⼤陆市场占全球销量3成,⽬前在⼤陆装机量接近1,000台。

但日前已经传出,美国为了彻底封杀中国大陆的半导体业,已经打算自2022年起,把禁令廷伸到成熟的制程。也就是说,一旦新禁令成真(这道新禁令冲击太大,有可能会伤到许多的美国自己的厂商),艾斯摩尔连DUV微影设备都不能出口到中国大陆。

西方阻挡中国这招看来会功亏一篑

北京当局把半导体供应链去美化,当成“国家紧急状态”(national emergency)事件处理。

在2021年6月,艾斯摩尔的执⾏⻑公开指出,对中国实施尖端光刻机的禁运,将导致中国⾃⾏研发制造,可能在3年后就能获得技术突破,届时将对全球光刻机市场造成震撼,甚⾄逼迫艾斯摩尔退出市场。⽽从过去的经验来看,只要中国掌握这个技术,中国的⽣产成本会比国际上便宜,那时候艾斯摩尔可能就退出了世界光刻机市场。我要说的是,竞争对手对公司的评语不只最有参考价值,而且通常最为精准(巴菲特也曾经有过类似的看法)。

先前中国⼤陆国产光刻机的上海微电⼦(SMEE)从2020年中就已经宣称进入28奈米与14奈米,只是当时的成品良率不高。但是11/26/2021中国大陆的媒体IT之家报导(台湾联合报也曾引用转载),富士康在山东青岛的首座封测厂一口气引进了46台大陆上海微电子国产完全自制的28奈米的光刻机。如果此消息属实,那这的确是一项惊人的成就,代表中国大陆的国产光刻机才短短几年就从90奈米一举突破到了28奈米。

只不过大家要特别注意的是,目前交付的这些光刻机只能用于后段先进芯片的封装,无法用于芯片制程的生产(美国人怕中国超越它,怕的是后面这个)。

艾司摩尔

credit:wikimedia

为何艾斯摩尔听命于美国?

有了1980到1990年代在日本半导体领域力压了美国将近二十年的惨痛经验,美国政府将极紫外线技术视为推动本国半导体产业发展的核心技术,并不希望外国企业能参与其中。

后来艾斯摩尔同意在美国建立一所工厂和一个研发中心,以此满足所有美国本土的产能需求。还保证55%的零组件均从美国供应商处采购,并接受定期审查。这也是为什么美国能禁止荷兰的光刻机出口中国的根本原因。

另一个很合理的理由是:ASML指出,该公司最尖端的光刻机当中,来自美国零件供应商的部份占55%以上的比例。

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在〈真正掐住台积电脖子的企业艾司摩尔(ASML)〉中有 2 则留言

  1. 除了关键设备以外,还有上游的半导体设计软件等都还是掌握在老美手中,除非中国单方面打算彻头彻尾打造属于自己硅芯片而不用依赖任何国外资源,不然我认为这出戏还有得瞧。

    1. Steve您好,

      新春愉快,
      现在国把半导体自主化写近国家计里头了,前两天并召售了全球主要的半导体商成立统合平台,我认为中国是玩真的,而且也不得不.
      如果您有注意的话,其实过去一年欧商半导体主要厂商开始动员各方人马,想说服中国不要建立自己的半导体产业链,因为如果中国一旦搞出自己的一套半导体供应链,以现在估计,会令全球的半导体供应链的厂外商少掉30%的生意.

      EDA先前的确很差,但近几年己有几家规模和堪用度还可以,前几天已有第一家EDA的公司在中国止市,长期而言,这不会是问题,中国聪明人多的是,软件不会是障碍,IP Library 短期较会是间题

      我个人看法,这是一条无法回头的路,根本问题是白人不允许中国超越他们,日本不就是前车之鉴吗.中国即使想买,白人不卖啊,这是政治问题,比商业考量的层次更高.

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