荷兰光刻巨头崛起对我国发展核心技术的启示

  光刻机是大规模半导体制造的核心设备。荷兰阿斯麦公司通过适时推动产品更新、专注关键技术攻关、打造上下游利益链、建立开放研究网络,在较短的时间内从激烈竞争中突出重围,成为光刻机领域的绝对龙头。

  光刻机是大规模集成电路制造核心设备,对芯片的工艺制程起着决定性作用。集成电路产业发展主力虽集中在美国、日韩、中国台湾等国家和地区,但全球最大的光刻机设备及服务提供商却是来自荷兰的阿斯麦(ASML)公司。阿斯麦仅用30年时间就在本领域建立起极高的技术壁垒,在45nm以下高端光刻机设备市场占据份额高达80%以上,在极紫外光(EUV)领域,目前拥有全球垄断地位。ASML在不具备先发优势的情况下如何逐步占据市场统治地位,对于启迪我国企业核心技术发展路径、培育世界一流的高技术企业具有重要参考和借鉴意义。

  坚持产品代际革新获得技术垄断地位

  构建外延研发网络奠定初期技术基础

  AMSL仅用30年时间即发展成为光刻技术领域的“绝对王者”,其成长之路被业界誉为传奇。然而阿斯麦早期发展并不顺利,面临着市场饱和与资金短缺的双重压力。市场方面,除尼康和佳能在当时占据了全球超过80%的市场份额外,还有GCA、SVG等十几家光刻机厂商,市场竞争激烈。资金方面,产业发展环境恶化,加之企业产品技术过时,导致企业资金链几近断裂。在市场夹缝和生存逆境下,企业开始对外寻求政府支持和研发合作,拓展了外延的研发网络,一方面与供应商建立了利益分享机制,另一方面与研究机构、科研院校建立了互惠合作关系。在欧洲信息技术研究与发展战略计划的支持下,阿斯麦与合作伙伴共同参与了多个项目的研究,推出了在当时具有重大技术突破的PAS 5500,为新一代产品奠定了坚实的技术基础。

  研发浸润式微影设备获得重大技术突破

  ASML获得市场主导地位的关键转折点是193nm浸润式微影设备(immersion lithography)的研发和面世。2002年前后,摩尔定律的延续遇到瓶颈,传统的193nm光刻机无法将芯片制程推进至65nm以下,而尼康和佳能研发的157nm光刻机又难以获得理想的效果,于是台积电工程师提出,以水为介质制造浸润式光刻机。尼康、佳能等日系厂商决策较为保守,对这种颠覆性技术路径持观望态度,而ASML却敢为人先,决心投入研发。经过三年与台积电的联合攻关,首台具有颠覆性意义的浸润式光刻机Twinscan XT研发成功,浸润技术改写了半导体十几年来的发展蓝图,拉动阿斯麦市场占有率由2001年的25%一路攀升至80%。

  借力攻关EUV设备 形成全球技术垄断

  继浸润式微影设备之后,极紫外光(EUV)设备的研制成功,使阿斯麦进一步取得该领域的技术垄断地位。2005年前后,摩尔定律的延续再度陷入停滞。极紫外光刻技术虽被认为是制程突破10nm的关键,但技术难度和投资金额极高,让尼康和佳能几近放弃。在此情况下,ASML仍坚持投入研发,并积极向外寻求研发支持。在政府经费方面,阿斯麦从欧盟第六框架研发计划中获得2325万欧元研发资助;在合作伙伴方面,ASML提出“客户联合投资专案”,以23%股权向英特尔、台积电、三星等客户筹得53亿欧元研发资金,并向股东提供设备的优先使用权;在合作研发方面,联合3所大学、10个研究所、15个欧洲公司共同开展“More Moore”项目,大大推进了EUV技术的研发进程。极紫外光刻设备研发成功后,成为目前世界上精度、生产效率最高的设备,ASML也成为全球唯一拥有EUV尖端技术的厂商。

  ASML发展核心技术的主要经验

  保持稳定战略目标 适时推动产品更新

  半导体行业周期性强、技术更新迭代快、投入回报期长,核心技术发展需要有稳定目标的牵引,也要有准确敏锐的判断决策力。并称“微影双雄”的佳能和尼康曾是阿斯麦强劲的竞争对手,但后期却将大量资金转投了投资回报快的数码相机领域,逐步失去了在光刻机领域的优势地位。美国GCA公司则因为产品更新迭代断档,被迫退出市场。与之相反,ASML始终专注于光刻机领域,持续更新符合市场需求的产品,在代际革新产品的攻坚战上具有异常坚定的信念和持之以恒的毅力,推出了PAS5500、TWINSCAN、TWINSCAN NXE等系列革命性产品,持续缩短工艺制程,目前在研发新一代1.5nm制程装备和技术。长期持续的研发攻坚和稳定的战略目标,使其在光刻机领域建立了极为深厚的技术壁垒,也在人才储备、核心领导层等技术影响要素方面有了深厚的积淀,逐渐與大量竞争对手拉开差距。

  模块高度采购外包 专注关键技术攻关

  ASML把大多数模块、零部件委拖外包研发生产,将宝贵的人才和资源集中投入能够创造核心价值的技术中,即围绕客户需求开展关键技术研究和系统设计,一方面避免技术研发与市场需求脱节,另一方面使光刻机的研发和生产周期大大缩短。在客户需求分析方面,ASML建立了市场、产品、技术三大路线图,以保证精准把握、有效解决客户需求。首先由市场部门对客户要求的功能和期限进行评估,其次由产品部门研究符合客户所需功能的技术参数和特征,最后由技术部门研究产品路线图中所需的技术,主导新的研发方向。在核心技术研发方面,ASML基于客户需求研究结果,着重突破具有全局性影响的关键技术。例如,大客户台积电提出EUV的商用化需要将全新光罩的原生缺陷降低90%,否则晶圆的良品率难以达到市场要求。针对该项重大技术瓶颈,核心技术团队研发推出了革命性的可移动光罩薄膜技术,大大提升了EUV光刻机的生产性能和市场满意度。

  打造上下游利益链形成稳定利益共同体

  ASML通过资本市场运作构建利益链条,与产业上下游供应商和客户建立了密切的合作。在供应商方面,ASML通过并购将具有战略意义的光学系统厂商进行垂直整合,通过投资、入股等方式与重要厂商开展战略合作,获取新一代光刻系统核心技术。例如,入股卡尔蔡司SMT子公司并投入大量研发资金,以获得EUV反射镜片;收购美国光源技术公司Cymer,获得公司量产EUV的决定性技术。在客户方面,以接受股东注资的方式引入英特尔、三星、台积电等全球半导体巨头作为战略合作方,并给予股东优先供货权,从而结成紧密的利益共同体,在共享股东先进科技的同时降低自身的研发风险。

  建立开放研究网络下合理共享研发成果

  ASML依托自身的资源和技术积累,主导打造了囊括研究机构、高等院校、合作伙伴的巨大开放式研究网络,并通过建立特有的专利制度管理知识产权和研究成果。在合作研究方面,共享用于促进研发的大量背景技术和知识,并联合研究机构和供应商共同参与设计,鼓励合作伙伴进行产品改善和技术创新,这与部分日、美系厂商要求的“一颗螺丝钉的位置也不能变”的研发策略不同。在专利管理方面,ASML采取“宽窄结合”的知识产权保护策略,涉及光刻机系统集成及整体架构方面的专利保护范围较宽,涉及光学镜头、传感器等具体零部件方面的专利保护范围较窄,即ASML将专利保护范围限定在光刻机领域,合作伙伴可将具体模块专利用于其他领域,形成良性促进的技术合作机制。

  对我国产业发展核心技术的启示

  分类施策,视不同情况选择技术发展模式

  由于高端装备的技术壁垒、竞争壁垒及市场认可壁垒极高,全球高端市场基本被欧美、日韩等发达国家巨头所掌控,我国多生产中低端产品或外围装备,高端设备自给率较低,与ASML的发展条件与发展环境并不完全相符,因此需要在厘清产业现状的基础上分类施策,在不同时期或情境下,有的放矢地借鉴ASML的垂直整合、高度外包、合作结盟的技术发展模式。对于资本实力雄厚、意图通过补短板完善战略布局的企业,可以采取投资并购等垂直整合模式,快速进入某技术领域,发挥集团综合效益,但该模式对资本实力要求较高,且由于瓦纳森协议对中国的技术禁运限制,因此该模式目前在我国适用范围较窄;对于在某领域拥有核心技术或占据绝对优势地位的企业,可以建立以该企业为核心的价值链条,链条上的其他企业围绕核心企业开展基础技术及应用研究,该模式对于核心企业的技术水平要求较高;对于在某领域具有一定技术优势的产业链上下游企业,可以采取合作结盟、抱团发展的策略,共同推动核心技术的研发。

  使优者联立,构建多主体深度合作的战略创新联盟

  借鉴ASML早期发展模式,在企业初具技术实力和规模时,鼓励企业开展上下游合作,在政府指导下建立多方战略联盟,共同促进技术创新。一是构建外延开放的企业创新网络。单个企业在创新中容易陷入重复投入、资源浪费的怪圈,组织产业链上下游企业、研究机构、高校等开展战略合作,有助于避免低水平重复研究。战略联盟应以产业需求为导向,建立优势技术互补和利益共享机制,在核心和薄弱技术领域分摊巨额研发费用,共同推动基础和应用领域创新。二是建立差异化的专利保护策略。针对系统性与分模块的技术领域,实施不同程度的知识产权保护,使分模块的研发成果能够用于其他领域,以强化合作伙伴的研发积极性。三是纳入保证采购条款。战略联盟合作应纳入保证采购的相关条款,在同等质量下鼓励下游厂商选用本土技术和设备,以保证市场需求的稳定性。

  促强者恒强,建立以核心企业为主导的产业技术链

  借鉴阿斯麦中后期发展模式,在企业拥有全球领先的核心技术及产业地位时,在政府指导下搭建以核心企业为主导的产业技术链,以模块化分工外包为手段,与供应商、研究机构、高校构筑利益生态,形成从基础研发、零部件研发制造到核心部件研发制造的技术链,推动核心技术持续深入发展,促进分模块技术协同发展。一是专注核心技术,创造核心价值。鼓励核心企业建立客户技术需求路线图,专注产生核心价值的技术研发,将部分非核心的模块组装、零部件制造等业务委托外包生产。二是强化与供货商的协作,鼓励供货商参与技术改善与创新。支持企业建立严格的供货商认证评估制度,强化对于供货商在产品质量、技术水平、成本管控、物流时效等方面的评估,将成熟可靠的供货商纳入企业研发生产体系,为其提供技术支撑,并鼓励供应商深度参与技术改善。三是鼓励以核心企业为主导的基础和应用研究。支持企业以资助研究项目、联合高校设立专业等方式,推动基础和应用研究,为企业乃至价值链整体发展作好战略储备。

  优化政策環境,建立技术创新协同服务平台

  借鉴荷兰高技术领域产业扶持政策,建立由政府、咨询机构、金融机构、科研院所等协同参与的技术创新服务平台。一是坚持以需求为导向。在了解产业共性技术和企业重大需求的基础上,确定关键技术领域和应用领域的优先顺序,为政府确定产业资金支持方向提供建议。二是促进技术的转移和扩散。鼓励产业链上下游相关企业、科研院所协同参与平台支持的合作研发项目,并建立研究成果知识库,扩大创新成果的辐射面。

  张金颖 安晖

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