四月二十二日清晨,《天下》記者坐著計程車在荷蘭第五大城恩荷芬(Eindhoven)城郊,綠草如茵的鄉間穿梭,前往世界半導體設備第一大廠艾司摩爾(ASML)總部。
車上播放的荷蘭語新聞廣播,突然連珠炮地提到「ASML」,顯然有大事發生。
抵達時,瘦高的德籍公關米卡(Niclas Mika)告訴記者,他們剛發布新聞,一位「美國大客戶」,承諾將採購十五台艾司摩爾的極紫外光(EUV)微影機台。
以一台EUV機台九千五百萬歐元的訂價計算,這可是一筆價值四九五億台幣的大訂單。
這個好消息來得正是時候。今年是艾司摩爾花了三十年時間,耗資九十億歐元研發的EUV機台投入市場的關鍵年。但是市場仍有不少看衰的聲音。身為業界龍頭的英特爾這一出手,雜音頓時一掃而空。
最倒楣的,是一位新入行的歐系分析師,他剛發表一份長達五十多頁的研究報告,力主EUV機台在二○一八年之前都乏人問津。結果馬上被狠狠打臉。
當天早上,這位菜鳥分析師還打電話進艾司摩爾總部問了半天。「他想問出一些東西,來證明他沒錯得這麼離譜,」一位艾司摩爾法人部門主管忍著笑告訴《天下》記者。
結果當天,艾司摩爾在美國納斯達克的股價一舉大漲一○.七%。高達四五三億美元(約一.四兆台幣)的市值,甚至幾乎是半導體設備第二大廠——美國應用材料市值二三七億美元的兩倍之多。
事實上,艾司摩爾過去五年的股價,已漲了二四九%。讓這家業界之外籍籍無名的專業設備廠,成為僅次於皇家殼牌石油以及聯合利華的荷蘭市值第三大公司。
EUV:半導體業的終極武器
這全靠總部後頭那棟最高機密的巨型廠房,裡頭身穿無塵衣的員工正在組裝,如同貨櫃車般大的EUV微影系統3350B之賜。這是令全球半導體業引頸期待的「終極武器」。
台積電、英特爾都寄望,這台史上最昂貴的「工具機」,會在二○一七年開始試產的七奈米製程大發神威,成為主力機種。
全球每年生產上百億片的手機晶片、記憶體,數十年來都仰賴程序繁瑣,但原理與沖洗照片類似的曝光顯影製程生產。
其中以投射出電路圖案的微影機台最關鍵、也最昂貴。過去十多年,全球最先進的微影機,都採用波長一九三奈米的深紫外光,然而英特爾、台積電量產的最先進電晶體,大小已細小到僅有數十個奈米。這形同用同一支筆,要寫的字卻愈來愈小,最後筆尖比要寫的字還粗的窘境。
要接替的「超細字筆」,技術源自美國雷根時代「星戰計劃」,波長僅有十三奈米的EUV;依照該技術的主要推動者英特爾規劃,二○○五年就該上陣,量產時程卻一延再延。
因為這個技術實在太難了。EUV光線的能量、破壞性極高,製程的所有零件、材料,樣樣挑戰人類工藝的極限。例如,因為空氣分子會干擾EUV光線,生產過程得在真空環境。而且,機械的動作得精確到誤差僅以皮秒(兆分之一秒)計。
最關鍵零件之一,由德國蔡司生產的反射鏡得做到史無前例的完美無瑕,瑕疵大小僅能以皮米(奈米的千分之一)計。
這是什麼概念?艾司摩爾總裁暨執行長溫彼得(Peter Wennink)接受《天下》獨家專訪時解釋,如果反射鏡面積有整個德國大,最高的突起處不能高於一公分高。
「滿足這類(瘋狂)的要求,就是我們的日常工作,」兩年前由財務長接任執行長的溫彼得說。
因為EUV的技術難度、需要的投資金額太高,另外兩大微影設備廠──日本的Nikon和佳能,都已放棄開發。艾司摩爾儼然成為半導體業能否繼續衝刺下一代先進製程,開發出更省電、運算速度更快的電晶體的最後希望。
「如果我們交不出EUV的話,摩爾定律就會從此停止,」溫彼得緩緩地說。因此,三年前,才會出現讓艾司摩爾聲名大噪的驚天交易。
英特爾、台積電、三星等彼此競爭的三大巨頭,竟聯袂投資艾司摩爾四十一億、八.三八億、五.○三億歐元。(台積電已於今年五月出售艾司摩爾的五%持股,獲利二一四億台幣)
溫彼得解釋,當時各大廠都要求EUV的研發進度加快,他告訴這些顧客,「希望加快EUV的研發進度,我們就得加倍研發支出。」
於是,艾司摩爾研發經費倍增到現在的每年十三億歐元的規模。多出的一倍,艾司摩爾自己出一半,三大半導體巨頭合出另一半。
「能夠讓顧客幫你買單,製造做到最厲害就是這樣了,」台灣半導體設備大廠,帆宣總經理林育業佩服地說。
「ASML(在半導體業)的關鍵地位,真是無與倫比,」上銀董事長卓永財也表示。
十三年前的上一場革命
半導體業上一個革命性變革,發生在十三年前。現任台積電研發副總、世界微影技術權威林本堅,在當時力排眾議,認為將市面既有的一九三奈米微影透過水折射,效果可較當時被期待接棒的一五七奈米為佳。
艾司摩爾也迅速呼應台積電,一年後,推出世界第一台以水為介質的浸潤式微影實驗樣機。該技術大受歡迎,迅速成為業界主流,日本的Nikon與佳能投入鉅資研發的一五七奈米微影技術,竟從此被擱置。
這是這家半導體設備業的後起之秀,成為世界第一的關鍵轉折。該公司在微影市場的市佔率因此從二○○一年的二五%,一路快速爬升到現在的八○%。
為何在歷史性的關鍵時刻,艾司摩爾可迅速抓住機會,並達成技術的跳躍發展?
溫彼得對這個問題胸有成竹, 「這得歸功於我們『開放式創新』(open innovation)的架構。」
最關鍵技術 自己發展
日本一橋大學創新研究中心教授中馬宏之,曾對日本微影雙雄的敗因深入檢討。他在研究論文指出,艾司摩爾微影機台有九○%以上零件向外採購,比例遠比競爭對手Nikon與佳能為高,「這種獨特的採購策略,是艾司摩爾成為市場領導者的關鍵。」
中馬宏之認為,高度外包的策略,讓艾司摩爾可以快速取得各領域最先進的技術,讓自己專注在客戶的需求,以及系統整合等兩大關鍵重點。
這種大膽的外包策略,最大的隱憂在於,半導體科技發展快速,每個供應商每一年都有嚴苛的新任務待達成,萬一有人掉隊,拖累整個系統的進度怎麼辦?
「有些(關鍵)技術我們得自己發展,」艾司摩爾總裁暨技術長布令克(Martin van den Brink)說,他是三十一年前艾司摩爾從飛利浦獨立出來的第一批工程師成員。
例如,兩年前台積電公開表示,EUV要商用化,全新光罩的原生缺陷(defect)還必須進一步降低十倍。否則製出晶圓的良率會低到市場難以接受。
不找供應商 找的是長期伙伴
布令克率領的技術團隊,針對這個重大的技術瓶頸,在今年推出革命性的可移動光罩薄膜(removable pellicle)技術,大受業界好評。
「我們只挑選最關鍵的部份來突破,」布令克得意地笑著。
二○一一年,艾司摩爾到台灣林口設立研發中心,並開始甄選台灣供應商。最後共有五家台廠入列,包括半導體設備廠帆宣,以及上銀旗下的大銀微系統。
帆宣南科廠內,無塵室裡頭組裝中一個個窗型冷氣大的機電模組,便是艾司摩爾當前主力機種,浸潤式微影機台的部件之一。造價不下於一台進口車。
艾司摩爾對品質要求極為嚴苛,帆宣投入研發初期,長達三年時間,只有極少量訂單。負責的主管苦不堪言,跑來問總經理林育業,「不要做了好不好?」
但通過考驗之後,艾司摩爾就當帆宣是「自己人」。其他美國大廠要求代工廠「一顆螺絲釘都不能變」,奉行「開放式創新」的艾司摩爾態度截然不同,「他希望你改,還會邀請你參與設計,」林育業說。
林育業接受訪問時,雖為能打入「高不可攀」的艾司摩爾供應鏈沾沾自喜,但他也一再認真地反問記者,「EUV是不是確定能量產?」
這充分反映當前業界的焦慮,不但擔心EUV能否克服所有技術障礙,達到量產要求;另一派更擔心即使EUV上陣,但高昂的生產、設計成本,會讓IC設計廠望之卻步。摩爾定律仍舊會因為經濟投資報酬率下滑而止步。
面對種種質疑,溫彼得依舊信心滿滿,要大家不要擔心,「我們會搞定的!」
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專訪艾司摩爾執行長 溫彼得
政府角色 在為企業製造胚胎
《天下》於四月造訪艾司摩爾荷蘭總部的一個多月後,回到台灣,在竹科外圍一棟辦公大樓,專訪艾司摩爾總裁暨執行長溫彼得(Peter Wennink)。以下是專訪摘要:
問:之前摩爾定律差一點因經濟理由走不去,但後來iPhone出現,推動業界對省電、高效製程的迫切需求,才逆轉局勢。造價高昂的EUV製程會不會遇到類似困境?
答:我有另一種看法,iPhone能出現,是因為浸潤式微影技術(造就的新一代省電處理器、高密度記憶體),這是真的。
人們常問我,「Peter,下一個殺手級應用是什麼?」
我都回答:我不知道。但我能確定一件事,當我們持續推動摩爾定律,讓晶片性能大幅提升,自然有人會找出用途。世界上有很多聰明人,賈伯斯是其中一個。
現在新一波的浪潮是物聯網,沒錯,物聯網所用的感測器不需要太先進的製程。但它們背後的基礎建設,更省電的伺服器、雲端硬碟非常需要。
問:艾司摩爾出自飛利浦。而當年的飛利浦是有名的高度垂直整合,樣樣自己做。你們為何會走出「開放式創新」的研發模式?
答:只有一個字就是:窮困(poverty)。窮困激發創意。
1984年,我們懷抱著顛覆產業的夢想,從飛利浦獨立出來。當時飛利浦經濟情況很糟,正執行一個很大規模的裁員計劃,沒辦法給我們經費。
那我們怎麼辦?我們去找政府爭取經費,去找供應商,告訴他們我們的構想,問他們一起做好嗎?我們跟你分享利潤。我們因此打造一個很大的研發網路。
艾司摩爾的供應商不只供應零件,還供應知識。我們還有很多研發伙伴,包括荷蘭的大學、歐洲研究機構。例如,我們跟距離不遠的比利時校際微電子研究中心(IMEC)關係很密切。他們永遠可以用很低的價格,拿到我們最新的機台;我們也可以藉此提前了解下一代晶片技術的需求。
問:飛利浦雖然已解體,但卻蘊育出艾司摩爾。請問荷蘭是怎麼做到的?可以給面臨後PC時代的台灣一些建議嗎?
答:長期對研發的持續投入非常重要,這也是我對荷蘭政府的建議,因為我認為荷蘭政府對於基礎研究仍不夠重視。
基礎研究主要該由政府、企業支持的法人機構進行,它們負責製造源源不絕的「胚胎」,企業承接之後再將之扶養成人。
企業應該與研究機構密切合作,拿到胚胎之後就該專注。為什麼艾司摩爾這麼成功,因為我們專注。
當初飛利浦樣樣都做,最後解體了。這證明大型企業巨人的時代已經不合時宜了。未來的主流該是企業、研究機構分工的「開放式創新」。(陳良榕採訪整理)
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