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ASML如何执掌全球芯片命门?

ASML能游刃有余的秘诀是其独特的知识产权管理制度。

今年年初,中国半导体行业的一则新闻火爆朋友圈,2019年中国大陆或将迎来首台EUV光刻机。光刻机就是芯片核心的生产设备,制造芯片必须用到光刻机。光刻机也称掩模对准曝光机,曝光系统,光刻系统等,由紫外光源、光学镜片、对准系统等部件组装而成。在芯片加工过程中,光刻机投射光束,穿过印着图案的掩模及光学镜片,将电路图案曝光在带有光感涂层的硅片上,通过蚀刻曝光的部分形成凹槽图案,再进行沉积、蚀刻、掺杂,形成出不同的集成电路。光刻机需要在指甲盖大小的硅片上构建数以亿计的晶体管,精确到纳米级别。

全球仅有极少数的光刻机设备厂商能够研制出高端光刻机,主要是荷兰的ASML、日本的尼康和佳能三家,而ASML则占有全球高端光刻机的80%市场份额。在EUV极紫外线光刻机的市场几乎处于垄断地位,台积电、三星、英特尔等国际半导体巨头都是其客户。

ASML

由于EUV光刻机的生产难度和成本都非常大,导致ASML的EUV全年出货仅十几台,每台EUV的售价高达一亿美元,但依然需求旺盛,由于种种原因,中国大陆一直购买不到高端的EUV光刻机,中国半导体工艺进步缓慢,买不到先进的光刻机是主要因素。

然而,这样极其高端复杂的设备却是由一个成立时间不长,规模不大的“小公司”研发制造的。ASML总部位于荷兰Veldhoven,1984由飞利浦创立,1985员工只有100人,1995年完全从飞利浦独立,成为一家上市公司。此后20年,ASML不断创新和并购,目前已经成为高端光刻机的几乎唯一供应商,处于垄断地位。目前ASML拥有正式员工16000人,销售收入91亿欧元,毛利率高达41.8%。

光刻机的研发和制造极其复杂和精密,涉及到精密零部件多达几万个,对误差和稳定性的要求极高,难度丝毫不亚于大飞机。ASML的7000名研发人员又多是近年新招聘的,而ASML的光刻机属于全球最为高端的一种,根本没有模仿的对象,为推动摩尔定律继续,涉及到大量的基础研究,而之前这么少的人数操作这么大的项目,按照正常的逻辑,管理供应商都难以胜任。如此多的零件和核心技术,由一家公司垄断几乎难以相信。

ASML也因此成为研究现代企业科技创新的经典案例,它成功的秘诀就是独特的开放式创新和知识产权管理制度。

ASML公司90%的零件都是对外采购,公司把主要的研发力量集中在确定客户需求和系统整合上。

ASML的创新基于三大路线图,市场路线图、产品路线图、以及技术路线图。市场部门评估客户的需求,获得客户需要的功能和期限。产品部门研究什么样的参数和特征最容易实现客户需要的功能。技术部门研究实现产品路线图需要的技术,对每个产品类型都分别绘制这种技术路线图。

这些技术路线图主导研发的方向,研发部门根据技术路线图研发新的技术解决方案。

ASML的研究团队与全世界的大学和科研机构建立广泛的合作。开放式创新是ASML的核心价值观,与全世界的大学和科研机构合作,分享成果和风险,大家在最尖端的技术领域进行创新,各取所需,这些合作伙伴也可以将这些技术用于其他领域。

例如关于控制系统ASML在埃因霍芬理工大学就有六大项目,包括Observers forhigh-tech systems、Anticipated Model Adaptive Control、Controlof highly-dynamic commutated motors、Feedforward control for waferpositioning、Thermal control for Projection Optics in EUV Lithograhpy、Thermalmodeling, estimator design and control for immersion lithographic systems等。与ASML合作的大学和科研机构不计其数,不仅与大学和研究机构合作,ASML与供应商的合作也非常开放,向供应商提供大量的背景技术用于促进研发,乐于与合作伙伴分享自己的知识与技术,以最快和最有效率的方式促进创新,改善产品。

如此巨大的开放式研究的网络,如何驾驭和管理至关重要,ASML能游刃有余的秘诀是其独特的知识产权管理制度。

截止目前,ASML在全世界范围内约有12000件专利和专利申请,在中国的专利申请达到1326件。ASML的专利策略也非常独特,几乎所有的专利集中在光刻机及其零部件上。笔者看了一些ASML专利的具体内容和权利要求,两大特点比较有意思。

专利的保护范围宽则恒宽,窄则恒窄。在涉及光刻机系统集成和整体结构方面的专利,保护范围非常宽,而在具体的零部件上的保护范围又显得特别窄。

在专利布局策略上,只要创新性高,把保护范围写得宽是自然,比如很多光学器件的成果既可以用在光刻机上,也可以用在摄影器材上。但ASML并不是完全遵循这个道理,例如涉及到光刻机整体架构和系统,ASML的专利保护范围非常宽,只要采用类似的架构就会侵权。但具体的零部件ASML似乎有意把权利要求范围写得“窄”,应用范围多数只限定在光刻机领域,比如把一些光学镜头和传感器用在其他领域,虽然采用了ASML的技术,但不在ASML专利的打击范围了。

这就是ASML与合作伙伴能深度合作的秘诀。自己向供应商和研发合作伙伴开放分享技术,但自己只拿属于光刻机的部分,只申请光刻机应用方面的专利。合作伙伴可以将这些应用在光刻机领域的尖端技术应用在其他领域,申请其他领域的专利,开拓市场,大家各取所需,相互促进。

这也是为什么ASML几乎是高端光刻机零件的唯一买家,还有那么多供应商和研究机构、大学愿意合作,因为得到的不仅是一个订单,而是可以用于其他领域的尖端技术。

ASML这样一家“小公司”,竟然能独步全球,几乎垄断如此复杂、精密的高端光刻机项目,堪称科技创新领域的奇迹,其独特的开放式创新模式和知识产权管理制度值得研究和学习。

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