KLA:芯片制程控制之王
2021-10-02 10:04

KLA:芯片制程控制之王

本文来自微信公众号:金捷幡(ID:jin-jiefan),作者:金捷幡,题图来自:视觉中国


KLA(科磊)是个很难写的公司,但作为“卡脖子”美商三强之一,又是很难绕开的话题。这篇文章,将试图避免描述复杂的量测技术细节,还是以创始人为主干勾勒KLA称霸的路途。


一、穷孩子早当家


2006年10月17日,KLA创始人Ken Levy(“KL”)因期权丑闻被迫离开了这家自己掌舵超过三十年的公司,而另一位创始人Bob Anderson(“A”)比他早走了十多年。


Levy的父母都是初中没毕业的残障人士,靠经营打印店为生。他说自己下学后都没时间玩,因为要帮助照顾家里的小生意。但这些经历,如同mini MBA那样教会他如何做小生意,而KLA的业务正是以“小生意”组成的。



Levy的父母并没有钱送他去上大学,所以他上的是当时极少有的免费大学:纽约城市学院。


毕业后,Levy去雪城大学读了硕士,同时他勤工俭学在贝尔实验室做技工。那时是60年代末,贝尔实验室如日中天,钱多到花不完:据说全美电话费的1%会给到贝尔实验室。


在那里,Levy学到了识别什么是牛人,而和牛人一起工作是多么的开心。这也形成了KLA后来的招人风格。


二、结缘半导体


显然,Levy的简历并不足以让他毕业后进贝尔实验室。他的第一份正式工作是在一家叫Link的做飞行模拟器的公司,而且一干就是6年。


那时的计算机做模拟器性能显然是很烂的,Levy说他连计算器都没有而是用计算尺。但是时代刚好让Levy参与了阿波罗登月的模拟还有和IBM合作,这等于有机会触到技术之巅。


Link里的几位大侠辞职创立了Computervision(CV)——CAD的先驱公司之一。创始人给了Levy很好的条件强烈请他加盟,而Levy原本已经计划好脱产去读博士。


和其它初创公司一样,CV有远大的梦想,但是也要先赚些小钱养活自己,因为CAD需要巨额的前期研发费用。


利用CV的光学技术,Levy搞起了晶圆自动对齐。早期的光刻机也叫对齐机(Aligner)。那时做芯片远没今天这么高大上,各厂用手工对齐套刻很普遍。Levy从K&S购买标准设备,然后改成自动对齐后再卖。


由于公司小,Levy不光做设计和加工,自己也做销售。他跑遍了IBM、TI、Motorola、仙童和国半等当年的巨头。


据他回顾,英特尔当时因为太小,可以随随便便约到诺伊斯和摩尔等大咖。这种凡尔赛其实展示了KLA后来的一大成功因素:人脉(客户关系)


三、从Cobilt到KLA


也许是机缘巧合,Motorola那时也在用Cobilt的设备,但质量出了问题。Cobilt只是个十来人的加州小公司,Motorola建议他们和Levy合作解决问题,结果Levy就力主CV收购了Cobilt。


有了Cobilt,Levy不再受K&S的制约。Cobilt的发展很好,迅速成为全套半导体设备公司之一。


因为CV的CAD业务后来起飞赚钱到手软,看不上苦哈哈的芯片设备业务,就把Cobilt光刻卖给了应用材料(AMAT),沉积等业务卖给了东京电子(TEL)。那时是1975年,正是半导体的一次低潮期。


原本只是Cobilt代理商的东京电子,逐步成为沉积业务的大哥。但应材的光刻做砸了,这是他家CEO后来劝ASML放弃的起因。


由于对芯片行业的熟悉,Ken Levy认识到量测技术对制程非常重要,就拉着CV的CFO一起创业,那就是Anderson。所以新公司叫KLA——Levy是主心骨,所以占了两个字母。


创业并不容易,尤其在半导体的衰退期融资很难,Levy花了一年时间只拿到60万美元。


四、独特的赛道


KLA的第一款产品是关于掩模(Mask)的光学检测设备,来发现Mask上的不良或灰尘。这条产品线叫RAPID,比人工检测快了数十倍。


而这个产业需求,其它公司几乎都没发现或者不在乎,大家原本觉得Mask本来就是消耗品。Levy自己做过光刻又亲自在产线玩过,所以敏锐捕捉到这个切入点。


KLA的理念是发明别人没有但是又很需要的东西,这使得赛道上总是没有竞争者。在半导体设备行业,赢者通吃非常普遍,后来者要赶超非常难,而且检测本身是个很有商机的小领域。


KLA的第二个系列是WISARD,用于晶圆检测。


对行业的深入理解,加上传承自CV的先进光学和计算机图形技术,使得KLA一时几乎找不到对手。包括80年代辉煌中的日本芯片厂,也一样购买大量的KLA设备。


90年代开始,KLA的主攻方向由离线检测转到在线检测,这进一步提高了芯片良率和生产效率,而且抓住了90年代中的新一轮半导体投资浪潮。


To B客户的重要成功因素是粘性。离线设备如果出问题很容易被放弃掉,但在线设备是生产线的一部分,今天的产线从点亮到良率达标都得花1年~n年,设备被换型的概率极低。更不用说量测设备本身就是标定和控制其它设备稳定热机的关键。


五、按住竞争对手


虽然KLA发展势头良好,但Levy觉察到仍有一些其它公司在复制KLA的成功路径。每家都有自己的特色设备,而且和KLA的产品功能并不重合。


这些设备单品营业额都不大,对KLA来说自研替代设备投资回报比不佳,而且后发者难以抢到别人已经占的地盘。


所以,并购成为接下来的主旋律。


1996年,KLA合并了Tencor,纳入了优秀的薄膜测量技术以及流程诊断和产线管理技术。Tencor规模也不小,两家大概六四开而且业务互补,这样强强联合树立了KLA的王者地位。


1998年~1999年,KLA连续收购了干涉测量(德国Nanopro)、扫描电子显微镜(美国Amray)、产线图像管理(美国VARS)和硅片缺陷分析(美国Uniphase)等技术。


到了新世纪,KLA收购的脚步并没有减慢。据统计,迄今KLA-Tencor共收购了27家公司。


传统的通用型仪器公司如安捷伦等,根本不可能像KLA这样完全专注于芯片量测这个狭小市场,因此逐步退出了竞争。


日本Advantest等公司,则被挤压到专攻特定领域,比如DRAM和RF的测试。


六、业绩和风险


各种复杂繁多又尖端的量测技术和广泛的客户关系,形成了KLA又深又宽的护城河。KLA全球装机量近6万台,光每年的设备服务费就占了其1/4的营收。


KLA高达62%的毛利率和40%的运营利润率,让ASML都相形见绌。


2021年KLA的市场份额超过50%,而第二名只有10%多点。


但是,KLA的商业模式也不是无懈可击的。因为半导体制程技术日新月异,这迫使KLA需要不断投入高额研发经费做新的量测设备。


即使如此,在新技术(如EUV)引入时,还是不可避免有新杀入的玩家或新发明的检测技术,KLA一不小心就会在某个特殊领域失去先机。


事实上,KLA的市场份额曾经高达70%,毕竟赢家通吃也会发生在对手身上。


七、Levy的告别


在2006年,美国SEC启动调查KLA五年前的股票期权回溯授予问题,Levy作为董事长和CEO、总法律顾问一起下了台。


德高望重的前安捷伦CEO Ned Barnholt接棒Levy一直到今天,使得KLA波澜不惊。


这一年,很多公司包括Broadcom和McAfee等也遇到同样的指控,但被告中最有名的还是乔布斯。


幸运的是,苹果被查时社会舆论已经转向,广大投资者并不想看到科技股普跌。乔帮主只是做了道歉罚了三杯酒,安排苹果前CFO从董事会离职。


3个月后,第一代iPhone横空出世。


苹果对速度坚毅的追求,代替英特尔引领了半导体行业后来的大跃进,也间接使KLA的股价从金融危机的低点到现在翻了20倍。


本文来自微信公众号:金捷幡(ID:jin-jiefan),作者:金捷幡

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