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为何最好的光刻机来自荷兰,而不是美国?

   2023-05-16 北京华钛技术780
导读

在过去的几十年中,美国在半导体行业一直都处于霸主地位,但为什么美国没有一家光刻机顶级企业呢?在一个盛产风车和郁金香的国家,成立初期只有三十几个人的ASML是如何崛起的?这一切,要从半导体发展的三个历史阶段

 

在过去的几十年中,美国在半导体行业一直都处于霸主地位,但为什么美国没有一家光刻机顶级企业呢?在一个盛产风车和郁金香的国家,成立初期只有三十几个人的ASML是如何崛起的?这一切,要从半导体发展的三个历史阶段说起。
第一个阶段:

二十世纪六七十年代,也就是光刻机发展的早期阶段。

那时集成电路也刚刚发明不久,光刻工艺还在微米级别,工艺步骤也比现在简单很多美国是走在世界前列的。在那个对工艺要求并不高的年代,很多半导体公司通常自己用镜头设计光刻工具,光刻机在当时甚至不如照相机的结构复杂。
1969年,尼康开发了第一台光中继器,光中继器是晶圆步进机的前身。此后,尼康相继开发了光学测距设备、刻线机等。

1970年,佳能(Canon)发布了日本半导体历史上首台光刻机——PPC-1,正式宣布进军半导体领域。1975年,佳能推出了日本第一台接近式掩模对准器PLA-500。

这个时期的光刻机市场依然处于不成熟的阶段,主要由美国主导,日本的尼康和佳能才刚刚崭露头角。而在平静之后,即将迎来整个行业的狂风暴雨。
第二个阶段:

二十世纪八九十年代,半导体产业进行了第一次转移。

美国开始将一些装配产业向日本转移,以此扶植日本,而日本也抓住了机会,在半导体领域趁势崛起。在20世纪90年代前后,日本的半导体产业超过美国,成为全球第一,高峰时期占据了全球超过60%的市场份额,出口额全球第一。
1980年2月,尼康推出日本首个商用步进式光刻机NSR-1010G,它凭借先进的技术和良好的性能得到了众多客户的青睐,获得了相当不错的出货量。短短几年,尼康就追上了昔日的光刻机大国美国。

对光刻机来说,想要得到更小的曝光尺寸,就需要波长更短的光源。而在20世纪90年代,光刻机的光源波长一度被卡死在193纳米,摩尔定律也因此遇到了危机。
若要降低光的波长,从光源出发是根本方法。当时业界的焦点是157纳米F2激光,但157纳米光源在技术上也遇到了重重问题,而且对资金和人力的投入是非常巨大的。

此时,华裔科学家林本坚想出了一个解决问题的办法:既然157纳米光源难以攻克,不如从现有的193纳米光源入手,光由真空入水,水的折射率会改变光的波长——在透镜和硅片之间加一层水或者其他折射率合适的液体,原有的193纳米激光经过折射,不就可以直接越过了157纳米的天堑,降低到132纳米了吗?!
林本坚拿着这项“浸润式微影技术”跑遍了美国、德国、日本等国家,游说各家半导体巨头,均遭到了拒绝。当时各大光刻机厂商在传统干式微影上的投入巨大,不愿意冒着风险押注浸润式微影技术。

于是在夹缝中生存的ASML决定破釜沉舟、奋力一搏。仅用一年时间,在2004年ASML就拼全力赶出了第一台光刻机样机,并先后夺下IBM和台积电等大客户的订单,在技术上实现弯道超车,公司发展也由此步入快车道。
第三个阶段:

千禧年前后开始的。

1997年,美国能源部和英特尔牵头成立了EUV LLC联盟。联盟中的其他成员都是显赫一时的巨头,包括摩托罗拉、AMD、IBM,以及美国三大国家实验室。但,联盟中唯独缺少一家光刻机公司。
纵观美国国内的光刻机公司,早已在20世纪80年代与日本的竞争中惨败并一蹶不振,因此这些公司并不是理想的扶植对象。

但想掌握科技霸权的美国并不希望其他国家的企业参与进来,更何况是二十世纪八九十年代在半导体领域让美国颜面尽失的日本。相比之下,荷兰似乎是更好的合作伙伴。
最后,ASML同意在美国建立一家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%的零部件均从美国供应商处采购,并接受定期审查。

可以说,这家荷兰公司已经被深深地打上了美国的烙印,这也是美国能禁止荷兰的光刻机出口中国的根本原因。
    

 
(文/小编)
 
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