要知道為什么最好的光刻機來自荷蘭,而不是美國,得從半導體發(fā)展的三個歷史階段說起。

前言

在20世紀70年代初,荷蘭飛利浦研發(fā)實驗室的工程師們制造了一臺機器:一臺試圖像印鈔票一樣合法賺錢的機器。但他們當時并沒有意識到自己創(chuàng)造了一個“怪物”,這臺機器在未來的20年里除了吞噬金錢沒有做任何事情。

第一階段:上世紀60-70年代 早期光刻機

在光刻機的早期階段,美國是走在世界前面的,那時候還沒有ASML。

光刻機的原理其實像幻燈機一樣簡單,就是把光通過帶電路圖的掩膜(Mask,后來也叫光罩)投影到涂有光敏膠的晶圓上。早期60年代的光刻,掩膜版是1:1尺寸緊貼在晶圓片上,而那時晶圓也只有1英寸大小。

因此,光刻那時并不是高科技,半導體公司通常自己設計工裝和工具,比如英特爾開始是買16毫米攝像機鏡頭拆了用。只有GCA、K&S和Kasper等很少幾家公司有做過一點點相關設備。

60年代末,日本的尼康和佳能開始進入這個領域,畢竟當時的光刻不比照相機復雜。

70年代初,光刻機技術更多集中在如何保證十個甚至更多個掩膜版精準地套刻在一起。Kasper儀器公司首先推出了接觸式對齊機臺并領先了幾年,Cobilt公司做出了自動生產線,但接觸式機臺后來被接近式機臺所淘汰,因為掩膜和光刻膠多次碰到一起太容易污染了。

1973年,拿到美國軍方投資的Perkin Elmer公司推出了投影式光刻系統(tǒng),搭配正性光刻膠非常好用而且良率頗高,因此迅速占領了市場。[2]

1978年,GCA推出了世界上第一臺商用步進光刻機DSW4800(direct step to wafer)。該機器使用g線汞燈和蔡司光學元件。以10:1的比例將芯片線路成像到10毫米見方區(qū)域。機器價格為45萬美元。第一臺機器以37萬美元的價格賣給了德州儀器的研發(fā)部門。由于剛開始DSW4800生產效率相對不高,Perkin Elmer在后面很長一段時間仍處于主導地位。

第二階段:80-90年代 半導體產業(yè)第一次轉移

80年代左右,因為美國扶植,最開始是將一些裝配產業(yè)向日本轉移,而日本也抓住了機會,在半導體領域趁勢崛起。

在90年代前后,日本的半導體產業(yè)成為了全球第一,高峰期時占了全球60%多的份額,出口額全球第一,超過美國。

在那個芯片制程還停留在微米的時代,能做光刻機的企業(yè),少說也有數十家,而尼康憑借著相機時代的積累,在那個日本半導體產業(yè)全面崛起的年代,正是當之無愧的巨頭。

短短幾年,就將昔日光刻機大國美國拉下馬,與舊王者GCA平起平坐,拿下三成市場份額。

而后來尼康作為九十年代最大的光刻機巨頭,它的衰落,說來也充滿偶然,始于那一回157nm光源干刻法與193nm光源濕刻法的技術之爭。

當時的光刻機的光源波長被卡死在193nm,是擺在全產業(yè)面前的一道難關。

降低光的波長,光源出發(fā)是根本方法,但高中學生都知道,光由真空入水,因為水的折射率,光的波長會改變——在透鏡和硅片之間加一層水,原有的193nm激光經過折射,不就直接越過了157nm的天塹,降低到132nm了嗎![3]

林本堅拿著這項“沉浸式光刻”方案,跑遍美國、德國、日本等國,游說各家半導體巨頭,但都吃了閉門羹。

當時還是小角色的阿斯麥(1984年飛利浦和一家小公司ASM Internationa以50:50組成的合資公司,最初員工只有31人)決定賭一把,相比之前在傳統(tǒng)干式微影上的投入,押注浸潤式技術更有可能以小博大。于是和林本堅一拍即合,僅用一年時間,就在2004年就拼全力趕出了第一臺樣機,并先后奪下IBM和臺積電等大客戶的訂單。