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

前言

在20世紀(jì)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(jī)器:一臺試圖像印鈔票一樣合法賺錢的機(jī)器。但他們當(dāng)時并沒有意識到自己創(chuàng)造了一個“怪物”,這臺機(jī)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(jì)60-70年代 早期光刻機(jī)

在光刻機(jī)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(jī)的原理其實像幻燈機(jī)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(dǎo)體公司通常自己設(shè)計工裝和工具,比如英特爾開始是買16毫米攝像機(jī)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(guān)設(shè)備。

60年代末,日本的尼康和佳能開始進(jìn)入這個領(lǐng)域,畢竟當(dāng)時的光刻不比照相機(jī)復(fù)雜。

70年代初,光刻機(jī)技術(shù)更多集中在如何保證十個甚至更多個掩膜版精準(zhǔn)地套刻在一起。Kasper儀器公司首先推出了接觸式對齊機(jī)臺并領(lǐng)先了幾年,Cobilt公司做出了自動生產(chǎn)線,但接觸式機(jī)臺后來被接近式機(jī)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(lǐng)了市場。[2]

1978年,GCA推出了世界上第一臺商用步進(jìn)光刻機(jī)DSW4800(direct step to wafer)。該機(jī)器使用g線汞燈和蔡司光學(xué)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(jī)器價格為45萬美元。第一臺機(jī)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(chǎn)效率相對不高,Perkin Elmer在后面很長一段時間仍處于主導(dǎo)地位。

第二階段:80-90年代 半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)第一次轉(zhuǎn)移

80年代左右,因為美國扶植,最開始是將一些裝配產(chǎn)業(yè)向日本轉(zhuǎn)移,而日本也抓住了機(jī)會,在半導(dǎo)體領(lǐng)域趁勢崛起。

在90年代前后,日本的半導(dǎo)體產(chǎn)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(jī)的企業(yè),少說也有數(shù)十家,而尼康憑借著相機(jī)時代的積累,在那個日本半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)全面崛起的年代,正是當(dāng)之無愧的巨頭。

短短幾年,就將昔日光刻機(jī)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(jī)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(shù)之爭。

當(dāng)時的光刻機(jī)的光源波長被卡死在193nm,是擺在全產(chǎn)業(yè)面前的一道難關(guān)。

降低光的波長,光源出發(fā)是根本方法,但高中學(xué)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(jīng)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(dǎo)體巨頭,但都吃了閉門羹。

當(dāng)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(shù)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(jī),并先后奪下IBM和臺積電等大客戶的訂單。