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光刻机之王的逆袭之路

谈起芯片就绕不开一个词——光刻机。有人说制造一台先进的光刻机比造一颗原子弹还难,而谈起光刻机就绕不开ASML(阿斯麦),先进EUA光刻机唯一供应商。

身为光刻机之王,ASML的崛起之路并不平坦。

第一次光刻机大战:称霸的美国人

1904年,弗莱明发明了真空二极管,标志着人类进入电子时代;

1947年,贝尔实验室三人组发明了晶体管,这一伟大的发明改变了人类历史,晶体管的发明引发了电信和电脑等各方面的革命,随之取代了真空管的地位。晶体管是所有电子产品的细胞,现代电脑芯片上有上亿个微小的晶体管。

1959年,集成电路诞生。同年,传奇公司GCA收购了David Mann;而在1961David Mann推出了世界上第一台光刻机——971型,这台光刻机完全能够满足当时晶体管的制造水平,IBM、太平洋半导体、IT以及飞利浦都在使用这款光刻机。

不少企业都想复制David Mann的成功,于是纷纷踏入光刻机市场,竞争变得激烈。尽管如此,当年的光刻机市场还是很小,当时市面上只有两种光刻机:接触式光刻机和渐进式光刻机,这两种光刻机生产的芯片良率很低,因此芯片价格极高。

1974年,在美国军方的支持下,Perkins Elmer推出了划时代的光刻机——Micralign 100。光刻技术进入了投影式时代。芯片良率大幅度提升,芯片价格随之降低,英特尔、IT的订单也随之而来,Perkins Elmer成了当时最大的半导体设备公司。

随着芯片制程缩小,Perkins Elmer迟迟没有开始下一代光刻机的研发,GCA凭着首台搭载自动化硅片工件台的步进式光刻机——DSW 4800夺回市场,尼康和佳能也后来居上。

步进式光刻机

80年代之前,光刻机的竞争主要围绕美国几个厂商间进行展开,美国人赚了第一桶金。

第二次光刻机大战:逆袭的日本人

在美国的厂商们正激烈竞争时,日本厂商悄然崛起。

1980年,尼康通过山寨GCA的光刻机,成功推出了自己的首台步进式光刻机,随后在日本电气和东芝的加持下,尼康不断迭代更新技术,在1982年成功把光刻机卖给了IBMIT

尼康NSR-1010G光刻机
尼康的NSR-1010G

外有尼康的竞争,内有光刻机产能问题,1984GCA的出货量被尼康打平。同年,佳能也推出了自己的首款步进式光刻机FPA-1500FA

仅一年时间,尼康正式超过GCA,成为全球第一大光刻机供应商。

第三次光刻机大战:崛起的欧洲人

在日美厂商竞争白热化的时候,欧洲也开始搞光刻机了。

飞利浦是欧洲最先研发光刻机的,198441ASML脱胎飞利浦正式成立,但是在成立之后的10年间,ASML都不曾盈利。ASML第一任CEO贾特·斯密特决定开发新一代采用电动晶圆台的光刻机——PAS 2500。敢于挑战,重视创新,通力合作,ASML推开了光刻机世界的大门!

1986年,ASML开始与蔡司进行深入合作,改进光刻机光学系统,推出第二代PAS 2500,并第一次卖给了当时还是初创公司的Cypress。与日本相比,ASML的光刻机还是不好卖,就连飞利浦都没能拯救ASML这时,台积电来了。

时势造英雄,两个默默无闻的公司因飞利浦MEGA项目的失败相遇了。1988年,台积电的17台光刻机订单让ASML勉强度过难关,让ASML有精力继续研究光刻机。于是ASML历史上划时代的作品诞生:PAS 5500ASML翻身之作。1991年,ASML几经波折争取到了IBM的订单,有IBM在前验证,ASML的光刻机的实力被更多厂商肯定,三星、海力士的订单随之而来。1995314日,ASML在美国纳斯达克成功上市。

与尼康的世纪之战即将打响!

一代设备,一代工艺。本世纪初,光刻机的波长来到157nm,尼康一直在光源上做文章,专注于对157nm技术的研发,结果不尽人意。而ASML放弃了157nm,在台积电的支持下,转投其他新技术。2004年,ASML正式推出浸没式光刻机的原型机;2006年,ASMLXT 1400i进入英特尔并顺利通过40nm工艺的验证,其余厂商纷纷选择ASML的光刻机,尼康推出的157nm的光刻机无人问津。

ASML的第一台浸润式光刻机XT 1400i
ASML的第一台浸润式光刻机XT 1400i

2009年,ASML拥有近7成的市场份额,远超对手尼康。2010年,ASML诞生出人类第一台EUV工程样机:NXE 31002012年收购Cymer,加大对EUV的研发力度,2018年,正式商用版的EUV光刻机NXE 3300开始出货。

EUV光刻机NXE 3300

本次光刻机之战,尼康落败,ASML开启封王之路。光刻机领域,ASML占到90%以上。

芯片制程缩小至3nm,对EUA光刻技术的要求会更加严苛,新技术还得看ASML

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