? 熟妇的荡欲视频,少妇喷水.,我的妹妹

亚洲 a v无 码免 费 成 人 a v,性欧美videofree高清精品,新国产三级在线观看播放,少妇人妻偷人精品一区二区,天干天干天啪啪夜爽爽av

對(duì)華禁售的阿斯麥高端光刻機(jī)，憑什么做到了 “一家獨(dú)大”?

2022/07/09
導(dǎo)讀
當(dāng)年那個(gè)平房里不起眼的小公司，成了今天的絕對(duì)霸主
    7.9
知識(shí)分子The Intellectual

EUV光刻機(jī)，可能是迄今為止人類(lèi)科技領(lǐng)域所能達(dá)到的最尖端的技術(shù)成果 | 圖源：asml.com


  編者按

在7月6日舉行的外交部例行記者會(huì)上，彭博社記者再次提到美國(guó)要求荷蘭公司阿斯麥（ASML）不要將最先進(jìn)的光刻機(jī)出口給中國(guó)的問(wèn)題。而在最近的2022 SPIE高級(jí)光刻會(huì)議上，阿斯麥介紹，其新款EUV光刻機(jī)正在研發(fā)當(dāng)中，未來(lái)2納米的芯片當(dāng)不在話(huà)下。臺(tái)積電今年6月中旬也宣布了其2納米制造技術(shù)，計(jì)劃在2025年投入生產(chǎn)。對(duì)于這些最先進(jìn)的芯片制造技術(shù)，中國(guó)芯片制造公司無(wú)緣得到。本文通過(guò)回顧歷史，希望讀者能從中體會(huì)到光刻機(jī)的研發(fā)過(guò)程可說(shuō)是 “冰凍三尺，非一日之寒”。


撰文｜陳啟責(zé)編｜邸利會(huì)


●                  　●                   　●

1

芯片變成 “白菜價(jià)”

圖1 PE 100團(tuán)隊(duì) | 圖源：chiphistory.org


1967年，美國(guó)軍方聯(lián)系了老牌光學(xué)設(shè)備廠商 Perkin Elmer，希望能做出精度更高的新式光刻機(jī)。Perkin Elmer 是大名鼎鼎的哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的鏡片制造商。

1960年代可以認(rèn)為是光刻機(jī)的上古時(shí)期。這些光刻機(jī)統(tǒng)稱(chēng)為掩膜對(duì)準(zhǔn)儀（Mask Aligner），沒(méi)有復(fù)雜的光學(xué)投影系統(tǒng)。

當(dāng)時(shí)的光刻機(jī)有兩種，接觸式與漸進(jìn)式。

接觸式光刻機(jī)把光掩膜板蓋在涂有光刻膠的硅片上，打開(kāi)光源，“咔嚓” 一下，完成曝光。顯然，這個(gè)方法有個(gè)問(wèn)題，光刻膠很容易污染掩膜板，且隨著曝光次數(shù)增加，掩膜非常容易損壞，因此失敗率很高，芯片良率奇低，成本昂貴。

而漸進(jìn)式光刻機(jī)，光掩膜板不和硅片直接接觸，在光刻機(jī)里加入量測(cè)工具，讓兩者盡可能接近。但隨之而來(lái)的問(wèn)題是，光有衍射效應(yīng)，投影時(shí)邊緣變模糊，造成精度下降，有較大的投影誤差。

因?yàn)榱悸侍?，一?英寸硅片壓根生產(chǎn)不了幾顆芯片，所以當(dāng)年的芯片極其昂貴，連財(cái)大氣粗的美國(guó)軍方都用不起。要降低成本，需要技術(shù)的革新。

1974年，在經(jīng)過(guò)數(shù)年研發(fā)后，Perkins Elmer 推出了劃時(shí)代的光刻機(jī)：Micralign 100。光刻進(jìn)入了投影式時(shí)代。

Micralign 100并不復(fù)雜，是一種反射式的投影系統(tǒng)，利用兩片同軸的球面反射鏡，把掩膜板上的圖形，經(jīng)過(guò)三次反射，投射在硅片上。這種對(duì)稱(chēng)的球面鏡，可以消除產(chǎn)生的大部分像差，達(dá)到理想的分辨率。

Micralign的誕生大大提高了光刻工藝的良率，從接觸式光刻技術(shù)的約10%提高到了70%。良率大幅提高，芯片價(jià)格應(yīng)聲大跌，一年前摩托羅拉的處理器6800賣(mài)295美金，一年后MOS科技的處理器6502僅賣(mài)25美金的白菜價(jià)。便宜的芯片促使微型電腦如雨后春筍般出現(xiàn)。

盡管售價(jià)是漸進(jìn)式光刻機(jī)的三倍，但實(shí)打?qū)嵉牧悸侍岣?，最終能生產(chǎn)的芯片更多，讓所有采購(gòu)Micralign 100的客戶(hù)賺得盆滿(mǎn)缽滿(mǎn)。英特爾、德儀等公司的訂單，雪花一樣飛來(lái)。

進(jìn)入半導(dǎo)體設(shè)備領(lǐng)域短短不到三年時(shí)間，Perkins Elmer 成了當(dāng)時(shí)最大的半導(dǎo)體設(shè)備公司。

然而好景不長(zhǎng)，Perkins Elmer 的基于1:1純反射式的光刻機(jī)缺點(diǎn)越來(lái)越明顯，反射鏡無(wú)法完全消除球面像差，圖像分辨率也太低，無(wú)法進(jìn)一步滿(mǎn)足縮小的工藝?；谕哥R組的步進(jìn)式光刻機(jī)（stepper），開(kāi)始嶄露頭角，光刻技術(shù)進(jìn)入縮放投影時(shí)代。


2

GCA的高光時(shí)刻
1978年，GCA公司推出了首款步進(jìn)式光刻機(jī)DSW 4800，并迅速占領(lǐng)了70%的市場(chǎng)。

步進(jìn)式光刻機(jī)采用縮放投影的方式，把掩膜板的圖形，縮小到原來(lái)的1/4到1/5再投射到硅片表面，大大提高了曝光強(qiáng)度和分辨率上限，讓光刻精度進(jìn)入微米級(jí)。縮放投影，不需要掩膜板和晶體管線寬一致，對(duì)掩膜板要求也降低，簡(jiǎn)化了掩膜板的制作要求，降低了成本。

1970年代初，GCA把鏡頭供應(yīng)商換成尼康，但為了獲得所需的遠(yuǎn)心式鏡頭，GCA又拋棄了尼康，轉(zhuǎn)頭和德國(guó)蔡司合作。原因是他們嫌日本的鏡頭精度不佳，光刻像差受焦距的影響太大。

除了物鏡系統(tǒng)，GCA還需要一樣新東西——自動(dòng)化硅片工件臺(tái)（stage）。步進(jìn)式光刻機(jī)的曝光區(qū)不再是整個(gè)硅片，而是其中的一小塊面積，所以光刻要化整為零，每曝光一次，硅片就必須移動(dòng)到下一個(gè)區(qū)域再曝光一次，一步步推進(jìn)，直到整個(gè)硅片完成全部曝光工作。

如此，工件臺(tái)的定位精度影響對(duì)準(zhǔn)精度，運(yùn)動(dòng)的速度決定了光刻機(jī)每小時(shí)的硅片曝光量，無(wú)故障穩(wěn)定運(yùn)行的時(shí)間決定了光刻機(jī)的整體效率，光刻機(jī)的精度和效率全靠工件臺(tái)的技術(shù)水平。

DSW 4800便是首臺(tái)搭載自動(dòng)化硅片工件臺(tái)的步進(jìn)式光刻機(jī)。

圖2 GCA的步進(jìn)式光刻機(jī)DSW 4800 | 圖源：chiphistory.org


這臺(tái)光刻機(jī)使用436納米的G線光源和10:1的縮光掩膜板。盡管光刻速度不快，50萬(wàn)美元的價(jià)格也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于Micralign 9.8萬(wàn)美元的價(jià)格，但在穩(wěn)定性，分辨率，數(shù)值孔徑，及套刻精度方面具有壓倒性的優(yōu)勢(shì)，讓其一誕生就獲得了包括IBM、仙童、德儀等大廠客戶(hù)們的青睞。

盡管這一年 Perkins Elmer 也推出了Micralign  500型號(hào)，一小時(shí)能曝光100片硅片，把速度的優(yōu)勢(shì)發(fā)揮到了極致，但是行業(yè)正按照摩爾定律的 “劇本” 演化，晶體管的尺寸不斷微縮，光刻的精度越來(lái)越重要，Micralign已經(jīng)完全跟不上。

緊接著，日本雙雄尼康和佳能也開(kāi)始發(fā)力。但 Perkins Elmer 對(duì)這一切熟視無(wú)睹，繼續(xù)沉迷在過(guò)去的成功中，既沒(méi)有認(rèn)真聽(tīng)取客戶(hù)意見(jiàn)，又沒(méi)有投入資源進(jìn)行下一代光刻機(jī)的研發(fā)，故步自封。

丟失市場(chǎng)后，Perkins Elmer 終于醒悟，但為時(shí)已晚，之后孤注一擲研發(fā)更先進(jìn)的EUV，結(jié)果功敗垂成。再之后，Perkins Elmer 的半導(dǎo)體光刻機(jī)事業(yè)部賣(mài)給了SVG（Silicon Valley Group），SVG 在2001年又被阿斯麥以16億美金收購(gòu)，40年前的光刻老大委身于現(xiàn)在的老大。而阿斯麥最先進(jìn)的EUV光刻機(jī)，又回到了反射鏡，科技就是這么 “螺旋式” 上升的。

盡管 Perkins Elmer 在后續(xù)競(jìng)爭(zhēng)中失敗，但不可否認(rèn)其貢獻(xiàn)。正因?yàn)镸icralign 100光刻機(jī)大幅提高了芯片制造的良率，才讓芯片價(jià)格下降，更多的電子產(chǎn)品進(jìn)入尋常百姓家。

第一次的光刻機(jī)大戰(zhàn)，GCA笑到了最后。期間，美國(guó)幾個(gè)廠家你追我趕，體現(xiàn)出在這一時(shí)期，美國(guó)在光刻領(lǐng)域強(qiáng)大的科技實(shí)力和創(chuàng)新力。


3

日本逆襲

圖3 1980年2月，NSR-1010G問(wèn)世 | 圖源：nikon.com


正當(dāng)兩家美國(guó)廠商打的火熱的時(shí)候，1982年，在IBM和德儀的工廠里，出現(xiàn)了一臺(tái)來(lái)自日本的光刻機(jī)。不管是光學(xué)系統(tǒng)，還是硅片工件臺(tái)，看上去都和GCA的步進(jìn)式光刻機(jī)相差無(wú)幾，這就是尼康當(dāng)年推出的NSR-1010G。

這家做鏡頭配件的日本廠商，為什么能在短短幾年內(nèi)，打破GCA的技術(shù)壟斷，研發(fā)出自己的步進(jìn)式光刻機(jī)？故事要從1976年說(shuō)起。

1976年，日本的通信產(chǎn)業(yè)省，開(kāi)啟了超大規(guī)模集成電路計(jì)劃，簡(jiǎn)稱(chēng)VLSI項(xiàng)目。這是一個(gè)舉日本全國(guó)之力推動(dòng)電子產(chǎn)業(yè)升級(jí)的規(guī)劃，政府每年投入180億日元，組織了包括東芝、日立、富士通、三菱電機(jī)和日本電氣在內(nèi)最大的五家半導(dǎo)體廠家，形成技術(shù)聯(lián)盟，要求這些競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手放下隔閡，攜手合作，集中力量辦大事。

在四年規(guī)劃中，日本選擇了幾個(gè)重點(diǎn)突破的技術(shù)路線，光刻技術(shù)和設(shè)備就是其中之一。作為老牌光學(xué)廠商的尼康和佳能，雖然明面上沒(méi)有加入該項(xiàng)目，卻也在通產(chǎn)省組織的合作框架下，開(kāi)始了各自的光刻機(jī)研發(fā)任務(wù)。

佳能此前主要做相機(jī)鏡頭，在精密測(cè)量部分尚有欠缺，因此仿制的是門(mén)檻較低的Micralign對(duì)準(zhǔn)儀。

而尼康的前身是成立于1917年的日本光學(xué)株式會(huì)社，在鏡片制造和精密測(cè)量技術(shù)方面有相當(dāng)深厚的技術(shù)功底，既能做高分辨率的相機(jī)鏡頭，又能做天文望遠(yuǎn)鏡，甚至為戰(zhàn)列艦提供軍工級(jí)的光學(xué)測(cè)距儀。GCA用過(guò)一段時(shí)間的尼康鏡片，讓尼康得以了解半導(dǎo)體光學(xué)的最新技術(shù)。

盡管自身的技術(shù)積累不俗，但尼康要想實(shí)現(xiàn)從無(wú)到有，也并非易事。好在還有友軍的全力支持，日本電氣把買(mǎi)到的GCA光刻機(jī)，偷偷交給尼康拆解分析研究，結(jié)果拆了之后裝不回去。由于這臺(tái)光刻機(jī)極其寶貴，日本電氣只能厚著臉皮找GCA報(bào)修，結(jié)果被GCA工程師發(fā)現(xiàn)機(jī)器被人拆開(kāi)過(guò)，場(chǎng)面一度十分尷尬。

尷尬歸尷尬，尼康還是從拆解GCA光刻機(jī)中學(xué)到了很多寶貴的知識(shí)，在1980年推出了自己的首臺(tái)步進(jìn)式光刻機(jī)。

初代尼康光刻機(jī)有不少問(wèn)題，但是日本電氣和東芝還是很支持，買(mǎi)下后雙方技術(shù)人員通力合作，及時(shí)反饋了很多實(shí)際工作過(guò)程中的問(wèn)題，幫助尼康迅速更新和迭代技術(shù)，使得尼康光刻機(jī)水平迅速提高。

1982年，尼康成功地把機(jī)器賣(mài)到了美國(guó)IBM和德儀。美國(guó)人驚訝的發(fā)現(xiàn)，尼康的 “山寨” 光刻機(jī)居然有不輸GCA的性能，尤其是鏡頭穩(wěn)定性和自動(dòng)化程度更在GCA之上，更重要的是日本的服務(wù)態(tài)度，絕非傲慢的美系廠商可以比。

正當(dāng)尼康一路高歌猛進(jìn)之時(shí)，GCA的產(chǎn)能問(wèn)題卻遲遲沒(méi)有改善，原因是其鏡頭供應(yīng)商蔡司當(dāng)時(shí)正處于低谷，鏡頭頻頻出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，還延遲交貨。此消彼長(zhǎng)之后，其他廠商逐漸失去了對(duì)GCA的耐心。

2年后的1984年，尼康的出貨量基本和GCA打平，甚至還先于GCA推出升級(jí)光源后的I線365納米光刻機(jī)NSR-1010i3型，廣受客戶(hù)好評(píng)。同年，另外一家日本光刻機(jī)廠商佳能，也推出了自己的首款步進(jìn)式光刻機(jī)FPA-1500FA。

1985年，尼康正式超過(guò)GCA，成為業(yè)界第一大光刻機(jī)供應(yīng)商。這一年，GCA大虧1.45億美金，次年放棄低端機(jī)型，斷臂求生，把全部身價(jià)壓在高端機(jī)上，但其資金鏈斷裂，已經(jīng)無(wú)法支撐后續(xù)研發(fā)，蔡司的退出合作也給了GCA致命一擊。

1988年，走投無(wú)路的GCA年出售給 General Signal。過(guò)了幾年GCA找不到買(mǎi)主被關(guān)閉，當(dāng)年美系光刻機(jī)龍頭就此消亡。

1980年代初還占據(jù)大半壁江山的美系三雄，到80年代末已經(jīng)搖搖欲墜，處在崩潰邊緣，而日本光刻機(jī)雙雄尼康和佳能則強(qiáng)勢(shì)崛起，替代美系廠商，占據(jù)了超過(guò)70%的市場(chǎng)份額。


4

為何美國(guó)失??？
為什么十年不到時(shí)間，風(fēng)光一時(shí)的美系廠商會(huì)被日系廠商反超？我們也許可以總結(jié)些經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。

首先，日本兩家公司在光學(xué)設(shè)備以及精密機(jī)械上擁有極其深厚的功底，這是研發(fā)光刻機(jī)的前置技能，也是日本能快速追上美國(guó)的前提。

二是日本集中力量辦大事，給予了極優(yōu)厚的政策和豐厚的資金。VLSI項(xiàng)目出錢(qián)，聘人，成立聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，實(shí)現(xiàn)上下游廠商的的通力協(xié)作，共同進(jìn)步。而美國(guó)芯片廠則不愿意和GCA分享信息，生怕泄露技術(shù)細(xì)節(jié)，這導(dǎo)致GCA一直蒙在鼓里，不知道客戶(hù)的真實(shí)情況已經(jīng)到什么地步。

三是日本廠商垂直整合度更高。尼康和佳能不管是鏡頭還是平臺(tái)，還是自動(dòng)化技術(shù)，全都是自己家的技術(shù)，從源頭解決需求，研發(fā)溝通更迅速，技術(shù)迭代更精準(zhǔn)，生產(chǎn)成本更低廉。而GCA完全依賴(lài)蔡司的鏡頭，一旦蔡司品控和溝通有問(wèn)題，會(huì)造成災(zāi)難性后果。確實(shí)，蔡司有段時(shí)間陷入困境，問(wèn)題一大堆。阿斯麥和蔡司的早期合作中也出現(xiàn)過(guò)問(wèn)題，差點(diǎn)把阿斯麥也拖下水，幸虧阿斯麥對(duì)蔡司進(jìn)行了徹底改造。

四是美國(guó)廠商的守舊與傲慢。Perkins Elmer故步自封，GCA目空一切，當(dāng)客戶(hù)反饋尼康和佳能的設(shè)備性能更好的時(shí)候，管理層只是甩鍋給銷(xiāo)售團(tuán)隊(duì)，而不是反思自己設(shè)備為什么不如競(jìng)品。

五是日本廠商有著更好的經(jīng)營(yíng)理念和服務(wù)支持。GCA在亞洲的服務(wù)團(tuán)隊(duì)，都是外派的美國(guó)人，根本無(wú)法融入當(dāng)?shù)乜蛻?hù)。而尼康則非常重視客戶(hù)需求，在1982年第一臺(tái)設(shè)備交付美國(guó)客戶(hù)的時(shí)候，就開(kāi)始雇傭當(dāng)?shù)毓こ處熃⒐韫确?wù)中心。

六是70年代末半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前期，各種光刻技術(shù)路線層出不窮，光刻機(jī)還處于草莽時(shí)代，日本可以用高效和低成本的打法反超美系競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。

七是在當(dāng)時(shí)的經(jīng)濟(jì)大背景下，美國(guó)處于石油危機(jī)所引發(fā)的經(jīng)濟(jì)衰退中。GDP下降，失業(yè)率上升，美聯(lián)儲(chǔ)不得不實(shí)行貨幣緊縮政策，而日本經(jīng)濟(jì)則處于景氣周期中，尤其是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)。

1980年代的日系廠商，不僅在光刻機(jī)領(lǐng)域把美系廠商按在地上摩擦，在內(nèi)存等其他芯片市場(chǎng)也攻城略地，打得美國(guó)芯片公司節(jié)節(jié)敗退。那些年無(wú)論德儀，還是仙童，還是AMD都是泥菩薩過(guò)江自身難保，英特爾甚至因?yàn)橥顺鰞?nèi)存市場(chǎng)被迫裁員2000多人。

但好景不長(zhǎng)。1985年，美國(guó)逼迫日本簽署《廣場(chǎng)協(xié)議》。緊接著，1986年9月《美日半導(dǎo)體協(xié)議》出臺(tái)，對(duì)日本芯片強(qiáng)制征收100%的懲罰性關(guān)稅，同時(shí)美國(guó)又扶持中國(guó)臺(tái)灣和韓國(guó)的公司。

盡管日系公司還能依靠之前的技術(shù)積累繼續(xù)保持市場(chǎng)份額，但兩個(gè)協(xié)議一出，自此日本芯片產(chǎn)業(yè)盛極而衰，在美國(guó)的政策大刀下被迫退守，在行業(yè)景氣周期還能吃肉，一旦出現(xiàn)經(jīng)濟(jì)下滑遇到行業(yè)冷周期，日系廠商就會(huì)死傷無(wú)數(shù)。

在臺(tái)灣臺(tái)積電代工以及韓國(guó)內(nèi)存的進(jìn)攻下，日系企業(yè)在內(nèi)存以及先進(jìn)數(shù)字芯片制造方面節(jié)節(jié)敗退。

2012年，日系內(nèi)存最后的獨(dú)苗爾必達(dá)公司被美光以25億美金的白菜價(jià)收購(gòu)。2017年?yáng)|芝存儲(chǔ)也因?yàn)闁|芝集團(tuán)自身的財(cái)務(wù)問(wèn)題，最終被美系資本收購(gòu)控股后改名鎧俠，曾經(jīng)輝煌一時(shí)的日系存儲(chǔ)消失殆盡。

在光刻機(jī)上的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，日本一直維持了近20年，直到當(dāng)年那個(gè)不起眼的歐洲小公司，羽翼豐滿(mǎn)，接連發(fā)起 “浸沒(méi)式系統(tǒng)” “TWINSCAN系統(tǒng)” “EUV光源” 三大技術(shù)戰(zhàn)役，最終將日系廠商斬于馬下，登上王座。


5

平房里誕生的巨頭

圖4 1984年，成立之初的阿斯麥 | 圖源：youtube.com


1980年代初，自身財(cái)務(wù)狀況不佳的飛利浦思來(lái)想去最后決定關(guān)停自己的光刻機(jī)項(xiàng)目，于是去美國(guó)找Perkins Elmer、GCA、Cobilt、IBM等公司談了一圈，但是沒(méi)人愿意合作。

1984年4月1日，飛利浦終于聯(lián)合芯片機(jī)器制造商 Advanced Semiconductor Materials International（ASMI）成立一家新公司阿斯麥，就在荷蘭埃因霍溫飛利浦辦公室附近的漏雨廠棚里。憑著1970年代開(kāi)始研發(fā)的一些技術(shù)積累，阿斯麥同年發(fā)布了第一臺(tái)光刻機(jī)PAS 2000。

新公司建立之初，雖然頂著飛利浦Natlab的光環(huán)，可在當(dāng)時(shí)，阿斯麥的光刻機(jī)無(wú)人問(wèn)津。唯一買(mǎi)過(guò)幾臺(tái)的還是Elcoma，它是飛利浦半導(dǎo)體和材料事業(yè)部，算自己人照顧一下，但是因?yàn)槭褂糜蛪簩?dǎo)致問(wèn)題太多，大部分時(shí)候只能閑置在一旁。

1986 年，采用新的對(duì)齊技術(shù)的 PAS2500 步進(jìn)機(jī)推向市場(chǎng)。同年，阿斯麥與鏡頭制造商 Carl Zeiss 建立了合作伙伴關(guān)系。

之后，阿斯麥挺進(jìn)亞洲市場(chǎng)，1987年臺(tái)積電誕生，為臺(tái)灣工研院和飛利浦的合資公司。

但面對(duì)激烈的競(jìng)爭(zhēng)，阿斯麥的客戶(hù)很少。更糟的是，股東ASMI無(wú)法維持高額投資，回報(bào)微乎其微，決定退出，老東家飛利浦也宣布了大規(guī)模的削減成本計(jì)劃。在命懸一線之際，阿斯麥高管聯(lián)系了飛利浦董事會(huì)成員Henk Bodt，后者說(shuō)服他的同事伸出援助之手。

很快，阿斯麥推出了PAS 5500。憑借其行業(yè)領(lǐng)先的生產(chǎn)力和分辨率，PAS5500實(shí)現(xiàn)了盈利。1995 年，阿斯麥在阿姆斯特丹和紐約證券交易所上市，成為一家完全獨(dú)立的上市公司。

1995年2月，第一臺(tái)PAS 5500到達(dá)三星的工廠里，那時(shí)三星已經(jīng)是最大的內(nèi)存制造商。三星用PAS 5500開(kāi)發(fā)了一項(xiàng)0.25微米工藝用于生產(chǎn)16Mb內(nèi)存顆粒。隨后幾年，韓國(guó)人完全信任荷蘭人的步進(jìn)式光刻機(jī)。

PAS 5500非常優(yōu)秀，當(dāng)時(shí)除了日本和美國(guó)市場(chǎng)外阿斯麥勢(shì)如破竹，但是由于客戶(hù)的慣性，英特爾、IBM們依然更多選擇了尼康的光刻機(jī)，阿斯麥當(dāng)初雄心壯志是否還有機(jī)會(huì)實(shí)現(xiàn)？


6

挑戰(zhàn)尼康
時(shí)間來(lái)到1990年代末，隨著摩爾定律的繼續(xù)演進(jìn)，工藝開(kāi)始從130nm進(jìn)入90nm，晶圓尺寸也從8英寸升級(jí)到12英寸。與此同時(shí)，光刻機(jī)的波長(zhǎng)也從248nm進(jìn)入到193nm，但沒(méi)想到的是，產(chǎn)業(yè)在193nm波長(zhǎng)上，一卡卡了近20年。

直到2002年7月，在比利時(shí)布魯塞爾舉行的157nm微影技術(shù)研討會(huì)上，臺(tái)積電的林本堅(jiān)做 “浸潤(rùn)原理” 的專(zhuān)題演講，他說(shuō)， “不得了，我找到了134nm波長(zhǎng)的光波”。

圖5 發(fā)明浸沒(méi)式方案的林本堅(jiān)博士 | 圖源：林本堅(jiān)


所謂 “浸潤(rùn)原理” 就是在晶圓光刻膠上方加一層水，水的介質(zhì)折射率是1.44，因此193nm/1.44≈134nm。因此在不改變光刻機(jī)波長(zhǎng)情況下，使得193nm的波長(zhǎng)能等效出134nm的波長(zhǎng)！

尼康一直在光源上做文章，專(zhuān)注于如何縮小波長(zhǎng)。此時(shí)的尼康宣布自己的 157nm產(chǎn)品及EPL產(chǎn)品樣機(jī)完成，但測(cè)試后實(shí)際情況不盡人意。

2004年12月，日本半導(dǎo)體展SEMICON Japan開(kāi)幕，阿斯麥正式推出浸沒(méi)式光刻機(jī)的原型機(jī)，并證明浸沒(méi)式光刻機(jī)方案具備可行性。

2006年，阿斯麥的XT 1400i進(jìn)入英特爾并順利通過(guò)40nm工藝的驗(yàn)證，一年后英特爾下了大訂單，其余廠商紛紛效仿，購(gòu)買(mǎi)阿斯麥更成熟的產(chǎn)品。在光刻領(lǐng)域2000年還是老大的尼康，到了2009年被阿斯麥反超，市場(chǎng)占有率只剩不到3成，而阿斯麥的市占率則近7成。

尼康的干式157nm敗給了阿斯麥的193nm加浸沒(méi)式的方案。你或許會(huì)問(wèn)，尼康當(dāng)年為什么不趕緊換個(gè)賽道，切到浸沒(méi)式光刻機(jī)的路線上？

原因是當(dāng)時(shí)阿斯麥193nm最后一片鏡片是平的，可以無(wú)縫對(duì)接浸沒(méi)式系統(tǒng)，而尼康則是曲面鏡片，必須重新設(shè)計(jì)整個(gè)物鏡系統(tǒng)，這至少要花費(fèi)2年的時(shí)間。

哪怕尼康當(dāng)時(shí)也能拿出類(lèi)似的浸沒(méi)式光刻機(jī)也未必能翻盤(pán)。新設(shè)備總是需要用幾年時(shí)間多家廠商通力磨合，別人比你早量產(chǎn)，就比你多了時(shí)間去改善問(wèn)題和提高良率，這讓后者更加難以超越，一步落后，步步落后。

193nm浸入式光刻成功翻越了157nm大關(guān)，直接把工藝帶到40nm以下。加上后來(lái)不斷改進(jìn)的高NA鏡頭、多重曝光技術(shù)、FinFET、Pitch-split、波段靈敏的光刻膠等技術(shù)，193nm浸沒(méi)式光刻機(jī)一直做到今天的7nm，臺(tái)積電第一版N7工藝就是采用193nm浸沒(méi)式光刻機(jī)。

尼康兵敗157nm，失掉了第一次機(jī)會(huì)。

2020年，阿斯麥出貨了史上第一套干式NXT系統(tǒng)。這是第一套能夠每小時(shí)處理超過(guò)300片晶圓的光刻系統(tǒng)——而這得益于該系統(tǒng)上的最新的TWINSCAN平臺(tái)技術(shù)。

TWINSCAN，雙掃描工件臺(tái)，是阿斯麥保持競(jìng)爭(zhēng)力的最大秘訣之一。

早在1990年代初，當(dāng)PAS 5500出貨的時(shí)候，精密器械和干涉儀專(zhuān)家 Bert van der Pasch 教授，也正在進(jìn)行干涉儀系統(tǒng)和晶圓傳送模組的研究，隨后他加入阿斯麥成為光刻掃描儀位置測(cè)量系統(tǒng)的專(zhuān)家。

Bert帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)持續(xù)創(chuàng)新讓PAS 5500一直處于領(lǐng)先地位，提供了當(dāng)時(shí)行業(yè)領(lǐng)先的生產(chǎn)力和分辨率。隨著新時(shí)代到來(lái)，阿斯麥意識(shí)到，需要一個(gè)革命性的創(chuàng)新，助力尤其是臺(tái)積電這樣對(duì)高產(chǎn)能有強(qiáng)烈需求的客戶(hù)，實(shí)現(xiàn)下一個(gè)階段的飛躍。

回顧起來(lái)，解決方案其實(shí)很簡(jiǎn)單。圖案在曝光到晶圓前，必須對(duì)晶圓進(jìn)行精準(zhǔn)量測(cè)。量測(cè)和曝光都需要時(shí)間，為了減少每個(gè)過(guò)程需要的時(shí)間，為什么不在曝光一個(gè)晶圓的同時(shí)，對(duì)后一個(gè)晶圓開(kāi)始進(jìn)行量測(cè)和對(duì)準(zhǔn)工作呢？就這樣，TWINSCAN系統(tǒng)誕生了。

TWINSCAN是第一個(gè)具有雙晶圓工作平臺(tái)的光刻系統(tǒng)。晶圓被交替地裝載到平臺(tái)上，當(dāng)一個(gè)晶圓曝光時(shí)，另一個(gè)晶圓裝到二號(hào)平臺(tái)進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)和測(cè)量，然后兩個(gè)平臺(tái)交換位置，原來(lái)在二號(hào)平臺(tái)的晶圓進(jìn)行曝光，而一號(hào)平臺(tái)的晶圓完成卸載。然后，新的晶圓被裝載，進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)和測(cè)量工作。

這種量測(cè)對(duì)準(zhǔn)和曝光同時(shí)進(jìn)行的并行方案極大提高光刻機(jī)單位小時(shí)內(nèi)的產(chǎn)能。2001年，首個(gè)采用這種革命性技術(shù)的光刻機(jī)出貨——TWINSCAN AT:750T型光刻機(jī)。

之后，TWINSCAN系統(tǒng)跨越阿斯麥各個(gè)平臺(tái)型號(hào)的光刻機(jī)，擴(kuò)大了技術(shù)范圍，讓所有芯片層都能在新平臺(tái)上曝光。

阿斯麥依靠TWINCAN系統(tǒng)與浸沒(méi)式系統(tǒng)形成雙劍合璧，讓尼康徹底敗下陣來(lái)。時(shí)至今日，受制于專(zhuān)利和技術(shù)的尼康依然在苦苦追尋更好的能對(duì)標(biāo)TWINSCAN的方案。他們?cè)x擇用外掛部件的方案，但效果不盡人意，依然邁不過(guò)這個(gè)門(mén)檻。


7

邁進(jìn)EUV
光刻技術(shù)的下一步輪到了EUV。從上世紀(jì)80年代開(kāi)始研發(fā)，時(shí)至今日EUV終于成熟。如果世界沒(méi)有EUV會(huì)怎么樣？也許就永遠(yuǎn)卡在7nm工藝了。

EUV也就是極紫外光，在電磁波譜中，極紫外光是紫外區(qū)能量最高的部分，它的波長(zhǎng)范圍為100納米到10納米，低于深紫外光，再往下就是 10nm的X射線了，屬于電離輻射區(qū)。

EUV光刻機(jī)，可能是迄今為止人類(lèi)科技領(lǐng)域所能達(dá)到的最尖端的技術(shù)成果。

現(xiàn)在阿斯麥的NXE系列的EUV光刻機(jī)一臺(tái)要賣(mài)到一億多美金，高NA版本的EXE 5000系列已經(jīng)要賣(mài)3～4億美金一臺(tái)。

在EUV的研發(fā)歷史上，90年代EUV LLC聯(lián)盟的誕生十分重要。

1997 年，英特爾看到跨越193nm的巨大難度，決心集全人類(lèi)精英一起愚公移山。他們說(shuō)服了美國(guó)對(duì)高科技最開(kāi)明的克林頓內(nèi)閣，以公司形式發(fā)起了EUV LLC 這樣的合作組織。

這個(gè)組織由英特爾和美國(guó)能源部牽頭，集合了當(dāng)時(shí)還如日中天的摩托羅拉以及 AMD，以及享有盛譽(yù)的美國(guó)三大國(guó)家實(shí)驗(yàn)室：勞倫斯利弗莫爾實(shí)驗(yàn)室，勞倫斯伯克利實(shí)驗(yàn)室和桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室，投資兩億美元，從理論上驗(yàn)證 EUV 可能存在的技術(shù)問(wèn)題。

英特爾還力邀阿斯麥和尼康加入EUV LLC，因?yàn)楫?dāng)時(shí)美國(guó)光刻設(shè)備公司基本已經(jīng)凋零。但此舉受到美國(guó)政府的阻撓，因?yàn)樗麄兩岵坏米屚鈬?guó)公司分享美國(guó)最前沿技術(shù)，認(rèn)為不能有 “外人”。

此時(shí)阿斯麥展示出了驚人的技術(shù)前瞻性，一定要擠進(jìn)EUV LLC，雖然這個(gè)組織的目標(biāo)是為了論證EUV技術(shù)的可行性，而不是量產(chǎn)。阿斯麥強(qiáng)力游說(shuō)，開(kāi)出了很難拒絕的條件——由阿斯麥出資在美國(guó)建工廠和研發(fā)中心，并保證55%的原材料都從美國(guó)采購(gòu)。

最終結(jié)果是尼康被排除在外，更為開(kāi)放的阿斯麥做了一堆對(duì)美國(guó)貢獻(xiàn)的許諾后被允許加入。另外一家例外的非美國(guó)公司是當(dāng)時(shí)還是內(nèi)存霸主的英飛凌，它被允許和美光一起加入EUV LLC。

從1997年到2003年，6 年間EUV LLC的科學(xué)家發(fā)表了幾百篇論文，驗(yàn)證了 EUV光刻機(jī)的可行性。理論驗(yàn)證完成后，EUV LLC聯(lián)盟宣布解散。接下來(lái)實(shí)際問(wèn)題都拋給了行業(yè)。

為了研發(fā)EUV系統(tǒng)，阿斯麥前前后后在將近20年時(shí)間內(nèi)投入上百億美金的研發(fā)費(fèi)用。其實(shí)，阿斯麥完全可以繼續(xù)躺在DUV光刻機(jī)上賺錢(qián)，但荷蘭人依然保持初衷，拒絕躺平，選擇再次向技術(shù)巔峰發(fā)起沖擊。

EUV光有個(gè)最大的問(wèn)題是無(wú)法穿過(guò)任何物體，包括空氣。所以機(jī)器內(nèi)部得抽成高真空狀態(tài)，為此當(dāng)年阿斯麥和蔡司花了巨資共同建立了一座全球最大的真空腔體實(shí)驗(yàn)室，來(lái)模擬真空環(huán)境下遇到的各種問(wèn)題。

此外，對(duì)EUV光刻機(jī)而言，如何產(chǎn)生光源以及控制光路前進(jìn)的鏡頭部分也是兩大挑戰(zhàn)。

13.5nm的EUV光無(wú)法穿過(guò)透鏡，因此物鏡系統(tǒng)變成了反射鏡片。而現(xiàn)實(shí)世界中沒(méi)有任何材料可以在單層中反射大部分EUV 光，因此蔡司設(shè)計(jì)了一種由鉬（部分反射EUV光）和硅（對(duì)EUV大部分透明）交替組成納米層的反射鏡，用來(lái)反射并控制EUV光路。

這些反射鏡片的制造工藝相當(dāng)復(fù)雜，不同材料用鍍膜工藝一層層疊起來(lái)，多達(dá)數(shù)十層。其表面需要幾乎完美光滑和干凈，每個(gè)納米層都需要具有精確定義的厚度，其表面誤差在0.01nm以?xún)?nèi)，相當(dāng)于北京到上海做根鐵軌，起伏不超過(guò) 1 毫米。

2006年，阿斯麥實(shí)驗(yàn)室里出現(xiàn)了EUV的原型機(jī)，四年后的2010年，在阿斯麥?zhǔn)种姓Q生的人類(lèi)第一臺(tái)EUV工程樣機(jī)：NXE 3100。

圖6 EUV光刻 | 圖源：asml.com


第一臺(tái)試驗(yàn)型EUV光刻機(jī)設(shè)計(jì)了13片反射鏡，隨后減少了到9片，由于每次反射有損耗，9次反射后剩余能量只有可憐的1.007%。9片反射鏡已經(jīng)是極限，沒(méi)法再少了，再少分辨率就不行了。

所以第一臺(tái)驗(yàn)證機(jī)NXE 3100只能做到每小時(shí)曝光30片，這當(dāng)然是無(wú)法滿(mǎn)足客戶(hù)要求。想要增加產(chǎn)能，就必須增大光源功率。

當(dāng)時(shí)阿斯麥的光源供應(yīng)商是美國(guó)公司Cymer。在研發(fā)EUV光源的時(shí)候Cymer壓根就覺(jué)得，這是一項(xiàng)不可能完成的任務(wù)，比較敷衍，最開(kāi)始光源只有30W功率，一小時(shí)根本曝光不了幾片晶圓，弄了幾年還是原地踏步。

看不下去Cymer磨洋工后，2012年阿斯麥以26億美金收購(gòu)了Cymer，讓Cymer成為阿斯麥的子公司?；藷o(wú)數(shù)心血后，最終把光源功率從30W硬是弄到250W，就這樣產(chǎn)能提高到了每小時(shí)125片，勉強(qiáng)能達(dá)到商用標(biāo)準(zhǔn)。

EUV光源產(chǎn)生方式不同于此前的準(zhǔn)分子激光器。為了產(chǎn)生波長(zhǎng)13.5nm超短波長(zhǎng)的光，科學(xué)家們想了一個(gè)辦法：用波長(zhǎng)為9.2-10.8微米的二氧化碳激光器去連續(xù)轟擊從空中掉落的金屬錫液滴，這個(gè)錫滴直徑只有不到13微米，錫滴受激汽化后就能產(chǎn)生所需的13.5nm的光。

第一次脈沖轟擊把錫滴壓平變成餅狀，受光面積變大；第二次轟擊餅狀的錫滴將其汽化，兩次高能激光脈沖可將該錫滴瞬間加熱至50000K，從而使錫原子加至高能態(tài)，并回歸至基態(tài)釋放出13.5nm的紫外光子。

為了保證光的持續(xù)性和強(qiáng)度，這個(gè)錫滴從噴射被噴出的頻率是每秒5萬(wàn)滴，因?yàn)槭欠謨纱无Z擊，因此等于一秒內(nèi)精確打中錫滴十萬(wàn)次，分毫不差。

在解決一系列難題后，EUV光刻機(jī)終于被小心翼翼地搬入各大晶圓工廠，開(kāi)始為芯片制造工序中最核心的光刻工藝工作，于是有了現(xiàn)在的7nm、5nm芯片。甚至未來(lái)的3nm，2nm，1nm，也將由EUV光刻機(jī)來(lái)生產(chǎn)。

阿斯麥在EUV上的成功，也徹底斷了尼康的一切念想。在光刻機(jī)市場(chǎng)，阿斯麥占到90%以上，尼康在角落里茍延殘喘，佳能早就不玩高端光刻機(jī)了，只在更低端的領(lǐng)域混口飯吃。

不過(guò)，尼康雖然在光刻機(jī)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中目前敗于阿斯麥，但仍然是光刻機(jī)界的主要玩家,且尼康的其它產(chǎn)品非常多，也很成功。

這20多年時(shí)間內(nèi)，依靠 “TWINSCAN系統(tǒng)” “浸沒(méi)式系統(tǒng)” “EUV系統(tǒng)” 三大戰(zhàn)役，阿斯麥徹底把昔日的巨頭尼康踩在了腳下。當(dāng)年那個(gè)平房里不起眼的小公司，成了今天的絕對(duì)霸主。


（本文得到中國(guó)科學(xué)院微電子研究所研究員韋亞一審閱，特此致謝。）


制版編輯 | 姜絲鴨


參與討論
0 條評(píng)論
評(píng)論
暫無(wú)評(píng)論內(nèi)容