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航空策动机一直被誉为人类顶尖家产皇冠上的明珠。但比来十年,不停浮薄战物理学极限的半导体光刻机,大有浮薄战明珠之王的趋势。

航发是在极度高温高压下浮薄战质料和能量密度的极限,而光刻是在比头发丝还细千倍的处所浮薄战激光波长和量子隧穿的极限。

曝光完一块挪个位置再刻下一块-新闻5点半

EUV光刻机  Credit: ASML

更难得的是,和低可靠性的航天高科技差别,新闻头条5dianban,航发和光刻的可靠性也是人类骄傲之花:前者保证了每天十万架飞机在天空安适飞舞,后者在全球工厂每秒钟刻出上千亿个晶体管分绝不差。

震撼一下,看看芯片内部Credit: ASML

注:1nm=0.000000001米

引子

2000年,创立15年其时排名世界第二的荷兰ASML(阿斯麦)公司已经告成占领韩国和台湾市场,但还在琢磨怎么卖光刻机给那时芯片的绝对霸主英特尔(Intel)。

缺乏新一代157nm激光需要配置的反折射镜头技能也是让ASML焦虑的处所。同时,在美国能源部和几大芯片巨头合建的EUV光刻联盟里,ASML还只是个小副角。

这时下一代光刻技能成长会怎样,整个半导体届没有人知道。

在转折环节,ASML决定另辟蹊径,报价16亿美元收购市值只有10亿的硅谷集团(SVG)。曾经光辉的SVG其时在光刻机的市场份额只有不到8%,年营业额只有2.7亿美元,而且193nm产品程度还远不如ASML。所以华尔街认为ASML买贵了,ASML股价当天暴跌7.5%。

然而从厥后的功效看,ASML便是费钱买了光刻机行业最值钱的门票:英特尔的vendor code,同时摇晃了尼康(Nikon)的支柱。别的,SVG拥有最成熟的157nm光学技能,便是ASML买了一个技能双保险,这点后头会再详述。

不过,别以为西方人都是一家子。此次收购仍遭到美国当局和商会的阻挠,美国国防部审查说ASML董事长在一个曾经违反禁令偷偷卖夜视镜给伊拉克的荷兰公司当过董事。

中国公司的老对手美海外国投资委员会最终在收购和谈上加了一堆条件,此中包孕不许收购SVG卖力打磨镜片的子公司Tinsley,以及保证各类技能和人才留在美国。

这些条件反而让ASML瓜熟蒂落地成为了半个美国公司,享受到美国强劲的基本科学带来的巨大利益,为多年后在EUV一支独秀做了有力的铺垫。

早期,60-70年代

光刻机的道理其实像幻灯机一样大略,就是把光通过带电路图的掩膜(Mask,厥后也叫光罩)投影到涂有光敏胶的晶圆上。早期60年代的光刻,掩膜版是1:1尺微暇紧贴在晶圆片上,而那时晶圆也只有1英微暇巨细。

因此,光刻那时并不是高科技,半导体公司凡是本身设计工装和工具,比如英特尔开始是买16毫米摄像机镜头拆了用。只有GCA, K&S和Kasper等很少几家公司有做过一点点相关设备。

60年代末,日本的尼康和佳能开始进入这个规模,终究其时的光刻不比照相机庞大。

70年代初,光刻机技能更多会合在如何保证十个甚至更多个掩膜版精准地套刻在一起。Kasper仪器公司首先推出了接触式对齐机台并领先了几年,Cobilt公司做出了自动出产线,但接触式机台厥后被接近式机台所裁减,因为掩膜和光刻胶多次碰到一起太容易污染了。

1973年,拿到美国军方投资的Perkin Elmer公司推出了投影式光刻系统,搭配正性光刻胶很是好用而且良率颇高,因此迅速占领了市场。

1978年,GCA推出真正现代意义的自动化步进式光刻机(Stepper),辨别率比投影式高5倍到达1微米。这个怪怪的名字来自于照相术语Step and Repeat,这台呆板通俗点说把透过掩膜的约莫一平方厘米的一束光照在晶圆上,曝光完一块挪个位置再刻下一块。由于刚开始Stepper出产效率相对不高,Perkin Elmer在后头很长一段时间仍处于主导职位地方。

80年代,群雄争霸

光刻机是个小市场,一年卖几十台的就算大厂了。因为半导体厂商就那么多,一台呆板又能用许多几多年。这导致你的呆板掉队一点,就没人愿意买了。技能领先是篡夺市场的要害,赢家通吃。

80年代一开始,GCA的Stepper还稍微领先,但很快尼康发售了本身首台商用Stepper NSR-1010G,拥有更先进的光学系统极大提高了产能。两家一起挤压了其它厂商的份额,尤其是Perkin Elmer的投影式光刻。P&E的市场份额从80年赶过3成快速跌到84年不到5%。

看过我写的《内存的故事》的伴侣都知道,80年代是日本半导体最光景的时候,本土险些每家至公司大财阀都进入了半导体业。这给尼康和佳能双雄带来巨大的后盾,并开始抨击美国市场。

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