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荷兰光刻机为什么厉害?荷兰光刻机发展史

荷兰光刻机为什么厉害?荷兰光刻机发展史
技术资料 | 来源:全部 |标签: 光刻机 2024-02-02

  荷兰虽然是一个面积只有41528平方公里的小国,但却拥有令人非常羡慕的高科技--高端光刻机,那么荷兰光刻机为什么厉害呢?下面一起来看看荷兰光刻机的发展史吧。


  荷兰光刻机为什么厉害?


  荷兰在光刻机领域的强大地位主要归因于ASML公司(荷兰半导体制造机械有限公司),这家公司是世界上领先的光刻机制造商。ASML的光刻机被认为是目前最先进和最高性能的光刻机之一,具有以下优势和原因,使其在光刻机领域非常厉害:


  荷兰光刻机发展史


  在上世纪80年代,荷兰飞利浦在实验室中开发了一台原型的步进式扫描光刻技术设备,并考虑合作来解决成本问题。他们最初希望能够与拥有技术和财力的美国大企业合作,但美国公司对这个项目并不感兴趣,因为在1980年,尼康已经推出了可商用的步进式重复光刻机。然后,一家来自荷兰的本土公司,ASM国际的前身,主动表示愿意合作。当时ASM国际只是一家半导体设备代理商,而飞利浦对此并不太满意。然而,在观望了一年,没有得到其他大公司的合作后,飞利浦最终与ASM国际达成了合作协议。


  飞利浦和ASM国际各自投资了210万美元,合资成立了阿斯麦,从而开启了阿斯麦的发展故事。值得注意的是,飞利浦当时已经减少了对该项目的支持,他们邀请ASM国际参与是为了分担成本。甚至在开始时,阿斯麦没有一个像样的办公室,只有31名员工,他们办公在飞利浦大厦外的简易木板房中。幸运的是,阿斯麦在成立的第一年成功制造了一台步进式扫描光刻机(型号PAS 2000),但不幸的是,市场开始追求更高精度的光刻机。尽管阿斯麦成功入场,但并没有处于领先地位。到了2002年,台积电的研发副经理林本坚提出了一项新技术方案,即在镜头和光刻胶之间加一层光线折射率的介质,如水。这一技术被称为浸没式光刻技术,通过水的折射,光线波长可以从193nm变为132nm。林本坚早在1987年就提出了这个想法,但一直没有得到业界的认可。


  大多数大型企业不愿意采纳林本坚的方案,他们仍然寄希望于干式光刻技术,因为他们不想增加额外的成本。然而,当时并不太引人注目的阿斯麦接受了浸没式光刻技术。合作迅速取得了成功,2003年10月,阿斯麦与台积电成功研发出了世界上第一台浸没式光刻设备(型号TWINSCAN XT:1150i),紧随其后的一年,阿斯麦改进了浸没式光刻机。与此同时,尼康也在同一年宣布攻克了157nm的干式光刻机技术,并推出了产品样机。这样,一边是成熟的132nm波长新技术光刻机,一边是157nm波长的样机,阿斯麦实现了领先。


  到了2007年,尼康放弃了光刻机领域的领导地位,而阿斯麦的市场份额达到了近60%。阿斯麦凭借准确的前瞻判断,毅然放弃了干式微影,投身浸没式光刻技术,获得了光刻机主流生产厂家的入场券。


  然而,阿斯麦真正登上光刻机巅峰的关键是通过妥协换来的EUV光刻技术研发机会。1997年,英特尔说服白宫,组建了一个名为"极紫外线有限责任公司(EUV LLC)"的组织,汇集了英特尔、摩托罗拉、AMD等企业,还包括了美国三大国家实验室,拥有丰富的技术和资金资源。考虑到美国在技术领域的自利性,这个组织几乎完全由美国成员组成,但英特尔强调必须依靠在光刻机领域有经验的企业来推动计划的实施,而这时荷兰的阿斯麦和日本的尼康都是候选者。


  阿斯麦果断作出了决定,承诺向美国投资建立工厂和研发中心,确保55%的原材料来自美国。而尼康显然没有表现出足够的诚意,日本企业没有理解美国的"零和思维",最终阿斯麦赢得了这个重要的机会(另外还有一家非美国公司——德国英飞凌)。EUV光刻研究组织的集结使得阿斯麦吸收了许多先进技术,同时积累了宝贵的经验。这个组织用了六年时间证明了使用极紫外线作为光源制造光刻机的可行性,但没有一家企业愿意承担生产成本,所以在2005年解散了。具备了经验的阿斯麦随即牵头开展EUV研发项目,整合了各方资源,推动EUV研发计划。最终,2010年,全球首台EUV光刻机(型号NXE:310)诞生。阿斯麦由此成为了光刻机市场的领导者,在主流市场中保持着高销售地位,同时在尖端的EUV市场也独占鳌头。


  当然,技术不仅要有,还需要确保资金充足。阿斯麦曾经面临资金链中断的危机,ASM国际和飞利浦相继撤回或减少资金,几乎导致阿斯麦破产。在危机时刻,当时的阿斯麦CEO积极争取投资,最终从飞利浦董事会成员(Henk Bodt)那里获得了1亿美元的及时支援。但是,后续的浸没式光刻技术和EUV光刻研究都需要大量的资金,不仅包括研发费用,每台光刻机的生产成本也高达数亿元。为了保持阿斯麦的资金链,确保技术的持续发展,阿斯麦在2012年提出了"客户联合投资计划",允许客户投资并成为公司股东,并享有优先订购权。芯片制造业的三大巨头——英特尔、台积电和三星纷纷响应,为阿斯麦注入了大量资金。在那一年,阿斯麦以23%的股权筹集了53亿欧元的资金,而当时阿斯麦全年的净销售额只有47.3亿欧元。

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