愛鋒貝

標(biāo)題: ASML的登峰之路，給你帶來不一樣的光刻機(jī)故事……（4萬 ... [打印本頁]

作者: 芳芳搞機(jī) 時間: 2022-7-1 22:28
標(biāo)題: ASML的登峰之路，給你帶來不一樣的光刻機(jī)故事……（4萬 ...

不一樣的荷蘭人

提起荷蘭，大多數(shù)人第一反應(yīng)是郁金香的國度。郁金香純潔，優(yōu)雅，美麗，被視為勝利和美麗的象征。
一片片在田野里盛開的郁金香，在《星空》吹拂下，這鮮花如精靈一般搖曳著，飄舞著，芬芳的彌漫在《普羅旺斯的農(nóng)場》上方。
破土而出的力量，在大自然關(guān)愛中盡情的長大，擴(kuò)撒到天地之中，凝成春雨，再滴落《戴珍珠耳環(huán)的少女的》發(fā)梢。
美麗的農(nóng)場，盛開的郁金香下，荷蘭誕生了一代代才華橫溢的藝術(shù)家，梵高，維米爾，倫勃朗，勃魯蓋爾，凡.艾克……
荷蘭人天性自由，熱情奔放，富有冒險精神，在17世紀(jì)開創(chuàng)大航海時代而被譽為“海上馬車夫”。樂于冒險的荷蘭人，總會給世界帶來些許不同，甚至還推動歷史車輪前進(jìn)。

(, 下載次數(shù): 24)

《鹿特丹 33 個平面圖和景觀的集合》之一，1718年，羅梅恩.霍格

當(dāng)下談?wù)撈鸷商m，除了郁金香更有一家曾經(jīng)默默無聞的半導(dǎo)體設(shè)備公司成為國人茶余飯后的談?wù)摻裹c，那就是光刻機(jī)設(shè)備制造商——阿斯麥（ASML）。
這家公司的長大經(jīng)歷頗為傳奇，成立初期便遇上半導(dǎo)體低谷期，一臺設(shè)備都賣不出去，虧損將近十年，一度徘徊在生死邊緣，成為老東家飛利浦眼里食之無味，棄之可惜的雞肋。但頑強(qiáng)的ASML最終挺了過來，抓住僅有的機(jī)會，逆襲成功成為當(dāng)下光刻機(jī)領(lǐng)域的絕對王者，目前在高端光刻機(jī)市場占據(jù)90%以上的份額，并成為現(xiàn)在最先進(jìn)EUV光刻機(jī)唯一的供應(yīng)商！ASML就像一位劍客，修煉多年后成為絕頂高手，獨孤求??！
有意思的是2022年一季度ASML財報略不及預(yù)期，就被國內(nèi)一大堆井底之蛙嘲諷ASML快不行了。殊不見，ASML只是因為受到疫情影響，部分零部件供應(yīng)不順暢而導(dǎo)致延遲交貨，事實上訂單如雪花一樣飛來，到2024年前，無論DUV還是EUV光刻機(jī)，統(tǒng)統(tǒng)賣斷貨，現(xiàn)在下訂單至少要到2025年后才能交付！
誰說ASML快不行了？？？
3年前，金捷幡老師在家養(yǎng)傷的時候，偶然發(fā)現(xiàn)有位荷蘭的專欄作家瑞尼.雷吉梅克（Rene.Raaijmakers）先生，寫了一本關(guān)于ASML的長大奮斗史的書——《ASML’s Architects》，揭秘了這家低調(diào)半導(dǎo)體設(shè)備巨頭的不為人知的故事。

(, 下載次數(shù): 24)

英文原版《ASML’s Architects》

隨后金老師把該書讀后感《光刻機(jī)之戰(zhàn)》發(fā)到網(wǎng)上，引發(fā)全網(wǎng)關(guān)注，超過百萬瀏覽量。包括筆者在內(nèi)的粉絲的鼓勵和支持下，金老師下決心翻譯成中文版，最終在2021年中文版成功出版和國內(nèi)讀者見面，取名《光刻巨人——ASML崛起之路》。

(, 下載次數(shù): 26)

中文版《光刻巨人》

該書一經(jīng)出版，便廣受讀者歡迎，文中真實還原了上世紀(jì)60年代至90年代光刻機(jī)領(lǐng)域的明爭暗斗，夾縫中的ASML如何一步步崛起的過程，揭秘了ASML刻在骨子里的創(chuàng)新精神。事實上90年代之后ASML與尼康的世紀(jì)大戰(zhàn)故事同樣精彩，結(jié)合《光刻巨人》所揭示的ASML長大史，筆者將接續(xù)并補(bǔ)全整個光刻機(jī)發(fā)展歷史，并補(bǔ)上90年代后與尼康的世紀(jì)大戰(zhàn)，以及EUV光刻機(jī)十余年研發(fā)過程中突破重重困難的最終成功造出世界第一的EUV光刻機(jī)的故事，為你呈現(xiàn)一個38歲ASML與光刻機(jī)巨頭們大戰(zhàn)的完整歷程！
注：1納米（nm）=0.000 000 001米，原子直徑=0.1納米。

序人類科技精華——光刻機(jī)

工業(yè)皇冠上的明珠
說起光刻機(jī)，有很多普通人總以為光刻機(jī)就像激光打孔設(shè)備，在硅片上刻一些復(fù)雜的電路，從“光刻”兩個字理解似乎就是這樣的。
其實這是一個誤區(qū)，光刻機(jī)更準(zhǔn)確的叫法應(yīng)該叫曝光機(jī)，光刻機(jī)工作原理其實更像一部單反相機(jī)，本質(zhì)上是一個極其龐大復(fù)雜的光學(xué)投影系統(tǒng)，是人類迄今為止最復(fù)雜最精密最昂貴的設(shè)備。先進(jìn)光刻機(jī)的研發(fā)難度和制造原子彈以及航天航空技術(shù)的相比不逞多讓，每一代光刻機(jī)都在不斷挑戰(zhàn)人類工業(yè)制造能力的極限，因此光刻機(jī)也被稱為“工業(yè)皇冠上的明珠”。
有了更先進(jìn)的光刻機(jī)，人類才得以不斷挑戰(zhàn)芯片制造工藝的極限，讓摩爾定律不斷延續(xù)，計算機(jī)，手機(jī)等電子產(chǎn)品性能才能越來越強(qiáng)，功能越來越豐富，而芯片產(chǎn)業(yè)是這個信息時代的基石產(chǎn)業(yè)！
最大最復(fù)雜最精細(xì)
目前高端的單反鏡頭可以支持全畫幅6千萬像素分辨率，光刻機(jī)呢？以當(dāng)年武漢弘芯那臺“唯一7nm光刻機(jī)”NXT 1980Di型為例，1千6百億像素，兩者相差2666.6倍，當(dāng)然價格也非常驚人，這臺光刻機(jī)售價為8000多萬美金，比一架波音飛機(jī)都貴。

(, 下載次數(shù): 25)
整個光刻機(jī)系統(tǒng)包括照明光學(xué)模組，光學(xué)模組，投影光學(xué)模組，掩膜傳輸模組，掩膜板平臺模組，晶圓傳輸模組，晶圓平臺模組等部分，以及輔助配套的供能系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、軟件操作平臺系統(tǒng)等共同組成這臺極其龐大的光刻機(jī)。
這臺光刻機(jī)凈重達(dá)180噸，內(nèi)部零件高達(dá)10萬只，線纜連起來有數(shù)公里長。運輸一臺光刻機(jī)，各類零部件需要分成40余個專用箱保持恒溫恒濕，并使用專業(yè)防震的氣墊車運輸，異常精貴?？紤]到重量配平，一臺光刻機(jī)的運輸需要動用4架次波音747貨機(jī)，運到晶圓工廠里的百級潔凈間里后再由ASML工程師們花費大約數(shù)月時間來組裝這個龐然大物，然后再用一個月時間使用專用儀器來調(diào)試光刻機(jī)各項參數(shù)，使之各項參數(shù)符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。因此光刻機(jī)的運輸，組裝，調(diào)試時間將近半年，費時費力。

(, 下載次數(shù): 27)

運輸光刻機(jī)部件的專業(yè)氣墊車

整個光刻機(jī)研發(fā)中涉及眾多學(xué)科，包括數(shù)學(xué)、電子光學(xué)、流體動力學(xué)、高分子物理與有機(jī)化學(xué)、表層物理學(xué)。集合了光學(xué)，有機(jī)化學(xué)、儀器儀表、機(jī)械設(shè)備、自動化技術(shù)、圖像識別技術(shù)行業(yè)等多行業(yè)的頂級技術(shù)。
隨著工藝節(jié)點的不斷微縮，投影精確度已經(jīng)到了史無前例的程度，誤差已經(jīng)降低到了納米級！同時光刻機(jī)的使用方——芯片制造工廠又要求設(shè)備能夠長期穩(wěn)定運行，保持高效生產(chǎn)。請注意這和科研院校搞一個什么光刻技術(shù)號稱曝光XXnm完全不是一個概念，7*24的穩(wěn)定性絕非一般技術(shù)可比，這對于光刻機(jī)每個子系統(tǒng)都是巨大的考驗，因此整個每個子系統(tǒng)都變成在攀登各自領(lǐng)域的珠峰！
因此光刻機(jī)號稱人類科技精華成真不是開玩笑。就光難度而言不亞于造顆原子彈，更難的是光刻機(jī)是商業(yè)設(shè)備是要兼顧成本和效率的。如果把造原子彈和造光刻機(jī)做對比，那么按照光刻機(jī)的性價比迭代，現(xiàn)在原子彈應(yīng)該是十萬塊一顆。
你覺得原子彈只賣十萬塊錢可能嗎？這就是商業(yè)設(shè)備和軍用武器最大的不同之處，光刻機(jī)造出來是要能幫客戶賺錢的，不能保證穩(wěn)定性，不能保證產(chǎn)品良率，就不能保證賺錢，不能賺錢的設(shè)備，客戶無法接受！
工業(yè)皇冠上的明珠名不虛傳！

第一章光刻世界的奧秘

光刻機(jī)的作用
光刻機(jī)的作用是把掩膜板的圖形，按比例縮小后精確的投影到硅片上，完成集成電路工藝圖形化轉(zhuǎn)移過程的第一步。硅片表面涂有光刻膠，光刻膠里面有一種化學(xué)成分叫光致敏劑，當(dāng)有光照的時候，在光敏劑作用下光刻膠會起一些變化，光照射不到的地方它不會變化，因此被曝光后，光刻膠再經(jīng)過烘烤固化和顯影處理，掩膜板圖形就被復(fù)制到了硅片上，光刻機(jī)的作用就完成了，因此它并沒有“刻”這一過程?！翱獭钡墓ぷ髌鋵嵤怯闪硗庖环N設(shè)備完成，那就是刻蝕機(jī)（Etch）。
曝光過的硅片，會被送入刻蝕機(jī)的真空腔體內(nèi)，注入含氯或氟的氣體之后，用等離子發(fā)生器激發(fā)成氯/氟的等離子形態(tài)。其中氯離子是“吃”硅的，氟離子是“吃”二氧化硅的，利用氯/氟離子極強(qiáng)的氧化性把沒有被光刻膠保護(hù)區(qū)域的物質(zhì)“吃掉”，這就是刻蝕的過程。
整個光刻-刻蝕過程如下圖：

(, 下載次數(shù): 29)
就這樣，掩膜板的圖形就被轉(zhuǎn)移到了硅片上。這一套工藝是當(dāng)年英特爾的天才少年赫爾尼（Jean Hoerni）發(fā)明的，后經(jīng)諾伊斯的改進(jìn)，成為標(biāo)準(zhǔn)集成電路工藝一直沿用至今。
從集成電路工藝的角度而言，芯片制造就是在硅片上指甲蓋大小的面積里放下幾億個甚至幾十億個晶體管，并且一次性生產(chǎn)幾千片，甚至幾萬片這樣的硅晶圓。
我們都知道芯片制程工藝的進(jìn)步恪守一條神奇的定律——摩爾定律。當(dāng)年英特爾的創(chuàng)始人戈登.摩爾研究后發(fā)現(xiàn)，每隔18個月，同樣面積內(nèi)晶體管數(shù)量翻倍，但是價格不變，至今這條定律依然在指引行業(yè)前進(jìn)，而這離不開光刻機(jī)的進(jìn)步和一組神奇的光學(xué)公式。

神奇的光學(xué)公式
同樣面積內(nèi)的晶體管數(shù)量要翻倍，那意味著每個晶體管就必須不斷縮小。晶體管的大小，目前通常使用晶體管的半節(jié)距（half-pitch）或者柵極長度（gate Length）來表示晶體管的特征尺寸(CD)，其中傳統(tǒng)平面工藝28nm以上制程更多用Gate Length，22nm以下3D晶體管結(jié)構(gòu)更多用half-pitch來標(biāo)稱。
于是特征尺寸大小也意味著你的工藝水平的先進(jìn)性，于是就有這顆CPU是用7nm工藝制造，比過去的14nm的制造的CPU性能更強(qiáng)這樣的觀念，特別是在先進(jìn)數(shù)字芯片領(lǐng)域，工藝制程水平就顯的更加重要。
就像要想寫更細(xì)更小的字，你需要更細(xì)更小的筆尖一樣，同樣你要做更小的晶體管，你需要更小的曝光技術(shù)，于是光刻機(jī)就成了最關(guān)鍵的設(shè)備。因此光刻機(jī)的水平就決定了一家芯片制造公司的工藝水平是哪一檔的，你能做的晶體管的最小特征尺寸是幾納米？65nm？28nm？還是7nm？
在光刻領(lǐng)域，有一個公式和“摩爾定律”一樣引導(dǎo)著行業(yè)的發(fā)展。而與摩爾定律不同的是，這一物理公式所揭示出的光學(xué)原理似乎更加難以逾越。那就是懸掛在ASML每個辦公室的瑞利判據(jù)（Rayleigh criterion）公式。

(, 下載次數(shù): 24)

瑞利判據(jù)

(, 下載次數(shù): 25)

最早的蔡司版瑞利公式，當(dāng)時還沒有K1參數(shù)

瑞利判據(jù)公式指在成像光學(xué)系統(tǒng)中，分辨本領(lǐng)是衡量分開相鄰兩個物點的像的能力。由于光的衍射效應(yīng)，系統(tǒng)所成的像不再是理想的幾何點像，而是有一定大小的光斑，專業(yè)詞叫愛里斑。當(dāng)兩個物點過于靠近，其像斑重疊在一起，就可能分辨不出是兩個物點的像，即光學(xué)系統(tǒng)中存在著極限分辨率。對于集成電路工藝而言，那就是光刻機(jī)的極限分辨率。
公式中的CD指晶體管的特征尺寸，代表著極限分辨率下的最小線寬。λ則代表光刻機(jī)使用光源的波長；NA（Numerical Aperture）則是光學(xué)器件的數(shù)值孔徑，描述了它們能夠收集光的角度范圍；K1包含了光學(xué)臨近效應(yīng)，包括光刻膠成分或者光刻機(jī)溫度的控制等，是眾多其他影響因子的匯總，這和使用方芯片制造公司的“手藝”有密切關(guān)系，不同的公司，這門“手藝”水平差距巨大。
數(shù)學(xué)好的同學(xué)一眼就看出來，想要得到更小的CD，就從這幾個參數(shù)入手，縮小λ即光刻機(jī)的波長，增大NA數(shù)值孔徑，或者是縮小K1的影響力（提高使用者“手藝”水平）。
于是光刻機(jī)的波長一路降低，從早期的高壓汞燈G線436nm，I線365nm，再到準(zhǔn)分子激光器DUV KrF 248nm和ArF 193nm，最終到現(xiàn)在的極紫外EUV 13.5nm。而NA數(shù)值孔徑和光刻機(jī)投影系統(tǒng)的設(shè)計有密切關(guān)系，如今也變得越來越復(fù)雜。
對于ASML而言，K1是客戶端的事，沒有辦法把控，能做的就在公式中的λ光刻機(jī)波長和投影系統(tǒng)的數(shù)值孔徑NA這兩個參數(shù)上做文章，從而不斷挑戰(zhàn)技術(shù)高峰，把光刻機(jī)的分辨率推向極致。

納米級的精確定位
瑞利判決公式雖然一看就明白，但是這只是理論公式，想要造出一臺先進(jìn)的光刻機(jī)有無數(shù)的難題等著解決。
這是一場人類與物理極限的一場戰(zhàn)斗，代表著人類科學(xué)技術(shù)的巔峰。
首先從光刻機(jī)光源系統(tǒng)出來的光線是需要進(jìn)行一些“加工”的。光刻機(jī)的曝光過程，并不是像閃光燈一樣，“咔嚓”一下就完了，而是和掃描儀一樣，一條光束從一段掃到另外一端，以來回掃描的方式將掩膜版圖形投影成像到晶圓上。所以現(xiàn)代光刻機(jī)都是Scanner掃描式的，“咔嚓”式的也有，比如早期光刻機(jī)。
“咔嚓”式的需要一個大的均勻面光源，Scanner只需要1個均勻條光源。相比之下“咔嚓”式在更小精度下，邊緣會出現(xiàn)曝光不均性的問題，于是“咔嚓”式的就被慢慢淘汰了，再早的接觸式光刻機(jī)和現(xiàn)在炒的火熱的納米壓印，更像“啪嘰”式，納米壓印雖然能實現(xiàn)很小的精度，但是產(chǎn)能效率太低，而且沒法做到復(fù)雜圖形的曝光，和現(xiàn)在投影式光刻機(jī)技術(shù)上還有有很大的鴻溝。
其中鏡頭組是固定的，要想形成掃描效果，必須靠底下承載硅片的雙工件臺來回運動實現(xiàn)。因此雙工件臺的運動速度，定位精度，運行穩(wěn)定性至關(guān)重要，這將影響整個光刻機(jī)的性能和效率，進(jìn)而影響芯片制造公司的產(chǎn)能效率以及產(chǎn)品良率，最終變成賬面上一個個冷冰冰的財務(wù)數(shù)據(jù)。運行不穩(wěn)定，效果不好的設(shè)備不得讓客戶抓狂，還怎么讓客戶賺錢？不能賺錢怎么買你設(shè)備？ASML的光刻機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)定運行的效率保持在98%以上，也就是說一年最多7天時間會出現(xiàn)錯誤，平均52天一次,事實上很多光刻機(jī)一年就幾次error，研發(fā)人員們運用各種技術(shù)力求把出錯的概率降到最低。
光刻機(jī)有個非常重要的參數(shù)——Overlay,套刻精度，也就是光刻機(jī)的對準(zhǔn)精度，目前已經(jīng)是納米級的精度。以NXT 1980Di為例，官方給的參數(shù)是OPO≤1.0nm，DCO≤1.6nm，MMO≤2.5nm，其中OPO是On Product Overlay的意思，產(chǎn)品上的套刻精度，因為芯片制造工藝有點類似蓋樓的過程，相當(dāng)于上次曝光和現(xiàn)在的對齊精度，這個精度是1nm以內(nèi)。
DCO是Dedicate Chuck Overlay的縮寫,相當(dāng)于同一臺設(shè)備自己套自己的精度，這個是1.6nm以內(nèi)。
MMO是Mix-and-Match Overlay的縮寫，相當(dāng)于不同設(shè)備之間的套刻精度，這個可以做到小于2.5nm。
要知道這樣的精度是在雙工件臺瞬間急加速然后瞬間急停下達(dá)到的。如果按照瞬間的加速度算，已經(jīng)超過火箭發(fā)射升空的速度，而且還需要在下一刻精準(zhǔn)的停在位置上，不能出現(xiàn)任何差錯，因為這種速度下任何差錯都沒辦法彌補(bǔ)。錯了雖然不至于整片晶圓報廢只能重來，但是這樣差錯多幾次，趕緊跑路吧，工程師直接提著40米大刀來砍人了。雙工件臺就這樣加速-急停-加速-急停，不斷重復(fù)這一過程，同時保持長期穩(wěn)定工作的狀態(tài)。
一片晶圓上需要曝光多達(dá)數(shù)百個單元（Field），而先進(jìn)的光刻機(jī)一個小時能曝光超過300片硅晶圓，同時保證每一次曝光量都是相同的。假設(shè)一片12英寸晶圓上有300個單元面積需要曝光，那么相當(dāng)于一天曝光2160000次，一年788400000次，雙工件臺以及整個設(shè)備的穩(wěn)定性和效果一致性是個巨大的考驗，
也許這些數(shù)字并不能讓你覺得什么，但是細(xì)想之后這些數(shù)字的所代表技術(shù)含量確實令人震撼。以前有人曾形象比喻，相當(dāng)于兩架高速飛行的飛機(jī)，其中一人拿出刀在另外一架飛機(jī)米粒大小的面積上刻字。
這種精密動作到令人發(fā)指的機(jī)器想要保持7*24小時穩(wěn)定工作，是工程學(xué)上最困難的挑戰(zhàn)，有無數(shù)技術(shù)高峰需要跨越。之間國內(nèi)號稱某某實驗室能做到幾納米，一大堆人吹捧超越ASML指日可待，要知道實驗室設(shè)備刻兩條直線到商用設(shè)備全天候穩(wěn)定運行曝光復(fù)雜圖形之間可謂是天塹之別。
光刻機(jī)極其變態(tài)的精度，以及長期穩(wěn)定工作的狀態(tài)，都離不開雙工件臺，這背后就是ASML稱霸江湖多年的絕技。

最大最精細(xì)的單反
之所以叫全世界最大最精細(xì)的單反，就是因為光刻機(jī)有著極其復(fù)雜的微縮投影系統(tǒng)——物鏡系統(tǒng)，從原理上講和單反鏡頭差不多。
在物鏡系統(tǒng)的上一端是掩膜板，下面就是承載硅片的雙工件臺。物鏡系統(tǒng)就是把光照射下來的掩膜板圖形等比例縮小，并精確投影到硅片上，同時必須矯正到0沒有圖形畸變，像質(zhì)在衍射極限以內(nèi)。
矯正到0，沒有畸變是多么困難的事啊，光是最難掌控的家伙，任何偏差都會導(dǎo)致最終圖像的偏離。
光線穿過任何透鏡，都不可避免會因為折射率，透光率的問題，使得圖形變形，出現(xiàn)各種像差或者聚焦不準(zhǔn)等各種偏差，這對于芯片制造工藝的納米級精度而言是無法容忍的，要盡可能的縮小這種誤差，才能把掩膜板圖形精確縮小投影。
瑞利判據(jù)公式中的NA數(shù)值孔徑這個參數(shù)，便是對物鏡系統(tǒng)的設(shè)計水平和制造水平的一次巨大的挑戰(zhàn)。
從原理上將，數(shù)值孔徑是一個無量綱的數(shù)字，也就是說它是沒有單位的，它只是一個用以衡量光學(xué)系統(tǒng)能收集的光的角度，這也決定了鏡頭收光能力和空間分辨率，公式就是NA=n*Sinθ。
來幫各位回憶下初中物理。
n1*sinθ1= n2*sinθ2

(, 下載次數(shù): 26)
這里的θ是指鏡片的最大收光角度，θ越大，鏡片的收光能力就越強(qiáng)，數(shù)值孔徑NA就越大，θ也不能做到無限大，光掩膜上的線寬越小散射角越大，θ太大成像所需的正負(fù)一階光是沒有辦法被鏡頭收集并成像，因此θ大小非常關(guān)鍵。
有人問：要更大的NA，直接上一個更大直徑的鏡片不就行了？
不行，還要考慮到鏡片的色差和像差問題，這些會導(dǎo)致光學(xué)系統(tǒng)中的各種缺陷。其次，
色差是不同顏色的光在透鏡中的折射程度不同，無法在同一距離會聚成像，像差的種類就更多了，比如球面像差、場彎曲、像散、畸變、彗差，以及各種高階像差。
20 世紀(jì)中期，荷蘭諾貝爾物理學(xué)獎獲得者弗里茨.澤尼克提出了“澤尼克多項式”。借助澤尼克多項式，可以一直觀察到第n階像差，隨著階數(shù)的遞增，會出現(xiàn)更多與角頻率相關(guān)的像差現(xiàn)象，這些統(tǒng)稱為高階像差。

(, 下載次數(shù): 28)

各種像差

（各位可以回想一下你手忙腳亂地調(diào)節(jié)投影儀各種彎曲畫面以及老板們緊鎖的眉頭）
單一鏡面凸透鏡，因為邊緣和中心的折射能力不同，導(dǎo)致對應(yīng)焦點有長有短，所以需要凹凸透鏡組合在一起來抵消單片鏡的色差與球面像差，這也是1817年高斯鏡誕生原理。

(, 下載次數(shù): 27)

1817高斯結(jié)構(gòu)；1888雙高斯結(jié)構(gòu)；1896蔡司雙高斯結(jié)構(gòu)；1920非對稱雙高斯結(jié)構(gòu)

這個高斯，就是那個速算1加到100的天才小學(xué)生，讓學(xué)渣們恨之入骨的家伙之一。
有人說為什么人眼晶狀體也就一個相當(dāng)于凸透鏡，看東西很清晰啊，沒有什么誤差呢？人的眼睛也是簡單的球面，但是我們不僅有神經(jīng)和肌肉可以精確控制晶狀體的形變，讓它自動變焦，更有一個有著超強(qiáng)修正能力的大腦給接受的視覺信息做補(bǔ)償，保證我們看東西不模糊，這個叫腦補(bǔ)。
但是光刻機(jī)沒有這么智能且犀利的大腦?。∮谑枪饪虣C(jī)的物鏡里加入各種各樣的凸透鏡，凹透鏡，非球面鏡等，運用各種透鏡組合，力求把球差，彗差，像散等各種光學(xué)缺陷誤差消除。
隨著曝光分辨率越來越小，NA越來越大，投影要求不斷提高，物鏡系統(tǒng)的復(fù)雜程度開始一路狂飆，整個物鏡系統(tǒng)的光路越來越復(fù)雜。

(, 下載次數(shù): 27)

各種光刻機(jī)鏡頭光路對比

對于相機(jī)而言，6片普拉納型鏡頭結(jié)構(gòu)已經(jīng)很好，對于光刻機(jī)而言為了追上摩爾定律，實現(xiàn)更小的CD，物鏡系統(tǒng)就需要不斷增加鏡片，分?jǐn)偳?，提升總體結(jié)構(gòu)的對稱性，不斷縮小鏡頭的光學(xué)誤差，才能提高分辨率和成像質(zhì)量。

(, 下載次數(shù): 27)
在DUV研發(fā)中，早期ASML使用了18P結(jié)構(gòu)，到現(xiàn)在高端型號光刻機(jī)高達(dá)29P，于是你看現(xiàn)在一米多高，一噸多重的光刻機(jī)鏡頭。
實物是這樣的。

(, 下載次數(shù): 26)

與光的戰(zhàn)斗
為了實現(xiàn)這極其變態(tài)的縮影要求，蔡司光學(xué)設(shè)計大牛們，經(jīng)過反復(fù)的理論計算，最終設(shè)計了這種準(zhǔn)對稱雙高斯光路結(jié)構(gòu)來保證畸變和像質(zhì)。
從理論上來講，光路的理論計算和設(shè)計并不是最難的，最難的是根據(jù)理論設(shè)計要求，把這樣的鏡片造出來，并把他們嚴(yán)絲合縫的安裝到一起。這無論是鏡片材料的制造，還是超高面型精度鏡片加工，還是整個鏡頭組的定心安裝，都是巨大的挑戰(zhàn)，更別提物鏡系統(tǒng)中還有各種各樣的非球面鏡，加工難度更是難于登天。
蔡司曾比喻，如果鏡片的面積有德國這么大，那么高低誤差不到1cm，只有這樣的鏡片，才能誕生了全人類最精細(xì)的光線。
把如此多的鏡片進(jìn)行定心安裝，這對于工藝還有量測設(shè)備又是一次超高難度的挑戰(zhàn)。分辨率實在是太小了，任何瑕疵都會造成最終投影效果的極大誤差，與理論設(shè)計相去甚遠(yuǎn)。
物鏡系統(tǒng)難就難在這里，設(shè)計是小事，工藝實現(xiàn)才是重點。
在使用過程中，193nm波長的深紫外光波長已經(jīng)非常短了，如此短波長的光線每次穿過透光性再高的材料時候，依然會有部分能量被吸收，這部分損失的能量并不會消失，而是積累在鏡片上，因此鏡片的會因為長期工作積累熱量而導(dǎo)致變形，最終導(dǎo)致曝光焦距和場曲出現(xiàn)變化，影響光刻的良率，這當(dāng)然是不能忍受的，要是知道光刻機(jī)要變成印鈔機(jī)，就必須保證工作中極強(qiáng)的穩(wěn)定性，以及投影效果的一致性。
因此為了保證長期工作下積累的熱量不影響投影效果，不僅鏡片上會有特殊的涂層，物鏡外部還加上各種冷卻系統(tǒng)，系統(tǒng)上還需要配備熱效應(yīng)仿真軟件，進(jìn)行實時校準(zhǔn)功能，及時調(diào)整鏡片的位置和形變來進(jìn)行校準(zhǔn)和補(bǔ)償。因此部分鏡片做成可以沿著軸向移動的部件，可以實時檢測并微調(diào)鏡片之間的距離，來補(bǔ)償其他成像誤差，保證最終投影的焦點，始終精準(zhǔn)落在硅片表面，形成清晰的圖像。
在光學(xué)檢測領(lǐng)域也有一家公司也叫愛馬仕（Hermes Microvision，HMI中文名漢民微測），這家“光學(xué)愛馬仕”在2016年的時候被ASML收購了。

(, 下載次數(shù): 27)
有了它，ASML實現(xiàn)光刻“三板斧”，計算光刻，光刻，量測。所以ASML并不是簡單的光刻機(jī)制造商而是圖形化解決方案供應(yīng)商！

(, 下載次數(shù): 26)

OPC光學(xué)修正：紅色表示未修正，黃色表示修正之后

ASML收購了Brion(睿初科技)有了計算光刻OPC（光學(xué)臨近修正）能力；光刻，ASML自己有光刻機(jī)；量測方面有ASML Yieldstar和HMI ebeam的相關(guān)設(shè)備。
因為有了在線量測技術(shù)，ASML做出了TWINSCAN系統(tǒng)(雙工件臺)，可以做到一邊做量測準(zhǔn)備工作，一邊做曝光，系統(tǒng)效率大幅上升。尼康受制于專利和技術(shù)，一直是單件臺方案，量測曝光同時在一片硅片上進(jìn)行，結(jié)果在競爭中一落千丈。
三管齊下，最終ASML變成集成電路圖形化工藝解決方案供應(yīng)商。
前文提到Overlay套刻精度只是狹義的精度概念，實際上還有廣義概念。
當(dāng)工藝要求進(jìn)入1nm的時候，就不僅僅是重復(fù)的套刻精度問題了，因為每顆鏡頭都不一樣，就像人臉，廣義上眼睛鼻子嘴巴大家都差不多，其實每人長得都不一樣，再好的工藝生產(chǎn)出來的透鏡也不可能完全一致，在納米級精度上就有明顯的差異。
前一層在A透鏡上做的，下一層的在B透鏡上做，天差地別。就像每個人的指紋一樣，差別是巨大的。
所以O(shè)verlay的參照物是什么就很重要了。自己對自己當(dāng)然不用考慮自己是不是歪瓜裂棗，兩張照片疊一起互相抵消的，但是當(dāng)你要處理一堆不同機(jī)器的時候就是個巨大的問題。
所以，其實ASML的廣義Overlay是相對于完美數(shù)學(xué)模型的差異，每臺設(shè)備工具都是參照同一個完美數(shù)學(xué)模型。這樣才能最小化每臺設(shè)備之間的差異，無論高階低價工藝，效果都一樣。
到了高端制程節(jié)點，高階Overlay帶來的問題比低價多得多，需要更變態(tài)的控制算法來彌補(bǔ)的。所以，量測工具設(shè)備才會越來越重要，越來越貴，因為技術(shù)要求是幾何級數(shù)增長的，這已經(jīng)不是物理層面的了，而是數(shù)學(xué)層面的概念了，需要提前算好高階量化參數(shù)。
ASML的先進(jìn)光刻機(jī)的目標(biāo)，是澤尼克多項式8階！要消除8階像差！而核心奧秘就是ASML的量測“三板斧”。
曾經(jīng)說個說法：ASML開放圖紙，中國就能把光刻機(jī)造出來，我就在想中國是否還有第二家公司有蔡司相同的制造水平，能提供這樣精密的鏡頭組？是否有ASML雙工件臺這樣超強(qiáng)的精度和穩(wěn)定性？是否有媲美ASML的控制軟件？（光刻機(jī)軟件的代碼比window10代碼更龐大），是否有類似ASML的過程控制量測工具設(shè)備，精確的控制每一次光刻，消除不同設(shè)備的差異？
顯然就目前而言，中國的光刻機(jī)從設(shè)計到工藝實現(xiàn)，還有很長很長的路要走。

第一章光刻世界大戰(zhàn)

第一次光刻機(jī)大戰(zhàn)——稱雄的美國人
1904年，美國美國科學(xué)家約翰.安部羅斯.弗萊明，為自己發(fā)明的電子管弗萊明“閥”，申請了專利，這標(biāo)志這人類歷史上第一只電子管誕生，世界邁向了電子時代。

(, 下載次數(shù): 29)

約翰安.布羅斯.弗萊明（1849-1945）發(fā)明了真空二極管

1942年，美國軍方撥下巨款，在賓夕法尼亞大學(xué)莫爾電機(jī)工程學(xué)院的莫希利教授，以及計算機(jī)之父約翰·馮·諾伊曼努力下第一臺電子管計算機(jī)“ENIAC”被制造出來，這是人類科學(xué)史上一次巨大的進(jìn)步，比之前的計算速度提升了上千倍，但是使用過程中也發(fā)現(xiàn)電子管巨大的弊端：體積大，功耗大，易發(fā)熱，而且極容易損壞。

(, 下載次數(shù): 26)

1946年“ENIAC”誕生

1945年夏天，貝爾實驗室正式制定了一個龐大的研究計劃：決定以固體物理為主要研究方向，希望用半導(dǎo)體技術(shù)來替代粗苯的真空電子管。
1947年12月，人類第一個點接觸晶體管在威廉.肖克利、沃爾特.布拉頓、約翰.巴丁三人手中誕生，這是一個跨時代的偉大發(fā)明！8年后的1956年三人共獲諾貝爾物理學(xué)獎。

(, 下載次數(shù): 26)
1959年，在晶體管發(fā)明的十年后，德儀的工程師基爾比和英特爾的諾伊斯幾乎在同一時期發(fā)明了集成電路，人類進(jìn)入集成電路的新世界。
1965年，大預(yù)言家英特爾創(chuàng)始人戈登.摩爾預(yù)言了未來集成電路的發(fā)展規(guī)律：每十八月，同樣面積下的晶體管數(shù)量翻倍，但是價格不變。這意味這晶體管尺寸將不斷縮小，同樣晶體管的制程工藝開始不斷微縮，從制造簡單的分立器件到復(fù)雜集成電路，光刻機(jī)作為直接影響工藝的關(guān)鍵核心設(shè)備登上了舞臺。

(, 下載次數(shù): 25)
早在1930年代，哈佛大學(xué)杰斐遜物理實驗室，天文學(xué)家David Mann分析來自恒星和星云的光，他通過光譜儀將透過望遠(yuǎn)鏡的光線發(fā)送到感光玻璃板上，這是會出現(xiàn)帶有黑白條的圖案。David Mann希望盡可能精確地測量條紋上的獨特代碼，因此他制作了第一個比較器——一個帶有導(dǎo)程螺絲桿和微米線的測量引擎。他把裝有攝影記錄信息的玻璃板放在桌子上，用一個間隔為微米級的手輪操作其移動，這使他能夠高精度地測量和定性光譜。
在同事們的鼓勵下，David Mann就以自己的名字創(chuàng)立了這家機(jī)械測量儀器的公司David Mann。在當(dāng)時David Mann的“微米輪”可以達(dá)到1/1000毫米的精度是個難以置信的成就。
1959年，傳奇公司Geophsical Corporation of America（GCA）收購了這家小公司，于是David Mann成為GCA公司的一個事業(yè)部。當(dāng)時GCA正在銷售定位臺，利用David Mann的技術(shù)，這些定位臺可以沿著垂直軸方向更精確移動。
1960年，Clevite晶體管公司看到GCA的David Mann的定位技術(shù)引起極大興趣。Clevite的工程師認(rèn)為精確的定位臺可以幫助他們制造晶體管，他想用這種儀器將微圖形投射在照明玻璃板上，以此獲得更高的精度。隨后David Mann部門的工程師們攻克了難題，利用博士倫的光學(xué)顯微鏡的物鏡部分，制造了第一臺完全手動的分布重復(fù)照相機(jī)，即分步重復(fù)曝光光刻機(jī)。
1961年，David Mann向市場推出第一臺光刻機(jī)——971型，盡管這臺機(jī)器有些瑕疵，但是足以滿足當(dāng)時晶體管的制造水平，包括太平洋半導(dǎo)體，IBM，肖克利半導(dǎo)體，德儀以及飛利浦的電子制造部門Elcoma都采購了這臺光刻機(jī)。
David Mann公司的成功，促使好幾家公司開始效仿其做法。IBM的一位工程師創(chuàng)辦了自己的公司JADE，制造重復(fù)曝光光刻機(jī)。隨后Dekacon、Electromask、OPTOmechanisms、Royal Zenith、R.W.Borrowdale 和Yale MicroModule等公司也踏入了這個新興的市場。Spectra Physics公司甚至發(fā)明了一個具有9套鏡頭的裝置，它配備了基于激光的測量系統(tǒng)和一個靠空氣軸承穩(wěn)定的平臺。在惠普公司發(fā)明了一種可用的激光后，David Mann公司改用了激光干涉測量系統(tǒng)。
盡管競爭激烈，但是在60年代，David Mann公司的市場份額一直保持在60%-70%。盡管如此，但是當(dāng)年光刻機(jī)市場規(guī)模實在太小了，所以David Mann一直是由幾十名工程師在一個小車間里手工組裝，充其量也就是一個手工作坊。
除了David Mann，其他美國廠商也向顯微鏡制造商博士倫訂購光學(xué)元件，但是博士倫技術(shù)水平有限，優(yōu)質(zhì)鏡頭太少，隨著退貨次數(shù)增加，開始尋找替代方案，大家發(fā)現(xiàn)尼康鏡頭質(zhì)量更好，隨后博士倫就別被踢出供應(yīng)商名單換成了日本尼康。從這個時候開始尼康就開始進(jìn)入半導(dǎo)體光學(xué)領(lǐng)域從而不斷積累，從而為日后推出自家的光刻機(jī)打下堅實的基礎(chǔ)。
1960年至1974年，這個光刻機(jī)上古時期的所使用的掩膜板都是1:1的，并沒有復(fù)雜的光學(xué)投影系統(tǒng)，于是這個時期叫遮蔽式光刻時代（Shadow Printing），這些光刻機(jī)統(tǒng)稱為Mask Aligner，掩膜對準(zhǔn)儀。除了GCA之外，這一時期有另外三家重要的光刻機(jī)廠商分別是，Kulick&Soffa，Cobilt和SUSS。
當(dāng)時有兩種光刻機(jī)，接觸式光刻機(jī)和漸進(jìn)式光刻
接觸式光刻機(jī)，顧名思義就是把光掩膜板蓋在涂有光刻膠的硅片上，然后打開光源，“咔嚓”一下，完成曝光。

(, 下載次數(shù): 26)

接觸式光刻機(jī)

顯然這個方法有個巨大的問題，光刻膠很容易造成污染，而且隨著曝光次數(shù)增加掩模就非常容易損壞，因此失敗率很高，芯片良率奇低，成本非常昂貴。
緊接著在接觸式光刻機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)明了漸進(jìn)式光刻機(jī)，光掩膜板不和硅片直接接觸，在光刻機(jī)里加入量測工具，讓兩者盡可能的接近。但是隨之而來的出現(xiàn)了新問題，光有衍射效應(yīng)，投影時邊緣會變模糊，這會造成光刻機(jī)的精度下降，出現(xiàn)較大的投影誤差。

(, 下載次數(shù): 27)

接近式光刻機(jī)

因為良率太低了，一片4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，連財大氣粗的美國軍方都用不起。
1967年，美國軍方聯(lián)系了老牌光學(xué)設(shè)備廠商Perkin Elmer，希望能做出一種精度高，又不用把掩膜板壓在光刻膠上的光刻機(jī)。Perkin Elmer知道的人可能不多，人家可是大名鼎鼎的哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的鏡片制造商。
在軍方的支持下，經(jīng)過數(shù)年的開發(fā)，Perkins Elmer在1974年推出了劃時代的光刻機(jī)：Micralign 100。

(, 下載次數(shù): 30)

Micralign 100

從Micralign 100開始，光刻技術(shù)進(jìn)入了投影式時代，因此這臺光刻機(jī)被認(rèn)為是現(xiàn)代投影式光刻機(jī)的祖先。
Micralign 100的結(jié)構(gòu)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)過三次反射，投射在硅片上。
這種對稱的球面鏡，可以消除產(chǎn)生的大部分像差，達(dá)到理想的分辨率。

(, 下載次數(shù): 25)
Micralign的誕生大大提高了光刻工藝的良率，從接觸式光刻的約10%提高到了70%的良率。技術(shù)的更新，使得芯片制造廠的良率大幅提高，而芯片價格則立竿見影的大幅下跌。
1974年摩托羅拉的6800微處理器還要買295美金一顆，而一年后，從摩托羅拉的出來的工程師查爾斯.恰克.佩德爾懷著對上司短視的不滿，帶著一群小伙伴加入MOS科技。
在MOS科技公司，他們使用Micralign 100光刻機(jī)生產(chǎn)的MOS 6502處理器，只賣25美金的白菜價并第一次在威斯康星州本地的電子技術(shù)愛好者展會上展示他們的成果，展會上MOS 6502引起一位年輕商人的興趣，他就是蘋果創(chuàng)始人斯蒂芬.喬布斯，隨后蘋果電腦上就用上了MOS 6502這顆芯片。

(, 下載次數(shù): 28)

6800與6502

隨后MOS 6502大賣，僅僅25美元的價格讓一切變得可能，市場上基于MOS 6502的微型電腦如雨后春筍般出現(xiàn)，Atari 2600、Apple、NES、Commodore 64、BBC Micro，從數(shù)千美金一臺的商用微型計算機(jī)，到只有幾百美金的家用計算機(jī)都能看到它的身影。
大名鼎鼎的任天堂紅白機(jī)的芯片也用的是MOS 6502，80年代筆者還沒有摸過女孩子的手，就開始摸任天堂的手柄了，也算是和MOS 6502頗有淵源。曾經(jīng)國內(nèi)紅極一時的文曲星也使用了這款芯片。
英特爾，德儀等公司的訂單，雪花一樣飛來，而Perkins Elmer也因為Micralign 100光刻機(jī)的大賣而爆賺一把。畢竟好用的光刻機(jī)對客戶而言就是印鈔機(jī)，盡管售價是漸進(jìn)近式光刻機(jī)的三倍，但是實打?qū)嵉牧悸侍岣?，最終能得到的芯片更多，反而讓所有采購Micralign 100的客戶賺的盆滿缽滿。
進(jìn)入半導(dǎo)體設(shè)備領(lǐng)域短短不到三年時間Perkins Elmer變成當(dāng)時最大的半導(dǎo)體設(shè)備公司。
然而好景不長，隨著摩爾定律繼續(xù)發(fā)展，芯片制程繼續(xù)縮小，Perkins Elmer的基于1:1純反射式的光刻機(jī)缺點越來越明顯，反射鏡無法完全消除球面像差，圖像分辨率也太低也無法進(jìn)一步滿足縮小的工藝。Perkins Elmer開始追不上更精密的芯片制程，于是基于透鏡組的步進(jìn)式光刻機(jī)（stepper），開始嶄露頭角，光刻技術(shù)進(jìn)入縮放投影時代。
1978年，GCA公司率先推出了首款步進(jìn)式光刻機(jī)DSW 4800并且迅速的占領(lǐng)了市場，實現(xiàn)高達(dá)70%的市占率，緊接著日本雙雄尼康和佳能也開始發(fā)力，但是Perkins Elmer對這一切熟視無睹，繼續(xù)沉迷在過去的成功中，既沒有投入資源進(jìn)行研發(fā)下一代光刻機(jī)，也沒有認(rèn)真聽取客戶意見，驕傲自滿，故步自封。
丟失市場后的Perkins Elmer終于醒悟過來，但是為時已晚，最后Perkins Elmer孤注一擲的研發(fā)EUV，結(jié)果自然是失敗。之后Perkins Elmer的半導(dǎo)體光刻機(jī)事業(yè)部賣給了SVG，2001年SVG后又被ASML以16億美金收購，而30年后，ASML重拾了EUV技術(shù)和反射式物鏡，兜兜轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)再回到原地。
盡管Perkins Elmer在后續(xù)競爭中失敗，但是也不可否認(rèn)Perkins Elmer的Micralign 100光刻機(jī)的貢獻(xiàn)。正因為Micralign 100光刻機(jī)大幅提高了芯片制造的良率，才讓芯片價格下來，才讓更多的電子產(chǎn)品進(jìn)入尋常百姓家。
至此第一次光刻機(jī)大戰(zhàn)結(jié)束，美國幾個廠家你追我趕，體現(xiàn)出美國在光刻機(jī)領(lǐng)域極強(qiáng)的科技實力和技術(shù)創(chuàng)新力，最終GCA笑到了最后。但是接下來，意想不到的的是GCA也因為傲慢付出了慘痛的代價。

第二次光刻機(jī)大戰(zhàn)——日本的逆襲

許久以來，半導(dǎo)體行業(yè)流傳這這樣一個段子：
美國人負(fù)責(zé)創(chuàng)新賺第一桶金，接著日本人開始跟進(jìn)，賺產(chǎn)業(yè)升級發(fā)展的第二波錢，緊接著歐洲人如夢初醒，開始跟日本互相爭地盤，然后韓國人沖進(jìn)來瘋狂的內(nèi)卷，大家分口湯，最后中國人來到桌邊，大家輪番胡牌，把對方搞吐血，但是最終把門外人的錢賺走。
縱觀半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展幾十年經(jīng)歷，莫不過如此，甚至其他如光伏行業(yè)也有非常類似的歷史過程。
GCA公司因為研發(fā)出倍縮光掩模的步進(jìn)式光刻機(jī)——DSW 4800,又奪回失去的市場和客戶。70年代初，GCA的把鏡頭供應(yīng)商從不靠譜博士倫換成尼康，但是為了獲得所需的遠(yuǎn)心式鏡頭，GCA又拋棄了尼康，他們嫌日本的鏡頭精度不佳，光刻像差受焦距的影響太大，轉(zhuǎn)頭和德國蔡司合作。
正是因為這家被GCA拋棄的日本公司，最終成了GCA的掘墓人。
除了物鏡系統(tǒng)，GCA還需要一樣新東西——自動化硅片工件臺(stage)。
對準(zhǔn)儀使用是1:1的光掩膜板，這樣的好處是，速度快，效率高，因為掩膜大小與硅片基本一致，做一次曝光就能給整個硅片都曝光，缺點也很明顯，圖形對比度，精度，數(shù)值孔徑都受到很大限制。
而步進(jìn)式光刻機(jī)采用的是縮放投影的方式，把掩膜板的圖形，縮小到原來的1/4到1/5再投射到硅片表面，這樣就大大提高了曝光強(qiáng)度和分辨率上限，讓光刻精度再進(jìn)一步進(jìn)入微米級。而且因為采用的是縮放投影，不需要掩膜板和晶體管線寬一致，對掩模板要求也降低，簡化了掩模板的制作要求，降低了成本。
然而這么做也帶來一個新的問題，現(xiàn)在曝光區(qū)不再是整個硅片，而是其中的一小塊面積，所以光刻要化整為零，每曝光一次，硅片就必須移動到下一個區(qū)域再曝光一次，一步步推進(jìn)，直到整個硅片完成全部曝光工作。因此這套技術(shù)得名步進(jìn)式光刻機(jī)（Stepper）。
雖然步進(jìn)式光刻機(jī)提高了光刻的分辨率，但是因為曝光工作大量增加，因此是以犧牲速度換來更高的精度，于是除了物鏡系統(tǒng)之外對工件臺要求就越來越高，工件臺的定位精度影響對準(zhǔn)精度，運動的速度決定了光刻機(jī)每小時的硅片曝光量，無故障穩(wěn)定運行的時間決定了光刻機(jī)的整體效率，于是光刻機(jī)的精度和效率全靠工件臺的技術(shù)水平。
早期的工件臺用伺服電機(jī)驅(qū)動二維平臺，但是更早期在1973年，Natlab的愛德.鮑爾為赫爾曼.范?？酥圃斓谝慌_步進(jìn)式光刻機(jī)時是基于油壓驅(qū)動的晶圓工件臺。因此PAS 2000此前的研發(fā)中一開始并不是電動而是油壓驅(qū)動，雖然效果精度還行領(lǐng)先于同行，但是實際工作中，油泵的噪音和震動是個巨大的災(zāi)難，而且還有很大的污染，問題實在是太多，而S&I(飛利浦的電子事業(yè)部)工程師和Natlab因為盲目和自大，導(dǎo)致成立后的ASML的PAS 2000在早期一臺都賣不出去，失敗也因為這個原因。后期ASML改用電，再變成氣懸浮，到現(xiàn)在改成磁懸浮的雙工件臺，并搭配激光干涉儀和光柵尺組成監(jiān)控量測系統(tǒng)，最終成為ASML的絕招。
1978年GCA初步解決了晶圓工件臺的技術(shù)問題，推出了世界上首臺搭載自動化硅片工件臺的步進(jìn)式光刻機(jī)DSW 4800。

(, 下載次數(shù): 26)

世界首臺步進(jìn)式光刻機(jī) DSW 4800

這臺光刻機(jī)使用G線光源和10:1的縮光掩膜板。盡管光刻速度不快，50萬刀的價格也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于Micralign 9萬8千刀的價格，但是在穩(wěn)定性，分辨率，數(shù)值孔徑，以及套刻精度方面具有壓倒性的優(yōu)勢，讓其一誕生就獲得了包括IBM，仙童，德儀等大廠客戶們的青睞。盡管這一年P(guān)erkins Elmer也推出了Micralign 500型號，一小時能曝光100片硅片，把速度的優(yōu)勢發(fā)揮到了極致，但是行業(yè)正按照摩爾定律的劇本晶體管的尺寸不斷微縮，光刻的精度變的原來越重要，Micralign已經(jīng)完全跟不上精度要求。但是Perkins Elmer還沉浸在過去的輝煌中，并沒有意識到對準(zhǔn)儀即將被歷史所拋棄，而GCA憑借高精度的步進(jìn)式光刻機(jī)，迅速反超Perkins Elmer，上演了一出王者歸來。
至此全球光刻機(jī)市場，基本就是美系廠商的天下，誰贏下美國市場，誰就是世界第一。
然而正當(dāng)兩家美國廠商打的火熱的時候，1982年，在IBM和德儀的工廠里，出現(xiàn)了一臺來自日本的光刻機(jī)，不管是光學(xué)系統(tǒng)，還是硅片工件臺，看上去都和GCA的步進(jìn)式光刻機(jī)相差無幾，這就是尼康當(dāng)年推出的NSR-1010G。

(, 下載次數(shù): 25)

尼康的NSR-1010G

這家做鏡頭配件的只配做GCA小弟的日本廠商，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)？故事從1976年說起。
1976年，日本的通信產(chǎn)業(yè)省，開啟了超大規(guī)模集成電路計劃，簡稱VLSI項目——“超LSI技術(shù)研究組合”。
這是一個舉日本全國之力推動電子產(chǎn)業(yè)升級的四年規(guī)劃，政府每年投入180億日元，組織了日本國內(nèi)最大的五家半導(dǎo)體廠家包括東芝，日立，富士通，三菱電機(jī)，日本電氣在內(nèi)的技術(shù)聯(lián)盟，要求這些競爭對手放下隔閡，攜手合作，避免當(dāng)年日本海軍和陸軍互相慪氣的鬧劇，集中力量辦大事。
在四年的規(guī)劃中，日本選擇了幾個要重點突破的技術(shù)路線，光刻技術(shù)和設(shè)備就是其中之一。
因此作為老牌光學(xué)廠商的尼康和佳能，雖然明面上并沒有加入該項目，卻也在通產(chǎn)省組織的合作框架下，開始了各自的光刻機(jī)研發(fā)（逆向拆解分析）任務(wù)。
佳能此前主要做相機(jī)鏡頭，在精密測量部分尚有欠缺，因此仿制的是門檻較低的Micralign對準(zhǔn)儀。而尼康的前身是成立于1917年的日本光學(xué)株式會社，在鏡片制造和精密測量技術(shù)方面有這相當(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)列艦提供軍工級的光學(xué)測距儀，在GCA踢除安捷倫的時候，用過一段時間的尼康鏡片，讓尼康得以了解半導(dǎo)體光學(xué)的最新技術(shù)。
精密光學(xué)鏡片加工能力和精密測量技術(shù)，這兩者都是解鎖步進(jìn)式光刻機(jī)的前置技能，因此尼康更加被寄予厚望，開始研發(fā)（仿制）類似GCA的步進(jìn)式光刻機(jī)。
盡管自身的技術(shù)積累不俗，但是尼康要想實現(xiàn)從無到有，也并非易事。好在還有友軍的全力支持，日本電氣把買到的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，由于這臺光刻機(jī)極其寶貴，日本電氣只能厚著臉皮找GCA報修，結(jié)果被GCA工程師發(fā)現(xiàn)機(jī)器被人拆開過，場面一度十分尷尬。
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，于是后面的研發(fā)過程就很順利了，不久之后的1980年，就推出了自己的首臺步進(jìn)式光刻機(jī)。
初代尼康光刻機(jī)有不少問題，但是日本電氣和東芝還是很支持，買下后雙方技術(shù)人員通力合作，及時反饋了很多實際工作過程中的問題，幫助尼康迅速更新和迭代技術(shù)，于是尼康光刻機(jī)水平迅速提高。
1982年，尼康成功的把機(jī)器賣到了美國IBM和德儀。美國人驚訝的發(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。
在當(dāng)時美國廠商設(shè)備賣出去就不管了，甚至還有一個笑話，GCA賣一臺光刻機(jī)只送一本維修手冊，上面只有一句話：“我們家的光刻機(jī)是最好的”。而日本廠家不僅態(tài)度好，還贈送5名工程師組成的“機(jī)臺大保健服務(wù)”，隨時提供技術(shù)支持，保證光刻機(jī)穩(wěn)定運行。
正當(dāng)尼康一路高歌猛進(jìn)之時，GCA的產(chǎn)能問題卻遲遲沒有改善，究其原因其鏡頭供應(yīng)商蔡司當(dāng)時正處于低谷期，鏡頭頻頻出現(xiàn)質(zhì)量問題，還延遲交貨，無法滿足GCA擴(kuò)大產(chǎn)能的需求。此消彼長之后，其他廠商逐漸失去了對GCA的耐心。
2年后的1984年，尼康的出貨量就基本和GCA打平，甚至尼康還先與GCA推出升級光源后的i線光刻機(jī)，NSR-1010i3型，廣受客戶好評。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。
同年的4月1日，在遙遠(yuǎn)的歐洲荷蘭的一個小城市，誕生了一家脫胎于飛利浦Natlab的小公司，那就是日后光刻機(jī)的霸主阿斯麥——ASML，但是在當(dāng)時ASML完全沒法和尼康以及GCA競爭。
1985年，尼康正式超過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，把全部身價壓再高端機(jī)上，但是資金鏈斷裂的GCA，已經(jīng)無力支撐后續(xù)研發(fā)，而且蔡司退出合作給了GCA致命一擊。
1988年，走投無路的GCA年被出售給 General Signal，又過不了幾年GCA找不到買主被關(guān)閉，當(dāng)年美系光刻機(jī)龍頭就這樣消亡了。
80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，處在奔潰邊緣，而日本光刻機(jī)雙雄尼康和佳能則強(qiáng)勢崛起，超越美系廠商占據(jù)了超過70%的市場份額。
為什么十年不到時間，風(fēng)光一時的美系廠商會被日系廠商反超，日系光刻機(jī)廠商憑什么能迅速崛起打破美系廠商壟斷？我們可以總結(jié)出以下這些經(jīng)驗教訓(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項目出錢，搖人，成立聯(lián)合實驗室，實現(xiàn)上下游廠商的的通力協(xié)作，共同研發(fā)，共同進(jìn)步。而美國芯片廠則不愿意和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，不知道客戶的真實情況已經(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，還是自動化技術(shù)，全部都是自研，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完全依賴蔡司的鏡頭，一旦蔡司品控和溝通有問題，會造成災(zāi)難性后果，也確實蔡司有段時間自身陷入困境，自身問題一大堆。這個問題在ASML和蔡司的早期合作中也出現(xiàn)了，差點把ASML也拖下水，直到ASML對蔡司進(jìn)行徹底改造，才消除這個短板。
四是美國廠商的守舊與傲慢，Perkins Elmer故步自封，死守著Micralign系列一路做到低，看不到縮影式的發(fā)展，等到回頭發(fā)現(xiàn)丟失市場，病急亂投醫(yī)，著急轉(zhuǎn)型EUV，但早已為時已晚。GCA則目空一切，當(dāng)客戶反饋尼康和佳能的設(shè)備性能更好的時候，管理層只是甩鍋給銷售團(tuán)隊，而不是反思自己設(shè)備為什么不如競品。
五是日本廠商有著更好的經(jīng)營理念和服務(wù)支持，GCA在亞洲的服務(wù)團(tuán)隊，都是外派的美國人，根本無法融入當(dāng)?shù)乜蛻?。而尼康則非常重視客戶的需求，在1982年第一臺設(shè)備交付美國客戶的時候，就開始雇傭當(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)還處于草莽時代，日本可以用高效和低成本的打法反超美系競爭對手。但是放到現(xiàn)在則很難，光刻技術(shù)路線基本成熟，尖端研發(fā)陷入停滯的當(dāng)下，中國廠商則很難復(fù)制當(dāng)年尼康成功路線。
七是在當(dāng)時的經(jīng)濟(jì)大背景下，是美國還處于石油危機(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)儲不得不實行貨幣緊縮政策，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)。
因此80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)存等其他芯片市場也攻城略地，打的美國芯片公司節(jié)節(jié)敗退。
那些年無論德儀，還是仙童，還是AMD都是泥菩薩過江自身難保，英特爾甚至因為退出內(nèi)存市場被迫裁員2000多人。
但是好景不長，雖然在產(chǎn)業(yè)層面日系公司把美系公司打的毫無招架之力，但是回頭美國就舉起了40米大刀，把日本放到案板上然后狠狠的宰了下去，這一刀讓日本大失血，好多年都回不過神來。
這一刀就是著名的美日《廣場協(xié)議》。

(, 下載次數(shù): 28)

1985年美日簽署《廣場協(xié)議》

1985年著名的《廣場協(xié)議》誕生，在廣場協(xié)議生效后的3個月內(nèi)，日元兌美元快速升值20%，不到三年升值接近100%，這削弱了日本出口商品的競爭力。1986年9月又出臺《美日半導(dǎo)體協(xié)議》，對日本芯片強(qiáng)制征收100%的懲罰性關(guān)稅，緊接著美國又扶持臺灣地區(qū)和韓國地區(qū)的公司和日本芯片廠商互相內(nèi)卷。盡管日系公司還能依靠之前的技術(shù)積累繼續(xù)保持市場份額，但是這兩刀砍地實在太狠，自此日本芯片產(chǎn)業(yè)盛極而衰，在美國的政策大刀下被迫退守，在行業(yè)景氣周期還能吃肉，但是一旦出現(xiàn)經(jīng)濟(jì)下滑遇到行業(yè)冷周期，那么日系廠商就會死傷無數(shù)。
在臺積電以及韓國三星們的進(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，三星和臺積電等趁機(jī)發(fā)展壯大到現(xiàn)在成為半導(dǎo)體行業(yè)兩大巨頭。
2012年日系內(nèi)存最后的獨苗爾必達(dá)公司被美光以25億美金的白菜價收購。2017年東芝存儲也因為東芝集團(tuán)自身的深陷財務(wù)問題，最終被美系的貝恩資本以180億美金收購，后改名鎧俠，曾經(jīng)輝煌一時的日系存儲基本消失殆盡。
1988年GCA資金嚴(yán)重匱乏被General Signal收購，又過了幾年GCA找不到買主被迫關(guān)閉。General Signal旗下另外一家Ultratech最終被管理層杠杠收購，但是規(guī)模也不大了，2017年被Veeco以8.63億美金收購。1990年，P&E光刻部也支撐不下去被賣給SVG，SVG也茍延殘喘最后被ASML以16億美金收走。
日系光刻機(jī)廠商全面打敗美系廠商贏得了光刻機(jī)戰(zhàn)爭，但是對于日本而言，兩個不平等協(xié)議一簽，輸?shù)袅税雽?dǎo)體的一個時代。
但是尼康也不是笑到最后的贏家，在光刻機(jī)上的技術(shù)優(yōu)勢，日本一直維持了近20年，直到當(dāng)年那個不起眼的歐洲小公司，羽翼豐滿，一飛沖天，接連發(fā)起“浸沒式系統(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。
第二次光刻機(jī)大戰(zhàn)結(jié)束。

第二章歐洲巨頭的崛起

正當(dāng)美系和日系廠家競爭白熱化的時候，沒人注意到歐洲飛利浦也在自主研發(fā)光刻機(jī)。不同的是飛利浦缺乏和同行的交流，因此沒人注意到飛利浦光刻機(jī)存在，就和傅紅雪似的，一個人關(guān)在房間里練絕招，以致于多年后飛利浦拿出光刻機(jī)的時候，大部分人都感到非常詫異，你什么時候開始玩這個？
平房里誕生的巨頭

(, 下載次數(shù): 28)

誕生于平房的ASML

1945年，盟軍最終獲得全面勝利，經(jīng)歷過二戰(zhàn)摧殘的世界開始逐步復(fù)蘇。這個時期，美國在前沿科技上投入重金，特別是半導(dǎo)體微電子技術(shù)領(lǐng)域美國遙遙領(lǐng)先，這里蘊藏著巨大的商機(jī)，
1947年，威廉.肖克利、約翰.巴丁，沃爾特.布拉頓三位大神，發(fā)明了人類第一個發(fā)明晶體管，并于1956年共獲諾貝爾物理學(xué)獎。
1959年德州儀器（真不是賣儀器的）的工程師基爾比以及英特爾的諾伊斯因為發(fā)明集成電路，再次把半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)推到一個新的高度。
當(dāng)年基爾比和諾伊斯就誰才是集成電路的發(fā)明人，雙方打過一場近十年官司。最終結(jié)果是判定基爾比是集成電路的發(fā)明人，但是專利歸諾伊斯。所以最終基爾比于2000年獲得了諾貝爾獎，贏了名，但是諾伊斯靠這個發(fā)明專利賺了大錢，得了利，可惜諾伊斯是個煙鬼只活了60多歲，還沒有看到諾獎就過世了。盡管兩人頗有恩怨，但是基爾比依然在獲諾獎后表示如果諾伊斯還活著愿意和他一起分享這一無上榮耀。
從實際效果上來講，當(dāng)年基爾比用的鍺，諾伊斯用的是硅，同時諾伊斯還創(chuàng)造性的用鋁線把各個部分連接到一起，從這點上看諾伊斯才是現(xiàn)在集成電路的發(fā)明人。
英特爾的這套規(guī)模化，低成本，高效生產(chǎn)晶體管的制造技術(shù)，逐漸演變成集成電路工藝體系，于是各種半導(dǎo)體設(shè)備商開始登上舞臺，包括現(xiàn)在知名的美國應(yīng)用材料（AMAT），趁著這波行業(yè)的東風(fēng)，日后長大為不可一世的半導(dǎo)體設(shè)備巨頭。
搶到先機(jī)的美國人，開始進(jìn)入歐洲市場并大幅領(lǐng)先。
歐洲工業(yè)界雖然也投入芯片研發(fā)，但是這個時期的努力只來自于飛利浦，西門子，德律風(fēng)根等幾個大型公司。這些公司擁有雄厚的家底，但是缺乏像硅谷那樣的激情無限創(chuàng)業(yè)氣息。
1950年代作為歐洲的老牌工業(yè)巨頭飛利浦集團(tuán)也開始進(jìn)入微電子領(lǐng)域。
飛利浦的物理實驗室Natlab，這是一個享有盛譽的前沿技術(shù)研發(fā)實驗室，在這里誕生了無數(shù)發(fā)明創(chuàng)造，包括各種半導(dǎo)體技術(shù)，而飛利浦的半導(dǎo)體情節(jié)要從1952年說起。

(, 下載次數(shù): 29)

飛利浦的Natlab

1952年4月Natlab的一個代表團(tuán)從荷蘭到達(dá)美國AT&T的貝爾實驗室，參觀學(xué)習(xí)半導(dǎo)體技術(shù)。這是AT&T第一次敞開大門，這家美國電信公司以揮舞專利大棒而聞名，但是在發(fā)明晶體管之后卻發(fā)生了驚人的轉(zhuǎn)變，他們做出了一個違背祖宗的決定，居然開放晶體管相關(guān)技術(shù)。
在這次晶體管技術(shù)研討會上，貝爾實驗室和25家美國公司以及10家外國公司分享了所有晶體管技術(shù)，專利授權(quán)費也非常便宜，不要99999，只要25000美金，就能帶回家。
參會者在會議后帶走了詳細(xì)的文件，很快都掌握了這門技術(shù)。到1952年底飛利浦的Natlab已經(jīng)嘗試生產(chǎn)了數(shù)百個結(jié)式晶體管。到1958年，飛利浦技術(shù)已經(jīng)非常嫻熟，推出了各種元件，在商業(yè)上大獲成功。
1963年，當(dāng)時飛利浦并沒有自己的光刻設(shè)備，當(dāng)David Mann的新一代1080型光刻機(jī)設(shè)備來到了飛利浦的半導(dǎo)體和材料事業(yè)部Elcoma的時候，年輕工程師克洛斯特曼（后來的光刻機(jī)構(gòu)架師），緊緊的抓住這次機(jī)會，仔細(xì)學(xué)習(xí)了美國人的設(shè)備后，克洛斯特曼覺得David Mann光刻機(jī)做的并不好，還有很大的改進(jìn)空間，于是決定自己做一臺新機(jī)器。
1966年秋，克洛斯特曼在四處學(xué)習(xí)后積累了豐富的光刻經(jīng)驗，在老板的批準(zhǔn)下開始造光刻機(jī)。

(, 下載次數(shù): 28)

飛利浦自研的重復(fù)曝光光刻機(jī)

一年后最終克洛斯特曼成功的制造出了6個鏡頭的重復(fù)曝光光刻機(jī)的原型機(jī)，并在1967年5月的Natlab展會上展出它，這臺設(shè)備在當(dāng)時已經(jīng)是最先進(jìn)的技術(shù)了。
但是在Natlab的研究展覽上，飛利浦的高管卻看不到這個技術(shù)的價值，還沒等克洛斯特曼給飛利浦的董事迪克.努爾德霍講完，這位老兄就去旁邊展臺參觀，因為那邊有一臺帶有自動平衡功能的新型洗衣機(jī)引起他的興趣，就這樣把目瞪口呆的克洛斯特曼晾在原地。
多年以后的現(xiàn)在，ASML CEO 彼得.溫寧克最近表示因為芯片不夠用，于是就把洗衣機(jī)拆了把芯片拔下來給裝在光刻機(jī)上，這不是段子是真事！有時歷史是個有趣的輪回。

(, 下載次數(shù): 27)
盡管Natlab有著深厚的技術(shù)底蘊，克洛斯特曼的光刻機(jī)確實也做的不錯，但畢竟是原型機(jī)，有優(yōu)點，但是缺點也一大堆，設(shè)備不夠成熟。而且當(dāng)時光刻機(jī)市場也不大，飛利浦雖然自己用，但是也沒想好到底要不要把光刻機(jī)項目商業(yè)化，猶猶豫豫，一拖再拖。
到1980年代初，自身財務(wù)狀況也不佳的飛利浦思來想去最后決定關(guān)停光刻機(jī)項目，但是也不否認(rèn)它的商業(yè)價值，于是去美國找Perkins Elmer、GCA、Cobilt、IBM等公司談了一圈，但是最終沒人愿意合作。
1983年，ASM International（ASM國際）的創(chuàng)始人普拉多（Athur Del Prado）聽說后，主動找到飛利浦尋求合作，高傲的飛利浦一度看不起這家伙，一直到一個飛利浦高管在報紙上認(rèn)識這家伙還是有點錢才決定接觸一下。一年后，飛利浦勉強(qiáng)同意設(shè)立了持股50：50的合資公司。
這位普拉多老兄也頗為傳奇，現(xiàn)在有三家同樣掛ASM名字的半導(dǎo)體設(shè)備公司，包括ASML，ASMi，還有ASMPT，都和他有千絲萬縷的聯(lián)系。現(xiàn)在這三家公司都是各種細(xì)分領(lǐng)域的佼佼者，所以某種意義上來講，這位老兄也是推動集成電路工藝發(fā)展的重要功臣之一，沒有他不可能有現(xiàn)在的ASML。

(, 下載次數(shù): 27)

ASMi的創(chuàng)始人 Athur Del Prado

當(dāng)時飛利浦和ASMi談好各自出資210萬美金。比較雞賊的是飛利浦把16臺還沒做好的庫存PAS 2000光刻機(jī)折價180萬美元，算作出資款，而事實上這16臺PAS 2000型光刻機(jī)，因為采用油壓傳動臺，有著巨大的缺陷，是沒有客戶看得上的。
就這樣，1984年4月1日，新生的ASML呱呱墜地，盡管頂著脫胎于飛利浦的光環(huán)，但是在成立之后的10年間，ASML都不曾盈利，飛利浦和ASM一度失去信心，甚至ASM吃不消這無止境的燒錢，把持有的股份都賣了虧了3500萬。不過誰都不曾料到，從生死邊緣站起來的ASML，成為當(dāng)前世界最炙手可熱的高科技公司，甚至成為歐洲市值最大的公司之一。
現(xiàn)在（2022年4月25日），其他歐洲知名公司例如飛利浦，空客，寶馬。它們的市值分別為234億歐元，819億歐元，489億歐元，加一起才1542億歐元，而ASML為2414億美金（2245億歐元），差了整整700億歐元，這連人家尾車燈都看不到！飛利浦做夢都沒有想到當(dāng)年脫胎于自己的ASML日后能成為歐洲市值最大的公司之一，ASML目前2200多億歐元的市值僅次于LV集團(tuán)，果然女人的錢更好賺啊。

自信的CEO

(, 下載次數(shù): 25)

ASML第一任CEO 賈特.斯密特

首任ASML的CEO 是斯密特(Gjalt Smit)先生，一個激情四射，活力充沛，極有遠(yuǎn)見的荷蘭人。但是在他任期內(nèi)，ASML花錢無數(shù)，但是一直沒有什么起色，最后受不了虧損的飛利浦決定換帥。盡管對于斯密特的評價毀譽參半，有人指責(zé)這家伙花錢大手大腳沒有節(jié)制，很多ASML的員工對斯密特也并不是很認(rèn)可，甚至給斯密特湊“份子錢”——離職紅包僅僅只收到80美金，看起來很不得人心。但不可否認(rèn)的是斯密特的視野和格局是頂級的。作為首任CEO，斯密特把自己的格局和創(chuàng)新精神刻入了ASML的DNA中，而ASML帶著這份精神不斷前進(jìn)，并最終抓住僅有的機(jī)會成功登上巔峰。
新公司建立之初，雖然頂著飛利浦Natlab的光環(huán)，可是在當(dāng)時，ASML的光刻機(jī)無人問津，唯一買過幾臺的還是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，但是事實因為使用油壓導(dǎo)致問題太多，大部分時候只能閑置在一旁。
盡管斯密特在SEMICON West在扯著嗓子大喊，飛利浦的光刻機(jī)項目馬上起死回生了，但是得到的客戶反饋寥寥無幾，甚至只得到冷冰冰的一句:“等你賣了20臺光刻機(jī)后，再回來找我談?！?br /> 當(dāng)時的光刻機(jī)巨頭是美國GCA和新崛起的日本尼康，裝機(jī)量是所有人關(guān)心的關(guān)鍵指標(biāo)，GCA和尼康已經(jīng)達(dá)到數(shù)百臺，而ASML還是零。
甚至當(dāng)時的AMAT的 CEO Jim Morgan都直言光刻機(jī)機(jī)會不大，因為“那是一個相當(dāng)昂貴的愛好”。而且采購誰家的化學(xué)沉積和濺射設(shè)備只需要廠長就能下決定，但是選誰家光刻機(jī)必須董事會做決定，兩者進(jìn)入門檻差距巨大。
帶著絕望的心情，斯密特回到了荷蘭。絕境逼人思考，當(dāng)他回顧在整個差旅中看的一切時，似乎在黑暗中有一絲光線若隱若現(xiàn)。
斯密特對于技術(shù)進(jìn)步有著驚人的敏銳感。從SEMICON West大會上回來，盡管其他人都唉聲嘆氣認(rèn)為ASML不可能突出重圍，但是斯密特斷言，從大規(guī)模集成電路（LSI）到超大規(guī)模集成電路（VLSI）的一步顯然就在眼前，顯然芯片的晶體管尺寸將縮短到1/1000毫米以下，光刻機(jī)也不再處理4英寸晶圓，而是轉(zhuǎn)向6英寸。
在這種變化下，產(chǎn)業(yè)需要全新一代的光刻機(jī)，下一代光刻機(jī)必須可以將0.7微米的細(xì)節(jié)成像到晶圓上，并實現(xiàn)更緊密的微電子集成，但是目前沒有人能做成這一套光刻解決方案。
尼康和GCA都沒有發(fā)布任何官方消息，美國人和日本的人的步進(jìn)式光刻機(jī)絕對達(dá)不到生產(chǎn)VLSI的水準(zhǔn)。包括佳能，GCA，尼康和Perkins Elmer公司制造的光刻機(jī)，還在用導(dǎo)程螺絲桿來移動晶圓臺，那么這意味著他們的圖像細(xì)節(jié)根本達(dá)不到1微米的定位精度！但是精度恰恰是ASML的技術(shù)優(yōu)勢所在！
他認(rèn)為，大家都低估了ASML的技術(shù)潛力，這群是世界上最優(yōu)秀的家伙。盡管當(dāng)時ASML排在光刻機(jī)設(shè)備供應(yīng)商的末尾，但是他還是堅信可以成功，特別是ASML精確的對準(zhǔn)技術(shù)在當(dāng)時是無與倫比的。
所以機(jī)會就在眼前，盡管很多人還沒有看到，但是這位精明而自信的CEO看到了。假如這個時候ASML依然選擇按部就班，那就不可能擊敗尼康和GCA，但是如果能自我突破，抓住這次LSI到VLSI的轉(zhuǎn)變機(jī)會，那么ASML將登上這個世界的舞臺。要么開業(yè)就關(guān)門，要么讓交付一臺可靠的VLSI光刻機(jī)，讓ASML的光刻設(shè)備征服客戶和市場。
于是這位荷蘭人CEO無比堅定，堅信新世界的大門會對勇敢的創(chuàng)新者打開！
多年后，這種精神依然刻在ASML人的骨子里，荷蘭人的創(chuàng)新精神在ASML初期和EUV光刻機(jī)開發(fā)上體現(xiàn)得淋漓盡致。即便到了今天，整個ASML還是當(dāng)年創(chuàng)業(yè)初期的氛圍，熱情工作，敢于挑戰(zhàn)，重視創(chuàng)新！
帶著這樣精神，ASML人推開了光刻機(jī)世界的大門！
出露鋒芒的PAS 2500

(, 下載次數(shù): 25)

1986年5月，ASML在SEMCION West展會上展示第一臺步進(jìn)光刻機(jī)PAS 2500/10

斯密特終于發(fā)現(xiàn)PAS 2000之所以不符合客戶需求是因為油壓設(shè)備對于晶圓廠干凈的潔凈間而言是個巨大的災(zāi)難。于是他決定開發(fā)新一代采用電動晶圓臺的光刻機(jī)，型號PAS 2500。但是留給ASML的時間只有2年時間，2年內(nèi)如果不能把PAS 2500制造出來并順利交到客戶手上，市場就會被虎視眈眈的巨頭們瓜分，對于ASML而言就真的要關(guān)門了！
2年的時間開發(fā)一款新的半導(dǎo)體設(shè)備，這對于財力，人力，物力都不占優(yōu)的ASML而言談何容易？為了能在最短的時間內(nèi)把PAS 2500造出來，這位激進(jìn)的CEO做了巨大的改變和嘗試。
ASML總部所在的荷蘭離德國非常近，作為當(dāng)時的設(shè)備王國德國有著眾多優(yōu)秀的人才和成功案例，因此總能找到很多有用的經(jīng)驗和案例供學(xué)習(xí)和借鑒。在當(dāng)時，德國設(shè)備商們有個很有意思的神圣信念：你最好什么都自己做才能控制一切?。ㄈ障祻S商這個我也熟）
斯密特覺得，如果ASML打算一年制造數(shù)百臺設(shè)備，就會有太多的部件加工工作需要自己完成，這對于初生的ASML來講，那必須招上幾百名熟練工，這樣的成本是完全不可能接受的。于是ASML在成立之初就定下公司的定位：一家只進(jìn)行研發(fā)和組裝的公司。這在當(dāng)時是聞所未聞，別人都覺得ASML完全是瘋了。在德國人眼里，你培養(yǎng)合作伙伴，就像你家房門鑰匙交給別人一樣，那就是自找麻煩，最終會失去控制權(quán)。
但是正是由于ASML這種開放的理念，反而讓ASML變的更加高效。日后也為與尼康的世紀(jì)大戰(zhàn)中逆轉(zhuǎn)埋下伏筆，尼康也是因為過于封閉和保守的體系而陷入了泥潭之中。
在老東家飛利浦的企業(yè)文化中，他們總是花大量的時間為燈泡或者電視機(jī)研發(fā)生產(chǎn)技術(shù)，一旦原型試生產(chǎn)符合要求之后，就建設(shè)極其強(qiáng)大的機(jī)器生產(chǎn)線，開始日復(fù)一日的生產(chǎn)并賺錢，但是這個過程可能是漫長的十年。
對于ASML來講可沒有這么多時間慢慢玩，必須要快！于是斯密特決定打破傳統(tǒng)，他把光刻機(jī)的拆分成各個模塊，專業(yè)團(tuán)隊并行開發(fā)每個模塊，每個模塊都有自動通信接口，最終模塊組裝成整個光刻機(jī)。這種模塊化研發(fā)安排，大大提高了效率。
當(dāng)時的步進(jìn)式光刻機(jī)有數(shù)千個零部件，在看到老東家飛利浦低效且混亂的物料管理系統(tǒng)之后，ASML決定做出一些嘗試和改變。于是ASML引入當(dāng)時最先進(jìn)的物料管理系統(tǒng)，花了數(shù)百萬美元采購了美國施樂的XBMS系統(tǒng)，這在當(dāng)時是一套最快的物流管理系統(tǒng)，除了美國施樂，包括荷蘭的復(fù)印機(jī)工廠也在使用他們，但是也引來一些爭議，畢竟數(shù)百萬美金可不是一筆小數(shù)目。
同時ASML也和供應(yīng)商建立深度合作關(guān)系，及時的公布信息，提供必要的說明，告訴供應(yīng)商我們需要什么，什么時候要，打通整個產(chǎn)業(yè)鏈，用更高效率共同進(jìn)步，同時確保新技術(shù)能快速有效的轉(zhuǎn)化為可靠的產(chǎn)品。
ASML的理念就是開放創(chuàng)新，同時管理好供應(yīng)商的物料，高效低成本的解決所有問題。
接著ASML又花了不少錢，建立無塵車間，確保機(jī)器組裝過程中不受到外界因素的干擾。最終ASML從基礎(chǔ)上準(zhǔn)備好了一切，接著就是把設(shè)備生產(chǎn)出來，完成計劃和目標(biāo)。
在研發(fā)中，ASML又比同行更進(jìn)一步的是，拒絕閉門造車，邀請客戶共同開發(fā)測試。
第一批PAS 2500時間只有兩年，并沒有多少時間留給ASML去反復(fù)打磨制造成熟的機(jī)器，這就要求測試用的光刻機(jī)必須足夠好，同時更早讓客戶一起共同參與測試，這樣他們才會決定是否給你訂單。
一直到現(xiàn)在，芯片制造公司與供應(yīng)商通力合作已經(jīng)成為行業(yè)文化。Foundry客戶制定好下一個目標(biāo)并和設(shè)備供應(yīng)商，材料供應(yīng)商們一起共同完成新工藝帶來的挑戰(zhàn)。
于是就有“一代設(shè)備，一代工藝，一代器件”的說法，新工藝都是大家配合才搞出來的。英特爾、臺積電，三星等制造大廠和設(shè)備大廠AMAT，LAM，TEL等都是這樣過來的，通力協(xié)作，合作開發(fā)，解決難題，共同進(jìn)步。
無論是ASML的光刻機(jī)，還是AMAT的薄膜沉積設(shè)備，還是中微的5nm刻蝕機(jī)，都是這么來的。
1986年，在踢掉不靠譜的鏡片供應(yīng)商法國CERCO之后，ASML和德國蔡司深入合作共同改進(jìn)光學(xué)系統(tǒng)。終于在1986年推出非常棒的第二代產(chǎn)品PAS 2500，并第一次賣給美國當(dāng)時的創(chuàng)業(yè)公司賽普拉斯（Cypress），今天的Nor Flash巨頭（2022年被英飛凌以101億美金收購）。

救急的大單
80年代，如夢初醒的歐洲人為了不被強(qiáng)勁發(fā)展的美日甩開距離，歐洲共同體在高科技領(lǐng)域推出政府資助主導(dǎo)的“尤里卡計劃”。在這個計劃框架內(nèi)，有個關(guān)于集成電路的子計劃叫做JESSI。
JESSI里面最重要的一個項目叫做MEGA，就是做Megabit(1Mb)的內(nèi)存。內(nèi)存就是電子業(yè)的石油，幾乎所有的電子產(chǎn)品都需要用到。目前內(nèi)存已經(jīng)成為集成電路領(lǐng)域最大的一塊細(xì)分市場，每年將近1000億美金的市場規(guī)模。
MEGA項目的核心主導(dǎo)者是飛利浦和西門子，考慮到內(nèi)存業(yè)巨大的技術(shù)風(fēng)險和投資風(fēng)險，兩個公司分工了一下：飛利浦負(fù)責(zé)SRAM，西門子負(fù)責(zé)DRAM。
日后飛利浦的電子部門變成現(xiàn)在恩智浦(NXP)，而DRAM資產(chǎn)變成被西門子拆分出來的英飛凌，英飛凌再把這塊業(yè)務(wù)拆分后變成奇夢達(dá)，2009年奇夢達(dá)沒能頂住半導(dǎo)體冷周期而破產(chǎn)。但是在2016年，奇夢達(dá)核心專利和知識產(chǎn)權(quán)在被兆易創(chuàng)新的朱一明收回來，在中國大地上重新生根發(fā)芽，變成現(xiàn)在的合肥長鑫，關(guān)于內(nèi)存戰(zhàn)爭可以搜索另外筆者一篇文章《半導(dǎo)體最靠譜的辣個男人》。
項目正式啟動是在1984年，兩大巨頭計劃五年內(nèi)各出資約15億馬克，其中兩國政府資助約5億馬克，目標(biāo)是在80年代末趕上日本人。
法國的Thomson公司找西門子想要合作做內(nèi)存，而德國人似乎看不上法國人。結(jié)果Thomson去找了意大利的SGS公司，兩公司當(dāng)時都相對弱一些，決定抱團(tuán)取暖參加JESSI。合并后的SGS-Thomson后來縮寫成STM，就是現(xiàn)在著名的意法半導(dǎo)體(ST Microelectronics)。
因為當(dāng)時電子電路數(shù)字化的潮流浩浩蕩蕩，日美公司都把絕大多數(shù)資源投入數(shù)字電路。制程落后的STM選擇了避開鋒芒，在模擬和混合電路上找到了立足點，他們在低級的EEPROM上也賺了不少錢，現(xiàn)在意法半導(dǎo)體依然是模擬電路領(lǐng)域的一絕！
西門子折騰半天之后居然選擇背刺！直接從日本東芝引進(jìn)DRAM技術(shù)，順利在1987年量產(chǎn)了1Mb DRAM，甚至領(lǐng)先了美國人。因為這個原因，西門子直接引入了全套日本生產(chǎn)線，當(dāng)然包括日本的光刻機(jī)。ASML則欲哭無淚，原本案板上的鴨子飛了，說好了是歐洲政府補(bǔ)貼的項目，怎么好處就給了日本人？
ASML當(dāng)時產(chǎn)品還沒有很好的成功案例，西門子不愿意做白鼠也是可以理解的。
好在ASML還有飛利浦這個親爸爸。在ASML一臺光刻機(jī)都賣不出去的時候，飛利浦還是率先買了幾臺。1987年飛利浦MEGA項目上線時，把寶都壓給了ASML第三代PAS 2500。
然而，SRAM的市場需求并不大，而且英特爾還把它集成到CPU里變成Cache緩存。最終飛利浦的MEGA項目失敗了，有人說，飛利浦SRAM的年產(chǎn)能足夠全球用四年。
有意義的是，飛利浦MEGA的失敗卻醞釀著一個巨大的成功：臺積電。

(, 下載次數(shù): 27)

臺灣積體電路制造股份公司簡稱臺積電（TSMC）

很多人不知道，臺積電1987年誕生時是臺灣工研院和飛利浦的合資公司。在臺積電里，飛利浦占27.5%股份，是最大外部股東。飛利浦毫無保留地把MEGA生產(chǎn)線開放給臺積電學(xué)習(xí)，然后再原封不動地把整條生產(chǎn)線搬到臺灣給臺積電，所以說臺積電堅實地基的是當(dāng)年飛利浦打下的，張忠謀只是開創(chuàng)了一個新的商業(yè)模式——證明了晶圓代工模式的可以成為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈上最重要的一環(huán)。
意外的是，1988年底新生產(chǎn)線快裝好的時候發(fā)生了一場火災(zāi)。臺積電把所有被煙熏了的光刻機(jī)退回ASML，并下了個十七臺新機(jī)的訂單。
這17臺新機(jī)的訂單真的是幫了大忙！
ASML剛好非常缺錢，這些訂單在關(guān)鍵時刻救了急。結(jié)果為火災(zāi)買單的保險公司等于成了ASML 1989年最大的客戶，也正是這些訂單，ASML勉強(qiáng)盈利了一年。
也許真的是時勢造英雄。ASML和臺積電兩個當(dāng)時默默無聞的小公司，經(jīng)過如此因緣巧合互相扶持，終成今天半導(dǎo)體行業(yè)的絕代雙驕。
同樣對于中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，飛利浦做出了一定貢獻(xiàn)。
1992年，上海元件五廠、上無七廠和上無十九廠與荷蘭飛利浦公司洽談合資，成立了上海飛利浦半導(dǎo)體公司，在上海漕河涇建成中國第一條5英寸線，這條線可以說是中國第一條Foundry線。
至今，筆者依然在這個廠里看到PAS 2500光刻機(jī)在7*24強(qiáng)度下工作的身影，要知道這些光刻機(jī)已經(jīng)是30年前的產(chǎn)物，可見ASML設(shè)備的品質(zhì)！
一臺好用的光刻機(jī)，才是印鈔機(jī)！

網(wǎng)紅爆款光刻機(jī)的誕生——PAS 5500
那怕臺積電17臺訂單救了急，ASML在強(qiáng)人林立的光刻機(jī)市場依然是小弟弟，大哥是誰？日本雙雄尼康和佳能。當(dāng)時尼康在日本占到75%的市場，佳能占25%，日本以外的美國，中國，韓國市場都超過50%。尼康一年要出貨400臺設(shè)備，ASML才幾臺？顯然當(dāng)時的ASML還無力挑戰(zhàn)尼康。
雖然PAS 2500的成功幫助ASML勉強(qiáng)渡過當(dāng)下難關(guān)，但是僅靠PAS 2500依然是不夠的，于是ASML歷史上劃時代的作品來了！
從6英寸制程過渡到8英寸的過程中，從G線到i線的技術(shù)演進(jìn)中，首先兩家日本公司犯了一個錯誤。
兩家日本公司營銷聲明表明，尼康和佳能計劃跳過365nm的i線，直接從465nm的G線到KrF的248nm的激光，但是ASML卻看到了市場對i線需求，他們覺得，一旦i線波長成為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，芯片制造商將比預(yù)期的使用的時間更長。
尼康和佳能跳過i線開發(fā)KrF的DUV時候發(fā)現(xiàn)一個問題，DUV太復(fù)雜了，他們低估了技術(shù)難度。日本公司的設(shè)備無法順利通過測試，不僅占地面積太大，而且當(dāng)時還沒有對應(yīng)的DUV光刻膠，最終尼康和佳能被迫回頭再來開發(fā)i線設(shè)備。
ASML選擇了漸進(jìn)式創(chuàng)新，穩(wěn)扎穩(wěn)打。
幾個月時間里，ASML的銷售主管喬治整理了思緒，他將兩年來與潛在客戶討論以及兩位技術(shù)伙伴的意見編入一份文件中，該文件最終催生了ASML真正翻身之作——PAS 5500。

(, 下載次數(shù): 24)

PAS 5500

顯然ASML的步進(jìn)式光刻機(jī)需要徹底改造，研發(fā)競賽意味著他們需要一種易于改進(jìn)的新機(jī)器構(gòu)架，鏡頭和逐漸可以快速更換，他們需要更加靈活的設(shè)計，來面對來自邏輯或者是內(nèi)存廠的需求。當(dāng)然這款設(shè)備依然是8英寸的，光源先是i線的，然后才是KrF激光光源。
ASML在1991年推出全新的PAS 5500之前，通過發(fā)布帶有高分比率i線光源的過渡型號的PAS 5500來穩(wěn)固公司的市場地位，然后再上配有DUV鏡頭的KrF激光器的PAS 5500型號，分成幾步走，循序漸進(jìn)的來打市場。
同時在晶圓臺研發(fā)上，PAS 5500的首席架構(gòu)師范登布林克沒有直接做出決定是使用H型晶圓臺，還是長短沖程。其實他也很難判斷到底誰孰優(yōu)孰劣。由于這個決策意義重大，他決定在這兩條路上分別試驗6-9個月，兩個團(tuán)隊分別在自己的技術(shù)路徑上賽馬。

(, 下載次數(shù): 27)

H晶圓臺

最后，技術(shù)競賽證明舊H型晶圓臺，有足夠的潛力定位8英寸的晶圓，所以ASML選擇了這條保險的路線，長短沖程發(fā)動機(jī)被暫時雪藏，但也可作為更新?lián)Q代的備選方案。
這種兩邊下注的“雙保險”策略，被證明是絕對值得的。
盡管會多花了一些研發(fā)費用，但是在重大技術(shù)路徑?jīng)Q策上，避免了單一技術(shù)路徑的風(fēng)險，后面ASML在EUV和F2 157nm兩條道路上，也都押了注。包括現(xiàn)在的臺積電的研發(fā)工作也是由兩個團(tuán)隊同時進(jìn)行，20/10/5nm是一組，14/7/3nm是另外一組，這種“雙保險”的策略在很多大公司研發(fā)路徑上都非常常見，這一策略相當(dāng)有效。
在PAS 5500的開發(fā)中，ASML再次征服了一個重量級的客戶——藍(lán)色巨人IBM。
1988年，IBM宣布它將成為第一家在更大晶圓（8英寸）上制造芯片的公司。這家計算機(jī)巨頭將為紐約東菲什基爾的一家新工廠配備能處理8英寸晶圓的機(jī)器。IBM認(rèn)為從碟子大小的6英寸到餐盤大小的8英寸切換，有望顯著提高效率化和降低成本。從面積上來講，8英寸面積是6英寸的1.77倍，而且面積越大浪費邊角料越少，實際上能得到的Die（晶粒）更多。為此IBM孤注一擲砸了10億美金，開發(fā)了業(yè)界第一條8英寸產(chǎn)線以及配套工藝。
如果ASML能把光刻機(jī)賣給IBM，那么全世界所有Fab同行都會來找ASML：“嗨，伙計，聽說你們的設(shè)備在IBM表現(xiàn)不錯，也給我來幾套吧！”這就是頭部標(biāo)桿客戶的示范效應(yīng)。
其實現(xiàn)在也是如此，如果你能把設(shè)備賣進(jìn)臺積電或是英特爾，那么不久的將來，也會有其他客戶來找你要一模一樣的設(shè)備。設(shè)備都一樣，做不出來就肯定是自己的問題，而不是設(shè)備的問題。
當(dāng)時所有設(shè)備商都意識到如果能把自家的設(shè)備賣進(jìn)IBM，就會吸引整個行業(yè)的注意力，后續(xù)就能賣出更多的設(shè)備。
ASML想要爭取到IBM的青睞并不是一件容易的事，在IBM的全球光刻機(jī)設(shè)備供應(yīng)名單中，ASML排在第五位，也就是說是最后一名。
但是這次幸運女神給了ASML一個寶貴的機(jī)會！
如果當(dāng)時負(fù)責(zé)8英寸工藝的是IBM位于佛蒙特州伯靈頓的芯片廠，那將不會有ASML什么事，因為那邊工程師和尼康以及SVG的關(guān)系非常好，工程師們是不愿意耗費大量時間和精力來導(dǎo)入新供應(yīng)商，但是東菲什基爾廠的是個例外，這里的項目負(fù)責(zé)人約翰.凱利是個開放的家伙，他將從零開始，根據(jù)每家供應(yīng)商的優(yōu)點和實際效果來評判他們。
ASML緊緊抓住這次機(jī)會，開始向IBM展現(xiàn)ASML的技術(shù)魅力，最終為兩家公司之間形成溫暖的關(guān)系播下了種子。
當(dāng)凱利親眼看到ASML的精準(zhǔn)的定位技術(shù)的時候，他立刻意識到這就是IBM一直在尋找的技術(shù)，盡管他認(rèn)為ASML的方法最好，對比競爭對手有著實質(zhì)性的飛躍，但是預(yù)測到伯靈頓芯片廠的技術(shù)人員會開展激烈的爭論，他只是簡單表達(dá)了ASML的初步支持。
ASML每個人的希望都寄托在PAS 5500上，這是一臺夢想中的機(jī)器，如果成功將推動這家荷蘭的小公司走向世界中心的舞臺。現(xiàn)在，ASML已經(jīng)成功引起IBM的興趣，IBM的微電子部門希望將PAS 5500納入包括日本競爭對手在內(nèi)的評估名單中，為了爭取到更大的訂單，ASML承諾會在1991年5月1日前，把新一代的光刻機(jī)交付給IBM。
1991年1月，ASML再次要求凱利來ASML現(xiàn)場來視察。ASML決定在現(xiàn)場展示如何將各個模塊組裝在一起，堅信這種模塊化的系統(tǒng)會給尊貴的IBM客戶留下深刻的印象。因為在當(dāng)時世界上沒有一臺光刻機(jī)可以像模型積木一樣拆裝。就傳統(tǒng)光刻機(jī)而言，當(dāng)光刻機(jī)出問題，需要更換零部件時，芯片制造商通常需要停產(chǎn)數(shù)周并花費大量資金，但是ASML這種模塊化的設(shè)計能在萬一設(shè)備出問題的時候，只需及時更換問題部件，就能在最短時間內(nèi)讓光刻機(jī)重新投入生產(chǎn)，畢竟時間就是金錢！ASML堅信這套技術(shù)足以打動IBM。
就在這節(jié)骨眼上，發(fā)生了一件大事，1991年1月17日，美國為首的聯(lián)合國軍開始轟炸伊拉克，海灣戰(zhàn)爭打響了！尊貴的IBM客人凱利來不了了！因為不允許他坐飛機(jī)，說是有風(fēng)險。
范登布林克放下電話，疾風(fēng)驟雨般的狂噴：“我們要完蛋了，這群官僚不允許凱利出差！”
波拉克（PAS項目研發(fā)經(jīng)理）抽了一支煙，然后說：“那我們?nèi)BM！”
于是波拉克找了一個視頻制做公司，用攝像頭記錄下來光刻機(jī)組裝的全過程，然后帶著珍貴的錄像帶直接沖向美國東海岸。
在IBM會議室，當(dāng)視頻開始播放的時候，IBM的人看了之后都大吃一驚，差點沒從椅子上摔下來，他們從未見過如此先進(jìn)的設(shè)備，整個會議室的人都十分激動，ASML人的眼中則泛著淚光！
雙方進(jìn)行了長時間的交談，雙方都在為落實這個項目而奮斗者。
這臺ASML眼中的“夢想機(jī)器”PAS 5500看到了勝利的曙光！
為此ASML設(shè)法向荷蘭政府說明PAS 5500的重要性，最終經(jīng)濟(jì)事務(wù)部提供了1900萬美金的技術(shù)開發(fā)貸款?，F(xiàn)在錢也有了，只等IBM們通過新設(shè)備驗證,然后ASML收下一個又一個的大單，一飛沖天！
PAS 5500這種模塊化設(shè)計使得客戶可以根據(jù)不同工藝隨意選配不同部件包，因此子型號層出不窮,甚至多到連ASML員工都搞不清楚到底有多少個型號，包括55/100/200B/250C/300B/400D/700B/750E/850C等等等，涵蓋了各種光源（i線和KrF），各種尺寸（4-12英寸），各種鏡頭（i線和KrF鏡頭），各種投影模式（stepper/scanner）。

(, 下載次數(shù): 26)

正在翻新的PAS 5500

比如PAS 5500/300就有i線配置的12英寸光刻機(jī)，PAS 5500/850C又是一臺 8英寸的KrF的步進(jìn)掃描式光刻機(jī)，ASML利用PAS 5500的技術(shù)平臺做到百花齊放！

電話那端的奇怪口音
1993年秋天，ASML的銷售總監(jiān)道格.馬什(當(dāng)年第一個把GCA DSW 4800賣到德儀的家伙)接到一通電話，對方說著一口奇怪口音的英語，原來電話那頭是一個韓國三星的采購經(jīng)理。他問馬什先生是否有興趣來首爾談?wù)撐磥淼暮献鳈C(jī)會。馬什先生一生中從未經(jīng)歷過這樣的事情，在他從事光刻機(jī)業(yè)務(wù)的15年中，從來沒有客戶主動打電話邀請他討論一筆價值數(shù)百萬美元的交易。
這不是送上門的好事嗎?趕緊的！
隨后馬什先生馬不停蹄的趕到韓國，當(dāng)韓國的燒酒和小菜上桌的時候，三星的兩個高級總監(jiān)加入飯局，一個負(fù)責(zé)芯片制造，另外一個則負(fù)責(zé)采購，大家開始暢談。
在90年代初，三星充滿了自信，在美國技術(shù)的幫助下，發(fā)起對日本同行一輪輪進(jìn)攻。當(dāng)時微軟的Windows操作系統(tǒng)走進(jìn)千家萬戶，這是PC歷史上黃金時期，這也催生了對內(nèi)存的巨大需求，三星雄心勃勃，想要抓住這一波行業(yè)機(jī)會擊敗日本同行。
到1993年，三星已經(jīng)把日本公司退讓的市場份額吃干榨凈，它已經(jīng)是最大的內(nèi)存制造商了，這一年三星內(nèi)存增長72%，超過20億美金，反超日立，日本電氣以及東芝等日系傳統(tǒng)內(nèi)存巨頭。
馬什明白韓國人的野心，但是他不知道是什么導(dǎo)致韓國人突然對ASML產(chǎn)生興趣，當(dāng)時韓國使用的是尼康的光刻機(jī)并沒有什么大問題。盡管日韓兩國在歷史問題上關(guān)系一直很緊張，但是這應(yīng)該還不是最主要的原因。
但是韓國人并沒有透露什么，直到幾周后馬什先生訪問美光才知道原因。因為美光允許韓國人參觀生產(chǎn)線。在美光的博伊西工廠里，PAS 5500正在以驚人的高吞吐量和低停機(jī)時間瘋狂的生產(chǎn)著晶圓，給美光賺了大把大把的錢，這才是韓國人對荷蘭光刻機(jī)商感興趣的真正原因！
韓國人畫的餅非常誘人，但是也提出了各種訴求，范登布林克看到韓國人提的訴求，覺得需要額外研發(fā)投入，他拒絕做出讓步，談判陷入了僵局。在當(dāng)時不同的產(chǎn)線對光刻工藝要求不一樣，ASML自身較小，無法為每個客戶提供半定制化服務(wù)，更沒有精力為單個客戶進(jìn)行新設(shè)備的大規(guī)模研發(fā)，所以ASML只能做一些標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，所以ASML面對這樣的好事，開始猶豫了。
由于1993年ASML向IDT，臺積電出售了幾臺PAS 5500，財務(wù)上又一次扭虧為盈，因此有了喘息的空間，他們可以靜觀其變。范登布林克與喬治和波拉克討論了現(xiàn)狀，如果他們抓住三星，那么未來幾年可以交付100臺光刻機(jī)，其價值超過5億美元，但是一個可觀的數(shù)字，但是作為回報，韓國人提出的新技術(shù)要求必須全部得到滿足。
最終ASML放棄原則，開始滿足三星的特殊需求，答應(yīng)為三星的內(nèi)存光刻工藝做一些改進(jìn)。
但是到售價談判上，雙方又杠上了，韓國要求至少降價30%，但荷蘭人堅決不同意。
又一次談判陷入僵局后，馬什和韋爾登肖特在酒吧里喝酒，結(jié)果遇到幾個美國人，他們是應(yīng)用材料和Novellus（后被Lam收購）的銷售人員。同樣，他們不停抱怨談判太難，已經(jīng)同意給予25%的折扣，但是三星還是不滿意，放棄吧，又不甘心，畢竟三星訂單很大，誰也不想失去這個市場，但是這價格根本沒法和老板交代。
同行之間互相分享行業(yè)信息后，韋爾登肖特發(fā)現(xiàn)一個問題：三星不可能慢悠悠地去建一個新廠，你不能把新產(chǎn)品更快地推向市場那么遲早會丟掉市場份額，因為內(nèi)存市場競爭非常激烈，不是你死就是我活！對于內(nèi)存廠商而言，早一個月投產(chǎn)將帶來數(shù)千萬甚至數(shù)億美金的收入差距，這意味著你不會因為500萬美金的價格而失眠，以三星激進(jìn)的風(fēng)格，速度就是一切！
果然晾了韓國人一個月后，三星主動提出繼續(xù)談判，最終雙方終于確定一個都能接受的價格，但是三星有條件，要用最快速度交貨！于是ASML把三星的訂單放在最優(yōu)先的位置上，全力生產(chǎn)三星所需的定制化的PAS 5500。
最終1995年2月，第一臺PAS 5500到達(dá)三星的工廠里。三星用它開發(fā)了一項0.25微米工藝用于生產(chǎn)16Mb內(nèi)存顆粒。隨后幾年，韓國人完全信任荷蘭人的步進(jìn)式光刻機(jī)。不久之后韓國另外一家內(nèi)存廠商海力士也開始使用PAS 5500，和三星不同的是，海力士是通過比利時魯汶的IMEC研究所才了解到ASML的光刻機(jī)。
1996年10月，海力士裝機(jī)了第一臺PAS 5500，到1998年，這個內(nèi)存巨頭一躍成為ASML最大客戶。
這個時候，雖然PAS 5500通過了IBM的驗證，并沒有下大訂單給ASML，甚至在1993年還取消的后續(xù)的訂單。盡管PAS 5500很優(yōu)秀，但是尼康的NSR-S204也同樣優(yōu)秀，美系廠商對于尼康的依賴程度還是很高，客戶慣性依然強(qiáng)大。結(jié)果反而是三星，海力士這些存儲大廠成了ASML的大客戶，也算是柳暗花明，但是面對這么多訂單，ASML又犯難了，還有個問題等待解決。

改變這個老古董
PAS 5500雖然沒有立刻成為美國主流廠商的選擇因為他們依然覺得尼康也不錯，但是韓國市場上大獲成功，訂單源源不斷飛來，客戶們瘋狂購買ASML的設(shè)備，以最快速度建立新的晶圓工廠并進(jìn)行生產(chǎn)，僅供韓國三星就要至少制造100個步進(jìn)式光刻機(jī)鏡頭。
ASML突然發(fā)現(xiàn)了一個問題，如何滿足這源源不斷的訂單需求？蔡司什么時候才能及時交付那些該死的鏡頭？
前文提到過，ASML踢掉了法國CERCO之后，開始與德國蔡司合作開發(fā)光刻機(jī)鏡頭組，于是蔡司就成了ASML核心部件鏡頭組的供應(yīng)商。但是蔡司和ASML兩家公司在文化上差異極大，ASML是一家年輕的且雄心勃勃的公司，擁有著無限的能量，蔡司是一家歷史可以追溯到19世紀(jì)中葉的家族企業(yè)，一個不折不扣的老古董。

(, 下載次數(shù): 24)

全球光學(xué)巨頭蔡司

1863年，耶拿大學(xué)講師恩斯特.阿貝敲開蔡司的大門，他需要幾件儀器來做物理實驗，因此在耶拿大學(xué)里，蔡司一家可以被認(rèn)為準(zhǔn)時交貨的優(yōu)質(zhì)工匠，三年后蔡司和阿貝之間建立了合作關(guān)系。
1866年，蔡司開始生產(chǎn)顯微鏡和其他儀器，但是被哈特納克超越，后者的放大儀器包含了水浸物鏡，因此分辨率有質(zhì)的飛躍，阿貝的加入幫助蔡司趕上了競爭對手。

(, 下載次數(shù): 27)
因此蔡司和阿貝之間關(guān)系非常密切，此前蔡司的水平就和小作坊一樣，每次發(fā)現(xiàn)一塊鏡片之后進(jìn)行調(diào)整則會引起另外一塊鏡片的錯誤。于是阿貝幫助蔡司改進(jìn)，他單獨計算了每個鏡頭的偏差，但是也將其作為顯微鏡整個光學(xué)系統(tǒng)的一部分來考慮，這樣將得到的具體尺寸和最大偏差，然后把它們分到不同小組，每個小組以誤差限制范圍內(nèi)的質(zhì)量交付，于是蔡司鏡片的制造工藝迅速提高。
前文提起過，這種按照整體數(shù)學(xué)角度考量的也是ASML制造現(xiàn)在光刻機(jī)的保持所有設(shè)備投影效果一致的思路。
在阿貝到來的20年后，這位物理學(xué)家在1875年成為蔡司公司的股東。
1888年12月老蔡司先生過世，阿貝做了明智的決定，他把所有的股份都放在一個名叫卡爾.蔡司基金會里，并說服其他幾位蔡司公司繼承人也這么做。隨后蔡司（optische Werke Carl Zeiss）和肖特（Glaswerk Schott& Genossen）兩家公司也加入了基金會。肖特公司成立于1884年，創(chuàng)始人奧拓.肖特是老蔡司和阿貝請來“玻璃醫(yī)生”，肖特公司的晶體制造技術(shù)一流，以幫助他們提高光學(xué)玻璃的質(zhì)量，于是兩家公司合并，因此蔡司公司實際上有由兩家公司組成，蔡司和肖特。
二戰(zhàn)結(jié)束后，德國被分成東德和西德，蔡司也再次被一分為二。巴頓將軍的第三軍團(tuán)占領(lǐng)了耶拿，但是按照《雅爾塔協(xié)議》的規(guī)定，耶拿和德累斯頓地區(qū)由蘇軍占領(lǐng)。因此巴頓毫不客氣的掠走了126名蔡司關(guān)鍵管理人員和技師，在美國支持下，在聯(lián)邦德國奧伯科亨重新建廠。
在耶拿的原蔡斯公司的蔡斯工廠和肖特工廠被則東德沒收，并變成“人民擁有企業(yè)”：卡爾蔡斯耶拿公司和耶拿玻璃公司。
東德的產(chǎn)品冠名Carl Zeiss Jena（卡爾.蔡司.耶拿）史稱“東蔡”，西德的產(chǎn)品冠名Carl Zeiss，史稱“西蔡”，東、西蔡都標(biāo)榜自己為是“蔡司正宗”，一時鬧的不可開交。1971年兩家蔡斯公司就“Zeiss”商標(biāo)和名稱使用權(quán)，簽署了倫敦協(xié)議，平復(fù)了爭議。
兩德統(tǒng)一后，在政治撮合下，東西德的蔡司廠又開始聯(lián)系經(jīng)營，總部仍在奧伯科亨，但當(dāng)時兩者都處于很糟糕的狀態(tài)。當(dāng)時西德蔡司已經(jīng)被日本打得節(jié)節(jié)敗退自顧不暇，自己旗下的Contax（康泰時）和Pentax（賓得）相機(jī)早都被迫賣給日本人，蔡司引以為豪的機(jī)械快門在日本人電子測光電子快門等各種電子技術(shù)打擊下毫無還手之力，而東德耶拿蔡司早就窮的揭不開鍋了。
雖然ASML已經(jīng)和蔡司建立了合作，但是在ASML眼里，蔡司實在是太老舊太慢了，就像老古董一樣和時代格格不入，明的暗的，ASML提過很多次意見，但是這個老古董就當(dāng)意見不存在，一直一成不變。
所以無論ASML催的多急，蔡司依然不緊不慢的干活，加班？不存在的！每天下午4點半，蔡司的工人就打著響指，準(zhǔn)備下班，相約去喝啤酒，這可把ASML急壞。
當(dāng)時的蔡司認(rèn)為ASML在光刻機(jī)方面沒有什么成就，蔡司高管們普遍認(rèn)為這是日本人的天下，因此非常漫不經(jīng)心，甚至都不怎么看好半導(dǎo)體光學(xué)未來的發(fā)展。
這種態(tài)度給ASML帶來災(zāi)難性的后果，ASML總是收到一些質(zhì)量不過關(guān)的鏡頭，因為蔡司不認(rèn)為半導(dǎo)體光刻機(jī)是一個優(yōu)先事項，或者說蔡司看不到光刻機(jī)市場的潛力，因為當(dāng)時ASML給的訂單在蔡司的收入中占比并不大，態(tài)度相當(dāng)敷衍。
因此蔡司一直秉持著德國人的固執(zhí)，你們先下訂單，我有空再給你們慢慢做，這讓ASML急的像熱鍋上的螞蟻。1990年的時候，蔡司6名頂級技工一年只能磨出10套i線光刻鏡頭。
所以ASML必須說服蔡司必須增加產(chǎn)能，準(zhǔn)時交付高質(zhì)量的鏡頭。
此時的ASML已經(jīng)意識到蔡司已經(jīng)無法控制其生產(chǎn)過程，越來越先進(jìn)的光學(xué)鏡頭已經(jīng)讓蔡司引以為豪的工匠們的“金手指”越來越吃力?！敖鹗种浮钡墓そ硞兇蚰ョR頭完全靠手感，一邊看著圖一邊精細(xì)地打磨掉高差幾十納米的部分，以達(dá)到對稱的感覺。
顯然這種舊方法已經(jīng)不能滿足PAS 5500所需要鏡頭組的加工生產(chǎn)，但是蔡司卻不以為然。
終于一套返廠的鏡頭徹底惹惱了ASML，但是蔡司一直不承認(rèn)是自己的問題，于是雙方爭執(zhí)不下，最終ASML終于找到失真的來源，研究之下蔡司這才意識到是自己的問題，但是發(fā)現(xiàn)自己也解決不了，終于高傲的德國人低下了頭。
ASML終于找到了問題的根本：那就是讓蔡司認(rèn)識到自己不足！讓固執(zhí)的德國人認(rèn)錯！
如果蔡司不改變，ASML也因為蔡司的低效而拖下水，好不容易爭取來的訂單，也會灰飛煙滅。這點上不僅差點坑了ASML，當(dāng)年也坑了GCA！
于是對這個老古董的改造開始了。
首先灌輸理念，“金手指”的工匠確實是蔡司寶貴的財富，但是從手工過渡到自動化是必然的，這樣讓產(chǎn)品變的更加穩(wěn)定和可靠！
干涉儀，ABB的可編程的機(jī)器人，離子束的刻蝕設(shè)備，拋光筆，新技術(shù)新設(shè)備開始改造蔡司百年以來的老生產(chǎn)線，被改造成符合ASML要求的柔性生產(chǎn)線，最終交付的鏡頭品質(zhì)和效率大幅提高。
正當(dāng)ASML和蔡司進(jìn)入蜜月期的時候，又有一件不愉快的事情又發(fā)生了。ASML發(fā)現(xiàn)蔡司居然偷偷給ASML的競爭對手SVG提供服務(wù)，這消息對于ASML猶如晴天霹靂，雙方信任關(guān)系受到了巨大的打擊，ASML明確表示這不能接受，蔡司只能給ASML供貨。之后兩者簽署一份契約，ASML在蔡司半導(dǎo)體光學(xué)部門（SMT）擁有24.9%的股權(quán)，兩者牢牢綁在一起。
固執(zhí)的德國人終于心悅誠服，與ASML一起合作不斷前進(jìn)，隨后蔡司不斷提高技術(shù)成為這個地球上最強(qiáng)光學(xué)公司沒有之一。
1982年，蔡司生產(chǎn)了第一個工作波長為 365 nm的光學(xué)系統(tǒng)S-Planar 10/0.32；
1993年，蔡司推出的基于365nm波長的S-Planar 5/0.6 透鏡，是半導(dǎo)體市場的重大突破；
1998年推出的Starlith 900 則是世界上第一個批量生產(chǎn)的 193 nm波長光刻光學(xué)器件，這是第一個可以實現(xiàn)100 納米以下分辨率的系統(tǒng)；
2007年推出的Starlith 1900i 是第一款達(dá)到 38 納米極限分辨率的浸沒式光學(xué)器件，現(xiàn)在，全世界很大一部分高性能微芯片都是使用這種技術(shù)生產(chǎn)的；
2012年，全球第一套EUV光學(xué)系統(tǒng)面世，蔡司又幫助半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)進(jìn)入了一個新階段。

成功上市
無論是韓國客戶的大訂單還是，為下一代DUV的研發(fā)，都需要投入重金，問題是錢從哪里來？此時的飛利浦已經(jīng)失去的往日的輝煌，再靠老東家輸血不太現(xiàn)實。于是ASML監(jiān)事會成員亨克.博特想出了一個辦法：讓投資者掏錢，讓ASML上市。于是他將ASML的市值設(shè)定為5000萬美元，讓投資者出資購買ASML公司新發(fā)行的股份。
NMB銀行、MIP基金和少數(shù)其他行業(yè)的投資者都表現(xiàn)出了興趣。MIP甚至想購買50%的股份。但是這事必須有一個前提，所有人都知道只有蔡司全力支持下ASML才會成功。因此，他將股權(quán)計劃設(shè)置為只有德國人也加入時才會通過。威廉.馬里斯希望與蔡司建立更緊密的聯(lián)系，讓蔡司成為ASML的戰(zhàn)略投資者，畢竟ASML成功與否全看蔡司，入股ASML是讓蔡司遵守承諾的最好選擇。
馬里斯開始采取行動，他先試探了了迪特爾.庫爾茲，后者剛接管了蔡司的商業(yè)光刻機(jī)鏡頭業(yè)務(wù)，蔡司有可能投資嗎？庫爾茲向上司托馬斯.拜爾轉(zhuǎn)達(dá)了這一消息，他負(fù)責(zé)蔡司的隱形眼鏡和攝影器材項目，拜爾的反應(yīng)非常積極，“是的，我們絕對應(yīng)該投資ASML！”
但是這中間存在一個障礙，蔡司和肖特在卡爾.蔡司基金會中密不可分的聯(lián)系在一起。重大投資必須由兩家公司一起做出決定，1994年的蔡司身無分文，完全依賴姐妹公司肖特。
馬里斯和杰拉德.韋爾登肖特得到機(jī)會在奧伯科亨展示他們的計劃和許諾：蔡司和肖特將各有4名執(zhí)行董事會成員到場。庫爾茲也為說服公司做好了充分的準(zhǔn)備，“如果我們不這樣做，那么我們就太傻了，”他說，“這項業(yè)務(wù)將像雜草一樣增長，而我們就是關(guān)鍵。如果我們能夠交付鏡頭，這家公司將展翅高飛。”
但是肖特公司的高管的則持反對態(tài)度：“這不是我們的市場。”當(dāng)時，蔡司每天都在虧損需要肖特來輸血，因此肖特公司沒有人有興趣投資一家不知名的荷蘭公司。他們不僅沒有興趣還要求ASML及時支付拖欠的貨款，當(dāng)ASML提出部分欠款用現(xiàn)金，其余用5%的股份還錢的方案，還是被無情的拒絕了。
結(jié)果不到4年，ASML當(dāng)時提供的5%的股份的價值增長了100倍，而現(xiàn)在ASML更是超過2000億美金市值的公司，5%的股份值上百億美金，腸子都悔青了！
當(dāng)博特聽到馬里斯傳來蔡司拒絕入股的壞消息時，他立即拿出備選計劃——緊急上市。
1994年春天，飛利浦和ASML的高管們緊鑼密鼓地為在納斯達(dá)克的路演做好了一切準(zhǔn)備。經(jīng)濟(jì)和行業(yè)仍處于上升期，而博特希望在新的危機(jī)再次出現(xiàn)之前完成上市。
在舉步維艱的一年里，ASML收到了來自三星的大訂單。當(dāng)蔡司CEO利希滕貝格聽到關(guān)于巨額訂單的消息時，他立刻開始考慮這些數(shù)字，并且激進(jìn)的選擇賭了一把，砍掉了部分業(yè)務(wù)部門，并把剩余部門整合到一起，并按照ASML要求改造了生產(chǎn)線。
利希滕貝格賭對了，蔡司奇跡般地解決了鏡頭生產(chǎn)對人手的依賴。隨著PAS 5500簽下一個又一個訂單，蔡司也搭上ASML的東風(fēng)，一掃陰霾。
1995年3月14日，ASML的存托憑證在美國納斯達(dá)克上市，獲得發(fā)展急需的資金。技術(shù)方面公司也處于良好的狀態(tài)，其PAS 5500 i線步進(jìn)式光刻機(jī)已經(jīng)成為芯片廠的主要設(shè)備，1996年年初ASML有推出了DUV 248nm版本，這些設(shè)備售價高達(dá)600萬美金，可以為客戶生產(chǎn)制程為0.25微米的邏輯工藝，或者為內(nèi)存客戶生長256Mb的內(nèi)存顆粒。
1996年初，ASML宣布在未來幾年，它將在長發(fā)和增長潛力方面繼續(xù)投入資金，準(zhǔn)備在800人基礎(chǔ)上再招聘200人，同時承諾實施股票期權(quán)計劃，讓所有員工分享公司長大紅利。
不久，ASML的員工穿著一件特別的T恤，上面寫著：我們將打敗日本人。
盡管大家信心十足，但是尼康依然是橫在面前的最強(qiáng)大競爭對手，于是ASML開始發(fā)起了對尼康的世紀(jì)之戰(zhàn)！

第三章光刻機(jī)的世紀(jì)之戰(zhàn)

兵敗157nm——尼康棺材板上的第一顆釘子
PAS 5500非常優(yōu)秀，當(dāng)時除了日本和美國市場外ASML勢如破竹，但是由于客戶的慣性，英特爾，IBM們依然更多選擇了尼康的光刻機(jī)，ASML當(dāng)初雄心壯志是否還有機(jī)會實現(xiàn)？
時間來到1990年代末，隨著摩爾定律的繼續(xù)演進(jìn)，工藝開始從130nm進(jìn)入90nm，晶圓尺寸也從8英寸升級到12英寸。于此同時，光刻機(jī)的波長也從248nm進(jìn)入到193nm，這就是著名的ArF準(zhǔn)分子激光器，沒想到的是產(chǎn)業(yè)在193nm波長上卡了將近20年！
干式193nm光刻機(jī)的極限工藝是65nm，再往下就很難實現(xiàn)了。如何跨入40nm工藝，成為了阻擋在所有半導(dǎo)體廠商門口的攔路虎。
于是科學(xué)家和產(chǎn)業(yè)界提出了各種超越193nm的方案，其中包括157nm F2激光，電子束投射(EPL)，離子投射(IPL)、EUV(13.5nm)和X光等。
相對而言，157nm技術(shù)難度稍低，除了英特爾，它更好看EUV。于是不少公司開始下注157nm，其中尼康和SVG在這個技術(shù)路線走的最遠(yuǎn)，是最接近商業(yè)化量產(chǎn)的兩家公司。
2000年的時候ASML收購了SVG，也擁有了157nm技術(shù)，同時也砸了數(shù)億美金進(jìn)行研發(fā)，此外ASML也還嘗試開發(fā)EUV光刻機(jī)。當(dāng)時ASML也沒想好到底怎么選擇，于是又采取老辦法，兩條技術(shù)路線上同時前進(jìn)，等于是給自己上了“雙保險”，又做了一個非常穩(wěn)妥的選擇。
但是沒想到的是這“雙保險”一時半會也沒用上，一個更巧妙的技術(shù)解決方案的出現(xiàn)后，ASML迅速放棄157nm，去抓新技術(shù)的機(jī)會。
2002年7月，受比利時微電子中心（IMEC）負(fù)責(zé)人阿諾德（Bill Arnold）邀請，臺積電的林本堅出席在比利時布魯塞爾舉行的157nm微影技術(shù)的研討會，林本堅在介紹“浸潤原理”的專題演講時，說了句“不得了，我找到了134nm波長的光波”，于是157nm技術(shù)研討會上，找到134nm波長的林本堅成為了會議主角。

(, 下載次數(shù): 24)

提出“浸潤原理”的林本堅博士

林本堅回到中國臺灣后，在張忠謀及蔣尚義的支持下，臺積電開始了“浸潤原理”商業(yè)化的研究。
所謂“浸潤原理”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)波長情況下，變相擴(kuò)大了NA，使得193nm波長的能等效出134nm的波長！屬于小工程改動但得到最大效果！而且技術(shù)成熟度非常高，與此前的工藝更容易銜接。

(, 下載次數(shù): 23)

浸沒式光刻機(jī)原理

尼康一直光源上做文章，專注于如何縮小波長。此時的尼康宣布自己的 157nm產(chǎn)品以及EPL產(chǎn)品樣機(jī)完成，但是測試后實際情況不盡人意。
2004年12月，日本半導(dǎo)體展SEMICON Japan開幕，ASML正式推出浸沒式光刻機(jī)的原型機(jī)，并證明浸沒式光刻機(jī)方案具備可行性的，當(dāng)時已經(jīng)有客戶在ASML的實驗室曝光簡單線條，驗證其分辨率是能夠達(dá)到理論設(shè)計。
2006年，ASML的XT 1400i進(jìn)入英特爾并順利通過40nm工藝的驗證，一年后英特爾下了大訂單，其余廠商紛紛效仿，購買 ASML更成熟的產(chǎn)品，結(jié)果尼康花費大量心血搞出來的157nm光刻機(jī)無人問津，畢竟誰都不想去給尼康當(dāng)小白鼠，這導(dǎo)致尼康隨后的大潰敗。尼康在 2000年還是光刻機(jī)領(lǐng)域的老大，但到了2009 年在被ASML反超，只剩3成市場份額，而ASML則占近7成，遙遙領(lǐng)先競爭對手。

(, 下載次數(shù): 27)

ASML的第一臺浸潤式光刻機(jī)XT 1400i

尼康的干式157nm敗給了ASML的193nm+浸沒式方案，這一仗輸?shù)囊粩⊥康亍?br /> 關(guān)于193nm浸沒式光刻，以及林本堅和ASML的關(guān)系，真實的情況和傳言還是有些不同，不少文章均寫成林本堅堅定的看好并發(fā)明了浸沒式系統(tǒng)這和實際不符。
首先在物鏡表面加入液體的改變折射率這個技術(shù)，早在1812，蘇格蘭人D.Brewster就發(fā)明油浸物鏡，包括蔡司之前的部分儀器也有帶浸沒式的，所以這個浸沒式技術(shù)并不林本堅發(fā)明，他只是提議是否可以用某種液體替代空氣從而提高NA？當(dāng)林本堅名聲大噪后，MIT的林肯實驗室更不服氣，他們認(rèn)為自己在2001年就提出類似的“浸液方案”，ASML似乎也沒有在任何官方途徑證明浸沒式光刻機(jī)的開發(fā)是在林博士指導(dǎo)下進(jìn)行的。
雖然林本堅提出這個浸沒式的方案，但同時他本人似乎對電子束光刻的更情有獨鐘。
前面提起過的ASM國際的創(chuàng)始人，普拉多先生在退休后把畢生所得投入主攻電子束光刻的Mapper Lithography項目，掀起了對“逆子”ASML的最后一戰(zhàn)。
Mapper的目標(biāo)是用13260支電子束來提高“光”刻效率。Mapper項目不僅得到大量政府補(bǔ)貼，甚至臺積電投入部分資金并積極地配合試驗，林博士本人更是Mapper Lithography項目的堅定支持者。
但是2016年老普拉多先生與世長辭后，Mapper Lithography失去了有行業(yè)影響力大咖，樣機(jī)只做到2000支電子束，并且存在很多問題。在EUV前景逐漸明朗的情況下，努力了近20年的Mapper公司難以維繼，在2018年圣誕節(jié)后宣布破產(chǎn)。僅一個月后，ASML迅速收購了Mapper的IP資產(chǎn)和收編了大多數(shù)研發(fā)人員，并關(guān)閉了這條產(chǎn)品線。
當(dāng)然現(xiàn)在也沒有必要多說什么，其實油浸鏡頭改變折射率的方式由來已久，產(chǎn)業(yè)界爭論是誰的想法在先從來不重要。行勝于言，林博士的貢獻(xiàn)是讓臺積電和ASML通力合作把想法變成了現(xiàn)實。
筆者看到地攤文學(xué)中各種胡說八道的說法太多了，特來科普一下。
有人問尼康當(dāng)年為什么不趕緊換個賽道，切到浸沒式光刻機(jī)的路線上？尼康是這么想過，但是實際情況上不允許??！
當(dāng)時ASML的193nm光刻機(jī)最后一片鏡片是平的，而尼康則是曲面鏡片，因此ASML的物鏡系統(tǒng)可以無縫對接浸沒式系統(tǒng)，而尼康則要上浸沒式系統(tǒng)就必須重新計算并設(shè)計整個物鏡光路，這至少要花費2年時間！
這次幸運女神站在ASML這一邊！?。?br /> 哪怕尼康當(dāng)時立刻拿出類似的浸沒式光刻機(jī)也未必能翻盤。因此新設(shè)備總是需要用1-3年時間由前后道多家廠商通力磨合，別人比你早量產(chǎn)就比你多了時間去改善問題和提高良率，這讓后者更加難以超越，一步落后，步步落后。
193nm浸沒式光刻成功翻越了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浸沒式光刻機(jī)一直做到今天的7nm工藝，臺積電第一版N7工藝就是采用193nm浸沒式光刻機(jī)。
尼康兵敗157nm，被扔進(jìn)了棺材里并且釘上了第一顆釘子，緊接著是第二顆釘子。

TWINSCAN系統(tǒng)——棺材板上的第二顆釘子
2020年，ASML出貨了史上第一套能夠每小時處理超過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平臺技術(shù)。
TWINSCAN，雙掃描工件臺，這項技術(shù)ASML是保持競爭力的最大秘訣之一。
早在90年代初，當(dāng)時PAS 5500出貨的時候，精密器械和干涉儀專家Bert van der Pasch教授也正在進(jìn)行的干涉儀系統(tǒng)和晶圓傳送模組進(jìn)行研究，隨后他加入ASML成為光刻掃描儀位置測量系統(tǒng)的專家。

(, 下載次數(shù): 27)

ASML量測系統(tǒng)專家 Bert van der Pasch

Bert教授帶領(lǐng)團(tuán)隊持續(xù)創(chuàng)新讓PAS 5500一直處于領(lǐng)先地位，提供了當(dāng)時行業(yè)領(lǐng)先的生產(chǎn)力和分辨率。但隨著新時代到來，ASML意識到需要一個革命性的創(chuàng)新，助力客戶的生產(chǎn)力實現(xiàn)下一個階段的飛躍。
在設(shè)備產(chǎn)能這項指標(biāo)上，作為代工廠商的臺積電們比英特爾們更加積極擁抱高產(chǎn)能的光刻機(jī)。因為對于壟斷CPU市場的英特爾而言，市場蛋糕足夠大，完全可以躺賺，生產(chǎn)快一點根本無關(guān)痛癢，因此從未要求高產(chǎn)能。一度英特爾的產(chǎn)能利用率只有60%，甚至晚上都不開工，慢慢悠悠絲毫不慌，因此這也是哪怕PAS 5500對比尼康的NSR-S205有產(chǎn)能優(yōu)勢，但是在前期英特爾也對ASML沒有興趣的原因。但是臺積電們不一樣，產(chǎn)能就是生命線，60%的產(chǎn)能利用率？晚上就停工不生產(chǎn)？這還不虧炸?。繉τ谂_積電這類晶圓代工企業(yè)而言，必須在成本、效率、產(chǎn)能上有優(yōu)勢，才能殺出這個激烈的戰(zhàn)場，才能在競爭中站穩(wěn)腳跟。所以競爭使人進(jìn)步，壟斷使人慵懶，ASML準(zhǔn)備用更高產(chǎn)能的光刻機(jī)來牢牢抓住臺積電們的心。
如同許多突破性的技術(shù)一樣，回顧起來，解決方案其實很簡單。圖案在被曝光到晶圓前，必須對晶圓進(jìn)行精準(zhǔn)量測。量測和曝光都需要時間，為了減少每個過程需要的時間提升效率，為什么不在曝光一個晶圓的同時，對后一個晶圓開始進(jìn)行量測和對準(zhǔn)工作呢？就這樣，TWINSCAN系統(tǒng)誕生了

(, 下載次數(shù): 27)

TWINSCAN系統(tǒng)：其中一個工件臺負(fù)責(zé)量測，另外一個負(fù)責(zé)曝光

TWINSCAN是第一個也是唯一一個具有雙晶圓工作平臺的光刻系統(tǒng)。晶圓被交替地裝載到TWINSCAN平臺上，當(dāng)一個平臺上的晶圓正在曝光時，另一個晶圓被裝到二號平臺進(jìn)行對準(zhǔn)和測量，然后兩個平臺交換位置，原來在二號平臺的晶圓進(jìn)行曝光，而一號平臺的晶圓完成卸載。然后，新的晶圓被裝載，進(jìn)行對準(zhǔn)和測量工作。
這種量測對準(zhǔn)和曝光同時進(jìn)行的并行方案能極大提高光刻機(jī)單位小時內(nèi)的產(chǎn)能，這幫助臺積電們極大的提高生產(chǎn)效率，提升最終效益。
2001年，首個采用這種革命性技術(shù)的TWINSCAN雙晶圓平臺系統(tǒng)出貨了——TWINSCAN AT:750T型光刻機(jī)。
750T型光刻機(jī)使用的是波長為248nm的KrF光源系統(tǒng)，支持130nm工藝的生產(chǎn)。不久，ASML的i線光刻機(jī)也引入了雙晶圓平臺，即TWINSCAN AT:400T；隨后這項技術(shù)又引入到更高端的193nm的ArF光刻機(jī)上，即TWINSCAN AT:1100。因此從i線到KrF線，TWINSCAN系統(tǒng)跨越ASML各個平臺型號的光刻機(jī)，擴(kuò)大了技術(shù)范圍，讓所有芯片層都能在新平臺上曝光。

(, 下載次數(shù): 28)

首批TWINSCAN系統(tǒng)——AT:400

與早期的PAS 5500平臺一樣，ASML的持續(xù)創(chuàng)新能力為TWINSCAN平臺的分辨率、套刻精度和產(chǎn)率提供了漸進(jìn)式的改進(jìn)——以平臺升級、新系統(tǒng)升級和現(xiàn)場升級等不同方式。
2004年，TWINSCAN進(jìn)行了第一次改進(jìn)，從AT系統(tǒng)到XT系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換，XT系統(tǒng)比AT系統(tǒng)小25%，但具有更好的性能。這使芯片制造商能夠在同樣單位時間里生產(chǎn)更多的芯片。隨后XT2、XT3、XT4不斷升級，到現(xiàn)在頂配DUV光刻機(jī)——NXT 2050i上已經(jīng)升級到了第五代XT技術(shù)。NXT 2050i具有單位小時內(nèi)曝光300片12英寸晶圓的恐怖產(chǎn)能,以及更小的套刻精度。

雙劍合璧
事實上，ASML并不僅僅依靠浸沒式系統(tǒng)改變與尼康的戰(zhàn)爭格局，TWINCAN系統(tǒng)與浸沒式系統(tǒng)形成雙劍合璧，這才讓尼康徹底敗下陣來。
尼康此前一直使用的是單件臺方案，即測量系統(tǒng)和曝光是同一平臺上實現(xiàn)。加入浸沒式系統(tǒng)后，鏡頭和硅片中間有水之后，原來的量測系統(tǒng)會受到水的干擾而無法正常通工作。浸沒式系統(tǒng)上，光刻機(jī)曝光要量6個軸，x/y/z/rx/ry/rz。傳統(tǒng)單曝光平臺是在鏡片下同時量這6個軸，在媒介是空氣的時候沒大問題但是加入一層水之后浸沒式系統(tǒng)對單測量平臺極不友好，ASML此時已經(jīng)有了TWINCAN系統(tǒng)，量測和曝光原本就是分開的，因此完美的避開了這個問題。
TWINSCAN系統(tǒng)一邊量測一邊曝光，完全避免了垂直方向三個軸z/rx/ry因為流動的水而測不準(zhǔn)的問題，所以雙平臺在浸沒式時代對性能有至關(guān)重要的影響，這也是尼康始終追不上ASML的根本原因。
時至今日，受制于專利和技術(shù)尼康依然在苦苦追尋更好的能對標(biāo)ASML的TWINSCAN的方案，他們選擇用外掛部件的方案，但是效果不盡人意，依然邁不過這個門檻。
第二顆釘子又敲進(jìn)了尼康的棺材板上。
外星科技般的EUV——棺材板上的三顆釘子

(, 下載次數(shù): 27)

ASML EUV光刻機(jī)：NXE 3400

假如世界沒有EUV
如果世界沒有EUV會怎么樣？也許就永遠(yuǎn)卡在7nm工藝了。
現(xiàn)在ASML的NXE系列的EUV光刻機(jī)一臺要賣到一億多美金，高NA版本的EXE 5000系列已經(jīng)要賣3-4億美金一臺，而且客戶紛紛排隊下單，目前EUV的產(chǎn)能早就被包圓了，有人說，ASML躺著把錢賺了。
實際上為了研發(fā)EUV系統(tǒng)，ASML前前后后在將近20年時間內(nèi)投入上百億美金的研發(fā)費用。如果從成本角度考慮，一臺EXE 5000賣3億多美金還真算不上躺賺，畢竟就算是EUV光刻機(jī)也就50%出頭毛利率，成本貴的可想而知。
甚至如果ASML不做EUV光刻機(jī)還能賺更多！
因為沒有EUV系統(tǒng)，客戶們依然只能選擇ASML的DUV浸沒式光刻機(jī)，而且從工藝的角度看，同樣滿足7nm工藝單位產(chǎn)能則需要更多臺DUV，這是要大于EUV的采購價值量的。所以沒有EUV，ASML能賣更多臺DUV，這能讓ASML財務(wù)報表上的數(shù)據(jù)變的更好看！
換言之，ASML完全可以繼續(xù)躺在DUV光刻機(jī)上賺錢！但是進(jìn)擊的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！
他們堅信新世界的大門只會對勇敢的創(chuàng)新者打開！
EUV之難于上晴天
當(dāng)你認(rèn)識到EUV光刻機(jī)的技術(shù)水平后，所有人都會贊嘆到這是外星人一般的科技水準(zhǔn)，是迄今為止人類科技領(lǐng)域所能達(dá)到最尖端的技術(shù)沒有之一。
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，它屬于電離輻射區(qū)。

(, 下載次數(shù): 26)
EUV光有個最大的問題就是波長太短，這種波長的光，因此光的波粒二象性中的粒子性極強(qiáng)幾乎沒有任何繞射能力，所以無法穿過任何物體包括空氣，只能在真空中傳播。太陽光里有EUV光譜，但是達(dá)到地球后，早就被大氣和臭氧層吸收了，因此地球上沒有天然的EUV來源。
所以EUV光源只能靠人工產(chǎn)生。
如此高頻短波長的EUV光蘊含的巨大的能量，同樣要獲得這樣強(qiáng)大的能量能要付出巨大的代價。我們必須將離子和電子拉得更近，然后高能帶躍遷后才能發(fā)出光，但自然界存在庫倫斥力這樣的強(qiáng)大原力，使得這些粒子相互排斥。這就使得其產(chǎn)生了個明顯的挑戰(zhàn)EUV光怎么來？
首先，EUV 光很難以受控方式產(chǎn)生，類似此前的方法是行不通的。只有多重電離原子內(nèi)殼中的激發(fā)電子才能發(fā)射 EUV。你只會在熾熱、致密的等離子體中找到這些電子，而制造這些電子是一項相當(dāng)艱巨的工作?；蛘邔⒆杂呻娮油ㄟ^同步加速器發(fā)射產(chǎn)生EUV光——這是一種巨大且極其昂貴的設(shè)備，沒有商用的可能。
換而言之，對EUV光刻機(jī)而言，如何產(chǎn)生光源以及控制光路前進(jìn)的鏡頭部分會是最大的兩個挑戰(zhàn)所在，再加上其他系統(tǒng)，這勢必是一個浩瀚的工程，光靠一家是完成不了。所以必須集合所有各自領(lǐng)域最頂尖公司，技術(shù)，科學(xué)家，工程師們共同來完成這項人類歷史上最不可思議的技術(shù)挑戰(zhàn)，于是EUV LLC聯(lián)盟誕生了。

EUV LLC聯(lián)盟
1997 年，英特爾看到跨越193nm 的巨大難度，決心集全人類精英一起愚公移山。他們說服了美國對高科技最開明的克林頓內(nèi)閣，以公司形式發(fā)起了EUV LLC 這樣的合作組織。
這個組織由英特爾和美國能源部牽頭，集合了當(dāng)時還如日中天的摩托羅拉以及 AMD，以及享有盛譽的美國三大國家實驗室：勞倫斯利弗莫爾實驗室，勞倫斯伯克利實驗室和桑迪亞國家實驗室，投資兩億美元集合幾百位頂級科學(xué)家，從理論上驗證 EUV 可能存在的技術(shù)問題。
英特爾還力邀ASML和尼康加入EUV LLC，因為當(dāng)時美國光刻設(shè)備公司基本已經(jīng)凋零。但此舉受到美國政府的阻撓，因為他們舍不得讓外國公司分享美國最前沿技術(shù)，認(rèn)為不能有“外人”。
此時ASML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)它。ASML強(qiáng)力游說，開出了很難拒絕的條件——由ASML出資在美國建工廠和研發(fā)中心，并保證55%的原材料都從美國采購。
最終結(jié)果是尼康被排除在外，更為開放的ASML做了一堆對美國貢獻(xiàn)的許諾后被允許加入。另外一家例外的非美國公司是當(dāng)時還是內(nèi)存霸主的英飛凌，它被允許和美光一起加入EUV LLC。
我們回看當(dāng)年各種跨越 193nm 的技術(shù)方案，很多公司是左右下注的，只有英特爾堅定地選了 EUV，而且讓它最終成為了現(xiàn)實。
EUV 算是軟 X 光，穿透物體時散射吸收都非常厲害，這使得光刻機(jī)需要非常非常強(qiáng)的光源，這個難度是巨大的。因此連空氣都能吸收EUV，所以機(jī)器內(nèi)部還得抽成高真空狀態(tài)，為此當(dāng)年ASML和蔡司花了巨資共同建立了一座全球最大的真空腔體實驗室，來模擬真空環(huán)境下遇到的各種問題。畢竟在真空環(huán)境下，連最簡單的怎么擰螺絲都能來幾篇博士論文。
13.5nm的EUV光別說穿過透鏡，連空氣穿不過，因此從光線從光源出來后，物鏡系統(tǒng)變成了反射鏡片——一種用鉬元素做的鏡片。

(, 下載次數(shù): 26)

ASML官方宣傳視頻中模擬EUV光路

由于EUV光的特性，現(xiàn)實世界中沒有任何材料可以在單層中反射大部分EUV 光。而由鉬（部分反射 EUV 光）和硅（對 EUV 大部分透明）交替鍍膜納米層制成的反射鏡增強(qiáng)彼此的反射。
這些反射鏡片的制造工藝相當(dāng)復(fù)雜，用鍍膜工藝把不同的材料一層層疊起來，總共多達(dá)數(shù)十層。每個納米層都需要具有精確定義的厚度，讓每個原子都需要在正確的位置，否則可能會丟失光或圖像可能會變形。同時控制每一層的表面誤差在0.01nm以內(nèi)，這相當(dāng)于是北京到上海做根鐵軌起伏不超過 1 毫米精度！
這是人類最完美的工藝品！

(, 下載次數(shù): 26)

用于EUV光刻機(jī)的鉬反射鏡

這些反射鏡成像精度之高，相當(dāng)于拿個手電照到月球光斑不超過一枚硬幣大小，難度可想而知。因此反射鏡的工藝難度，技術(shù)復(fù)雜程度比DUV的透鏡還要高一個等級。
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，驗證了 EUV光刻機(jī)的可行性。理論驗證完成后，EUV LLC聯(lián)盟宣布解散。接下來實際問題都拋給了ASML，面對如此高深的技術(shù)ASML的選擇是做還是不做呢？
勇于創(chuàng)新的荷蘭人告訴你，干！在追求更先進(jìn)技術(shù)的道路上，ASML人從來沒有猶豫過！
2006年，在ASML實驗室里出現(xiàn)了EUV的原型機(jī)，四年后的2010年，在ASML手中誕生的人類第一臺EUV工程樣機(jī)：NXE 3100。

珍貴的門票
早在1992年，ASML業(yè)務(wù)還沒啥起色的時候，當(dāng)時ASML的母公司飛利浦找到SVG，希望以6000萬美金的價格出售ASML，結(jié)果SVG僅愿意出資成立合資公司，用等同數(shù)量的股份兌換，但飛利浦拒絕了，因為他們只想要現(xiàn)金。沒想到的是多年后兩極反轉(zhuǎn)，羽翼豐滿的ASML反過來把SVG給收了。
2000年，飛黃騰達(dá)的ASML宣布以16億美金收購了市值只有10億的SVG。當(dāng)時SVG已經(jīng)奄奄一息，年營業(yè)額也只有2.7億美金，光刻制程水平遠(yuǎn)不如ASML，市場并不看好這一次收購，收購消息一出當(dāng)天ASML股價大跌7.5%。
但是短視的資本市場的分析師怎能理解站在全局戰(zhàn)略高度看問題的ASML？
這次收購ASML得到了最寶貴的兩樣?xùn)|西——技術(shù)專利和門票。
當(dāng)時尼康和SVG都在開發(fā)157nm的光刻機(jī)，因此除了尼康外，SVG擁有最成熟的157nm光學(xué)技術(shù)，收購SVG對于ASML而言等于有了和尼康同等的157nm技術(shù)，即使沒有后面橫空出世的浸沒式系統(tǒng)，ASML依然有實力和尼康扳手腕。
此外SVG曾經(jīng)通過收購Perkins Elmer有了EUV以及反射鏡的技術(shù)專利，而現(xiàn)在全都被ASML收入囊中，因此ASML也有EUV相關(guān)專利技術(shù)。
當(dāng)然最重要的是收購SVG還收獲了另外一樣?xùn)|西——英特爾的供應(yīng)商資格，這是一張彌足珍貴的門票。ASML曾經(jīng)數(shù)次敲響英特爾的大門而不開，這次終于叩開了大門，能得到業(yè)內(nèi)最強(qiáng)客戶的認(rèn)可才能算真正成功。
你給我起來干活！
第一臺試驗型EUV光刻機(jī)設(shè)計了13片反射鏡，因為每片反射鏡反射時候會損失40%的能量，反射率只有60%，因此反射13次之后，剩下的光只剩0.00001306%。隨后的反射鏡被減少了到9片，但是9次反射后依然只有可憐的1.007%。9片反射鏡已經(jīng)是極限了沒法再少了，再少分辨率就不行了。
所以第一臺驗證機(jī)NXE 3100只能做到每小時曝光30片晶圓，這當(dāng)然是無法滿足客戶要求的，當(dāng)時最大的問題就是卡在光源強(qiáng)度上，想要增加產(chǎn)能，就必須增大光源功率，光源功率不夠強(qiáng)，產(chǎn)能就上不去。
當(dāng)時負(fù)責(zé)的光源的是Cymer，它是一家美國公司。目前全球僅兩家有能力生產(chǎn)的光刻機(jī)光源的公司，除了Cymer還有日本的Gigaphoton（小松）。兩家公司都是ASML的供應(yīng)商，雖然Cymer被收購后成了ASML的子公司，但是ASML沒有護(hù)犢子，而是讓兩者充分競爭，因此兩者在Ark和KrF的光源基本各占一半，但是EUV光源主要是Cymer負(fù)責(zé)。

(, 下載次數(shù): 31)

光刻機(jī)光源供應(yīng)商：Cymer

在研發(fā)EUV光源的時候Cymer壓根就覺得這是一項不可能完成的任務(wù)，于是比較敷衍，最開始光源只有30W功率，一小時根本曝光不了幾片晶圓，弄了幾年還是原地踏步，但是荷蘭人才不管你這一套，不準(zhǔn)躺平，都給我站起來干活！
實在看不下去Cymer磨洋工的態(tài)度后，在2012年ASML以26億美金收購了Cymer，讓Cymer成為ASML的子公司，隨后ASML一邊拿起鞭子猛抽Cymer，快起來干活！一邊再投入無數(shù)人力物力，花費無數(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125片，勉強(qiáng)能達(dá)到商用標(biāo)準(zhǔn)。
2018年，正式商用版的EUV光刻機(jī)NXE 3300開始出貨。
如果當(dāng)年不是ASML硬把Cymer拉起來干活，很難說EUV能成功。
魔鬼工藝：一秒10萬次
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13.5nm超短波長的光，科學(xué)家們想了一個辦法：用波長為9.2-10.8微米的二氧化碳激光去連續(xù)轟擊從空中掉落的金屬錫液滴，這個錫滴直徑只有不到13微米，錫滴受激汽化后就能產(chǎn)生所需的13.5nm的光。
為了產(chǎn)生足夠的EUV光中間的過程分好幾步。首先在真空腔體中，將高溫熔融并加電磁場使其處于等離子體狀態(tài)的錫，使其從噴槍中等間隔噴出，并保證每個錫滴的大小保持在7.5-13微米左右。
接著當(dāng)錫滴經(jīng)過腔體中心區(qū)域時，安裝在激光腔壁上的高分辨率相機(jī)捕捉到了經(jīng)過的錫滴并反饋給計算機(jī)，計算機(jī)控制激光槍連續(xù)發(fā)射兩個脈沖擊中該錫滴。
第一次脈沖轟擊把錫滴壓平變成餅狀，受光面積變大，緊接著第二次再次精確轟擊這個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，這個錫滴從噴射被噴出的頻率是每秒5萬滴，因為是分兩次轟擊，因此等于一秒內(nèi)精確打中錫滴十萬次，分毫不差?。?！

(, 下載次數(shù): 27)

第一次轟擊把錫滴壓平變成餅狀

(, 下載次數(shù): 24)

第二次轟擊這個餅狀錫滴，使其產(chǎn)生13.5nm波長的EUV光

這簡直是不可思議的杰作，這遠(yuǎn)比擊中一顆飛行中的子彈更難！
魔鬼工藝名不虛傳！

(, 下載次數(shù): 24)

德國通快（TRUMPF）的激光發(fā)生器

在解決一系列難題后，EUV光刻機(jī)終于被小心翼翼的搬入各大晶圓工廠，開始為芯片制造工序中最核心的光刻工藝工作，于是就有現(xiàn)在的7nm，5nm芯片。甚至未來的3nm，2nm，1nm，也將由ASML的EUV光刻機(jī)生產(chǎn)。
自此ASML在EUV上的成功也徹底斷了尼康的一切念想。就目前而言，尼康不可能在短期內(nèi)研發(fā)出比ASML更強(qiáng)的設(shè)備來打敗ASML，于是棺材板上的第三顆釘子也敲了進(jìn)去。
所以現(xiàn)在光刻機(jī)領(lǐng)域，ASML占到90%以上，尼康在角落里茍延殘喘，而佳能早就不玩高端光刻機(jī)了，只在更低端的領(lǐng)域比如面板領(lǐng)域混口飯吃。
在90年代末到現(xiàn)在這20多年時間內(nèi)，ASML依靠“TWINSCAN系統(tǒng)”，“浸沒式系統(tǒng)”，“EUV系統(tǒng)”的三大戰(zhàn)役，徹底把昔日不可一世的光刻巨頭尼康踩在腳下，ASML也從當(dāng)年那個平房里那個不起眼的小公司，長大為半導(dǎo)設(shè)備領(lǐng)域絕對的霸主。

永無止境
如果你覺得ASML成功研發(fā)出EUV光刻機(jī)，把工藝帶到7nm就大功告成準(zhǔn)備躺賺的時候，你又錯了。
在5nm以內(nèi)，以及英特爾路線圖上的18A工藝需要更先進(jìn)的光刻機(jī)。
在新技術(shù)探索的道路上荷蘭人是永無止境的。
目前，最先進(jìn)的芯片是 4/5 納米級工藝，下半年三星和臺積電還能量產(chǎn) 3nm 技術(shù)，而對于使用 ASML EUV 光刻技術(shù)的 TWINSCAN NXE:3400C 及類似系統(tǒng)來說，它們大都具有 0.33的NA，可提供 13 nm 分辨率。
目前來看，這種分辨率尺寸對于7 nm/6 nm 節(jié)點(36 nm-38 nm)和5nm (30 nm-32 nm) 的單曝工藝已經(jīng)足夠用了，但隨著間距低于30 nm（超過5nm級的節(jié)點）到來，3nm分辨率可能需要雙重曝光技術(shù)，這是無法避免的方法。
對于后3nm時代，ASML及其合作伙伴正在開發(fā)一種全新高NA的EUV光刻機(jī)——TWINSCAN EXE:5000系列，該系列機(jī)器將具有0.55系數(shù)的NA，分辨率達(dá) 8nm，從而在3nm 及以上節(jié)點中盡可能的避免雙重或是多重曝光工藝，這又給摩爾定律的延續(xù)注入一針強(qiáng)心劑！

(, 下載次數(shù): 26)
首臺EXE 5000即將交付比利時的IMEC，而首臺EXE 5200系列預(yù)計將在2024年后交付英特爾。也許3年后，我們將用上3nm制程的芯片，而ASML繼續(xù)為這目標(biāo)而奮斗。

最后的反思

有人贊嘆誕生于飛利浦的ASML是天之驕子，但是縱觀整個ASML 38年的發(fā)展史，很難說它的發(fā)展過程是一帆風(fēng)順的。
創(chuàng)業(yè)前十年，虧損有九年，前期一臺設(shè)備都賣不出去，但是ASML并沒有放棄，而是緊緊抓住僅有的機(jī)會，一步步走上舞臺中央。
不管對手多么先進(jìn)的設(shè)備，ASML人不會因為對手做得好而心服口服，他們基本秉承一個態(tài)度：你好方面我要做的更好，你不好的方面，我更要想辦法取代你，不斷尋找對手設(shè)備缺陷并加以改正的過程，從而不斷的自我突破。
合作，開放，創(chuàng)新，進(jìn)取才是ASML能成為現(xiàn)在光刻設(shè)備霸主的內(nèi)在精神。每一代ASML的研發(fā)人員，個個都具有科技偏執(zhí)狂特質(zhì)，每個人都追求精益求精，盡善盡美的科技信仰。
很多人一直在思考：為什么ASML能做出這樣先進(jìn)的光刻機(jī)，中國的公司還做不到？
從產(chǎn)業(yè)實際角度出發(fā)，光刻機(jī)乃是人類科技之集大成，是匯聚全球所有頂尖公司，頂尖科學(xué)家和眾多工程師們共同努力的結(jié)果，要求中國把所有技術(shù)完全自主開發(fā)，這無疑癡人說夢。
研發(fā)光刻機(jī)需要眾多前期技術(shù)做積累和鋪墊，顯然在這塊基礎(chǔ)科學(xué)上，中國還有很多舊賬需要填，因此研發(fā)光刻機(jī)是一個厚積薄發(fā)的漫長過程，不輕言超越，更別提什么換道超車。
對于中國而言，核心技術(shù)當(dāng)然要掌握，開放創(chuàng)新融入全球產(chǎn)業(yè)鏈，提出更好的技術(shù)和做出更好的產(chǎn)品才是正確的出路，而不是一味的封閉思想，搞技術(shù)對抗。
盡管目前由于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的基礎(chǔ)信任被某一些國家的政客，以各種理由切割，但是別人越是封閉，我們越是開放才顯出一個自信的科技強(qiáng)國。
ASML作眾多半導(dǎo)體設(shè)備商中，其實算最有情義的公司了。除了EUV，其他光刻機(jī)都能買到，包括前年頂配的NXT 2050i，中國大陸地區(qū)的就是第一批交付的。EUV光刻機(jī)由于光源卡在美國上手一直不給許可證才沒法交付，并不是ASML或者荷蘭政府故意硬卡。
全球政經(jīng)環(huán)境風(fēng)云突變，有挑戰(zhàn)也有機(jī)會。我們不僅需要加大底層技術(shù)研發(fā)力度，更要還要吸取對方長處，不僅是技術(shù)，還包括管理，文化，市場運營，團(tuán)體配合，產(chǎn)業(yè)鏈搭建等等，只有這樣我們前進(jìn)的動力才更足更穩(wěn)。
ASML之所以能成為現(xiàn)在的樣子，是在成立之處就計劃好的，美國有個同行曾經(jīng)說出這樣一句話：“不管未來發(fā)生什么，ASML都會令世界矚目”。
全文完。
——————————
筆者有話說：
15年前，大約是在2007年筆者在當(dāng)年的《微型計算機(jī)》的一期文章中，讀到了英特爾新版酷睿CPU開始導(dǎo)入ASML浸沒式光刻機(jī)，于是ASML這個名字和浸沒式光刻機(jī)就深深的印在我腦子里。沒想到多年后，我會從事芯片行業(yè)的相關(guān)創(chuàng)投工作，這幾年親眼目睹中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展。各種閑暇之余會寫下各種長文，或分析新技術(shù)，或剖析公司，或預(yù)測行業(yè)發(fā)展，或以史為鏡從國內(nèi)外公司興衰過程反思國內(nèi)行業(yè)發(fā)展的得失。
在去年讀完《光刻巨人——ASML的崛起之路》后，就有補(bǔ)完ASML后半段歷史的沖動，今年受某平臺的老師約稿，花費近4個月時間創(chuàng)作這篇4萬余字科普長文，希望讓更多人了解ASML，了解光刻機(jī)，了解半導(dǎo)體，普及科學(xué)，提高國人科學(xué)素養(yǎng)。
隨著“中興事件”，“華為事件”，美國無理打壓中國開始。無數(shù)自媒體粉墨登場，各種嚇尿體，震驚體的文章層出不窮，全篇胡說八道，但是偏偏還有不少人信以為真，反而說真話還被圍攻，動不動就扣“賣國黨”，“恨國黨”帽子，實在是令人痛心。
筆者以余生為誓，求真求實，與妖魔邪論戰(zhàn)斗到底！
by——猛練自然強(qiáng)
參考資料：
光刻巨人——ASML崛起之路；
光刻機(jī)之戰(zhàn)；
光刻機(jī)之戰(zhàn)（續(xù)）；
光刻機(jī)之戰(zhàn)3；
光刻機(jī)市場的戰(zhàn)爭；
光刻機(jī)小講堂：解密光刻機(jī)內(nèi)的微影大神；
從德國蔡司和光刻機(jī)的故事聊聊大歷史的變遷；
從“小破廠”到全球一哥,光刻機(jī)巨頭ASML的周期逆襲史；
光刻機(jī)戰(zhàn)爭1980：日本雙雄的崛起；
光刻機(jī)詳解：鏡頭及成像系統(tǒng)；
光刻機(jī)戰(zhàn)爭上：芯片時代的開啟；
光刻機(jī)三巨頭的殊途同歸；
光刻機(jī)巨頭ASML的十年變遷史
淺談高數(shù)值孔徑EUV系統(tǒng)的好處；
淺談下一代EUV光刻機(jī)，NA系統(tǒng)的變化；
林本堅親筆講述：浸沒式光刻機(jī)研發(fā)的臺前幕后；
Intel 4 工藝預(yù)覽；
1nm 以下先進(jìn)制程工藝發(fā)展路線浮出水面；
淺談下一代EUV光刻機(jī)；
澤尼克像差的形式；
ASML官網(wǎng)資料；
蔡司官網(wǎng)資料；
尼康官網(wǎng)資料；
……

-----------------------------

作者: 心會發(fā)光也會發(fā) 時間: 2022-7-1 23:57
非常不錯

作者: 王雨彤 時間: 2022-7-2 01:11
真正把人類科技當(dāng)畢業(yè)事業(yè)的一群人

作者: 青春 時間: 2022-7-2 03:06
我在ASM耳濡目染18年，切身感受到了半導(dǎo)體設(shè)備技術(shù)需要投入幾代人的畢生心血

作者: 芙蓉 時間: 2022-7-2 04:42
ASML簡直是奇跡

作者: 癮男 時間: 2022-7-2 06:24
兄終于發(fā)雄文啦！頂起頂起！

作者: 鳳之舞丶蘿莉 時間: 2022-7-2 08:22
神奇的荷蘭，神奇的ASML。

作者: 夢雨 時間: 2022-7-2 09:57
3月份SMEE申請了皮米光柵專利，套刻精度小于1nm,DUV干5nm芯片都沒問題。EUV沒搞出來前，DUV系統(tǒng)的潛力再挖一下，2014年英特爾是準(zhǔn)備用DUV直接干到3nm節(jié)點，玩命干就對了

作者: 念陽雄 時間: 2022-7-2 11:42
DUV要多曝好多次，這個成本高的不得了，而且技術(shù)過于復(fù)雜，為什么會有高NA版本的EUV就是不希望在5nm以下節(jié)點需要多曝工藝

作者: 桃夭 時間: 2022-7-2 13:26
有點類似八九十年代咱崛起的樣子，開放、合作、信任

作者: 心會發(fā)光也會發(fā) 時間: 2022-7-2 14:33
封閉就是倒退

作者: 奮斗92 時間: 2022-7-2 15:45
老師您好~ 申請轉(zhuǎn)載:2022年6月26日《ASML的登峰之路，給你帶來不一樣的光刻機(jī)故事……（4萬字長文）》公眾號:清泉石資本，賬號ID:brookstone_capital，會按照要求標(biāo)注，請求開白，感謝您!

作者: 獄友 時間: 2022-7-2 16:51
這么多年感覺蔡司沒變化，鏡頭問題不認(rèn)，大爺?shù)煤?hr noshade size="2" width="100%" color="#808080"> 作者: yzkijwt 時間: 2022-7-2 18:51
光刻機(jī)技術(shù)描述基本準(zhǔn)確，對光刻機(jī)屬超高難度的工程科技特性認(rèn)識深刻，但對系統(tǒng)復(fù)雜性描述不足。為什么沒有國內(nèi)光刻機(jī)的信息呢

作者: 零度 時間: 2022-7-2 20:41
您好，這篇文章能否授權(quán)我們轉(zhuǎn)載到公眾號（ID：TechSugar），會嚴(yán)格按照要求標(biāo)注清楚來源，感謝

作者: ???小?云? 時間: 2022-7-2 22:16
機(jī)緣巧合搜了一下光刻機(jī)的發(fā)展史找到了這篇文章，看的我熱血沸騰。然而由于文化水平只能感慨一句臥槽牛逼[發(fā)呆]

作者: 倫文 時間: 2022-7-2 23:45
可以去吧。

作者: 我們剛剛好 時間: 2022-7-3 01:43
到不是不能寫，再寫不是4萬字了，是6萬字了，這太長了吧，下次把，分段寫。

作者: 秀麗 時間: 2022-7-3 03:35
比30年前強(qiáng)多了，被ASML洗腦改造挺成功的

作者: 習(xí)慣沉默 時間: 2022-7-3 04:40
去吧，都免費轉(zhuǎn)

歡迎光臨愛鋒貝 (http://7gfy2te7.cn/)