با نگاهی به تحولات تاریخی، تکامل و کاربرد ماشین‌های لیتوگرافی (به ویژه به دستگاه‌هایی که در فرآیندهای ساخت مدارهای مجتمع استفاده می‌شوند) با پیچ و خم‌های زیادی مواجه شده‌اند. به طور کلی، دو دوره قابل توجه وجود دارد. اولین مورد زمانی است که ASML با استفاده از فناوری غوطه وری به عنوان یک بازیکن غالب ظاهر شد و از پیشروان صنعت قبلی پیشی گرفت. این نبرد فناوری بود. دوره دوم با تجاری سازی لیتوگرافی فرابنفش شدید (EUV) آغاز شد، زیرا رقابت برای گره های فرآیند پیشرفته (از 16 نانومتر شروع می شود) در میان TSMC، سامسونگ و اینتل که برای ظرفیت محدود EUV رقابت می کردند، تشدید شد. این یک جنگ تجاری بود.

از شرایط فعلی، موج سوم رقابت در ماشین‌های لیتوگرافی در حال شکل‌گیری است و انتظار می‌رود که نسبت به دو موج قبلی پیچیده‌تر و شدیدتر باشد.

موج اول: ضد حمله

در سال 1957، جی لاتروپ و جیمز نال از آزمایشگاه ارتش ایالات متحده، فناوری فوتولیتوگرافی را به ثبت رساندند، که برای قرار دادن نوارهای فلزی بر روی بسترهای سرامیکی برای اتصال ترانزیستورهای مجزا استفاده می شد. در سال 1959، Lathrop به Texas Instruments پیوست و نال به Fairchild Semiconductor رفت. در سال 1958، جی لاست و رابرت نویس اولین دوربین "گام و تکرار" را در Fairchild Semiconductor ساختند که از فوتولیتوگرافی برای ساخت ترانزیستورهای زیادی روی یک ویفر استفاده کرد. این نمونه اولیه دستگاه فوتولیتوگرافی بود.

در دهه 1980، شرکت GCA از ایالات متحده بر بازار جهانی ماشین‌های فوتولیتوگرافی تسلط داشت. اما به دلیل عجله برای تحویل تجهیزات به مشتریان بدون بازرسی مناسب، صدها لنز معیوب روانه بازار شد. تقریباً در همان دوره، نیکون از ژاپن، سیستم فوکوس دستگاه فوتولیتوگرافی را بهبود بخشید و اهداف خط g را با دیافراگم عددی بزرگ‌تر توسعه داد، که به سیستم اجازه می‌داد تا الگوهای ریز را با وضوح بیشتری بر روی مقاوم نوری بتاباند. این نوآوری به سرعت به نیکون اجازه داد تا بر بازار تسلط یابد و مشتریان دستگاه‌های فوتولیتوگرافی GCA را رها کردند و باعث شد GCA به سرعت کاهش یابد.

در همان زمان، کانن نیز محصولات مورد تایید بازار را روانه بازار کرد و یکی از دو پیشرو در صنعت ماشین‌های فوتولیتوگرافی در آن زمان در کنار نیکون شد.

در همین حال، ASML بر اساس موفقیت خود در دستگاه‌های فوتولیتوگرافی مرحله‌ای و اسکن، به تدریج با محصول نمادین خود PAS 5500 که به شدت مورد تحسین بازار قرار گرفت، به این موضوع رسید. پس از سال ها کار سخت، ASML در عصر دستگاه فوتولیتوگرافی گام و اسکن به یک غول تبدیل شد.

با این حال، در آن زمان، جایگاه صنعت ASML به اندازه فعلی برجسته نبود و کمی کمتر از نیکون و کانن بود.

تسلط ASML در صنعت ماشین آلات فوتولیتوگرافی ناشی از ارتقاء فرآیند از 193 نانومتر به 157 نانومتر است. قبل از آن، دستگاه‌های فوتولیتوگرافی مرحله‌ای و اسکن از مسیر فناوری خشک (واسطه قرار گرفتن در معرض هوا است) استفاده می‌کردند و با استفاده از منابع نوری سطح بالاتر از پیشرفت فناوری پشتیبانی می‌کردند. برای دستیابی به وضوح بالاتر، طول موج منبع نور از 365 نانومتر اولیه به 248 نانومتر و سپس به 193 نانومتر تغییر کرد. پس از آن ادامه این مسیر تکنولوژیکی دشوار بود.

در آن زمان، صنعت با دو انتخاب روبرو بود: بهبود فناوری و اختلال. دو غول نیکون و کانن تصمیم گرفتند مسیر تکنولوژیکی موجود خود را بهبود بخشند، در حالی که ASML به دلیل ظهور فناوری غوطه وری جدید، قمار را انتخاب کرد.

لیتوگرافی غوطه وری، که توسط بنجامن لین در زمانی که دانشمند در TSMC بود، پیشنهاد شد، به طور خلاقانه ای از آب به عنوان وسیله غوطه وری استفاده کرد. هنوز از منبع نوری اصلی با طول موج 193 نانومتر استفاده می‌کرد، اما از طریق انکسار آب، طول موج ورودی به نور مقاوم به 134 نانومتر کاهش یافت. ضریب شکست منبع نور 193 نانومتری در هوا 1 و در آب 1.4 است. این بدان معنی است که در شرایط منبع نور یکسان، وضوح دستگاه های لیتوگرافی غوطه وری را می توان 1.4 برابر بهبود بخشید.

با این حال، این فناوری در آن زمان بسیار جسورانه به نظر می‌رسید و مشکلات فنی و هزینه‌های بالایی داشت. ذینفعان فناوری‌های لیتوگرافی سنتی تمایلی به پذیرش آن نداشتند. لین برای تبلیغ لیتوگرافی غوطه‌وری و فروش ایده خود به تولیدکنندگان دستگاه‌های لیتوگرافی به ایالات متحده، ژاپن، آلمان و هلند سفر کرد. اما او با رد اکثر غول‌های صنعت روبرو شد و نیکون حتی TSMC را تحت فشار قرار داد تا او را "بکشد".

در این شرایط، لین آخرین امید خود را به ASML گذاشت و دومی او را ناامید نکرد. وقتی توسعه فناوری و صنعت به یک دوراهی رسید، ASML نوآوری مخرب را انتخاب کرد و برنده قمار شد.

در سال ۲۰۰۳، ASML و TSMC برای توسعه اولین تجهیزات لیتوگرافی غوطه‌وری، TWINSCAN XT:1150i، با یکدیگر همکاری کردند که سال بعد با نسخه بهبود یافته‌ای دنبال شد. در همان سال، نیکون، با پیشرفت آهسته در تحقیق و توسعه، سرانجام نمونه اولیه‌ای از دستگاه لیتوگرافی خشک ۱۵۷ نانومتری را معرفی کرد.

یکی فناوری جدیدی بود که از منبع نور اصلی 193 نانومتری استفاده می کرد و از طریق آب به طول موج 132 نانومتر تکامل می یافت، در حالی که دیگری یک نمونه اولیه با طول موج 157 نانومتر بود. مزایای لیتوگرافی غوطه وری مشهود بود. این فناوری به راه‌حل اصلی لیتوگرافی برای گره‌های فرآیند بعدی مانند 65 نانومتر، 32 نانومتر، 16 نانومتر و 7 نانومتر تبدیل شد تا به گره 3 نانومتری فعلی.

انتخاب بالاتر از تلاش است. ASML انتخاب درستی انجام داد، در حالی که نیکون و کانن انتخاب‌های اشتباه را انجام دادند. بازار به سرعت ماشین‌های لیتوگرافی غوطه‌وری را پذیرفت و محصولات لیتوگرافی خشک سنتی را در انبارها و گرد و غبار جمع‌آوری کرد. این امر باعث شد تا میلیاردها دلار هزینه تحقیق و توسعه نیکون و کانن کاهش یابد و سهم بازار آنها به میزان قابل توجهی کاهش یابد. در 15 سال قبل از سال 2000، ASML با سهم بازار کمتر از 10 درصد، کوچکترین شرکت کننده در سطح بالای ماشین های لیتوگرافی بود. با تجاری سازی لیتوگرافی غوطه وری، تا سال 2008، سهم بازار ASML به 60 درصد رسید که به تنهایی برجسته بود.

موج اول رقابت ماشین های لیتوگرافی مبتنی بر فناوری به پایان رسید و ASML به عنوان برنده ظاهر شد.

ادامه دارد...