בהסתכלות על ההתפתחות ההיסטורית, האבולוציה והיישום של מכונות ליתוגרפיה (הכוונה ספציפית לאלו המשמשות בתהליכים הקדמיים של ייצור מעגלים משולבים) נתקלו בפיתולים רבים. בסך הכל, ישנן שתי תקופות ראויות לציון. הראשון הוא כאשר ASML התגלתה כשחקן דומיננטי על ידי מינוף טכנולוגיית הטבילה, על פני מובילי התעשייה הקודמים. זה היה קרב של טכנולוגיות. התקופה השנייה החלה עם המסחור של ליתוגרפיה אולטרה סגולה קיצונית (EUV), כאשר התחרות על צמתי תהליך מתקדם (החל מ-16 ננומטר) התגברה בקרב TSMC, סמסונג ואינטל, שהתחרו על קיבולת ה-EUV המוגבלת. זה היה קרב של עסקים.

מהמצב הנוכחי מתבשל הגל השלישי של תחרות במכונות ליטוגרפיה, והוא צפוי להיות מורכב ואינטנסיבי יותר משני הגלים הקודמים.

הגל הראשון: התקפת נגד

בשנת 1957, ג'יי לאתרופ וג'יימס נאל ממעבדה של צבא ארה"ב רשמו פטנט על טכנולוגיית הפוטוליתוגרפיה, ששימשה להנחת פסי מתכת על מצעים קרמיים לחיבור טרנזיסטורים נפרדים. ב-1959, לאת'רופ הצטרף לטקסס אינסטרומנטס ונאל הלך ל-Fairchild Semiconductor. בשנת 1958, ג'יי לסט ורוברט נויס ייצרו את מצלמת "צעד וחזרה" הראשונה ב-Fairchild Semiconductor, תוך שימוש בפוטוליתוגרפיה לייצור טרנזיסטורים רבים על רקיק אחד. זה היה אב הטיפוס של מכונת הפוטוליתוגרפיה.

בשנות ה-1980 שלטה תאגיד GCA מארצות הברית בשוק מכונות הפוטוליתוגרפיה העולמי. עם זאת, עקב העומס לספק ציוד ללקוחות ללא בדיקה מתאימה, נשלחו לשוק מאות עדשות פגומות. כמעט באותה תקופה, ניקון מיפן שיפרה את מערכת המיקוד של מכונת הפוטוליתוגרפיה ופיתחה יעדי קו g עם צמצם מספרי גדול יותר, מה שאפשר למערכת להקרין תבניות זעירות על הפוטו-רזיסט בצורה ברורה יותר. חידוש זה אפשר לניקון במהירות לשלוט בשוק, והלקוחות נטשו את מכונות הפוטוליתוגרפיה של GCA, מה שגרם ל-GCA לרדת במהירות.

במקביל השיקה קנון גם מוצרים מאושרים בשוק, והפכה לאחת משתי המובילות בתעשיית מכונות הפוטוליתוגרפיה באותה תקופה לצד ניקון.

בינתיים, בהתבסס על הצלחתה במכונות פוטוליתוגרפיה של צעד וסריקה, ASML הדביקה את הפער בהדרגה, במיוחד עם המוצר האייקוני שלה PAS 5500, שזכה לשבחים רבים מהשוק. לאחר שנים של עבודה קשה, ASML הפכה לענקית בעידן מכונות הפוטוליתוגרפיה של צעד וסריקה.

עם זאת, באותה תקופה, עמדת התעשייה של ASML לא הייתה בולטת כפי שהיא כעת, והיא הייתה נחותה מעט מניקון וקנון.

הדומיננטיות של ASML בתעשיית מכונות הפוטוליתוגרפיה מקורה בשדרוג התהליך מ-193nm ל-157nm. לפני כן, מכונות פוטוליתוגרפיה של צעד וסריקה השתמשו בנתיב הטכנולוגיה היבש (מדיום חשיפה הוא אוויר) ותמכו בקדמה טכנולוגית על ידי שימוש במקורות אור חשיפה ברמה גבוהה יותר. במרדף אחר רזולוציה גבוהה יותר, אורך הגל של מקור האור השתנה מ-365 ננומטר הראשוני ל-248 ננומטר, ולאחר מכן ל-193 ננומטר. לאחר מכן, היה קשה להמשיך במסלול הטכנולוגי הזה.

באותה תקופה עמדה התעשייה בפני שתי ברירות: שיפור טכנולוגי ושיבוש. שתי הענקיות ניקון וקנון בחרו לשפר את הדרך הטכנולוגית הקיימת שלהן, בעוד ASML בחרה להמר כי צמחה טכנולוגיית טבילה חדשה.

ליטוגרפיית טבילה, שהוצעה על ידי בנג'מן לין בזמן שהיה מדען ב-TSMC, השתמשה באופן יצירתי במים כמדיום הטבילה. הוא עדיין השתמש במקור האור המקורי באורך גל של 193 ננומטר, אך באמצעות שבירה של מים, אורך הגל שנכנס לפוטו-רזיסט הצטמצם ל-134 ננומטר. מקדם השבירה של מקור אור של 193 ננומטר באוויר הוא 1, בעוד שהוא 1.4 במים. המשמעות היא שבאותם תנאי מקור אור, ניתן לשפר את הרזולוציה של מכונות ליטוגרפיה טבילה פי 1.4.

עם זאת, טכנולוגיה זו נראתה נועזת מדי באותה תקופה, עם קשיים טכניים ועלויות גבוהות. הנהנים מטכנולוגיות הליטוגרפיה המסורתיות לא ששו לקבל זאת. לין נסע לארצות הברית, יפן, גרמניה והולנד כדי לקדם ליטוגרפיה טבילה ולמכור את הרעיון שלו ליצרני מכונות ליתוגרפיה. אבל הוא עמד בפני דחייה מצד רוב ענקיות התעשייה, וניקון אפילו לחצה על TSMC "להרוג" אותו.

במצב זה, לין תקע את תקוותו האחרונה ב-ASML, והאחרון לא איכזב אותו. כאשר פיתוח הטכנולוגיה והתעשייה הגיעו לצומת דרכים, ASML בחרה בחדשנות משבשת וזכתה בהימור.

בשנת 2003, ASML ו-TSMC שיתפו פעולה כדי לפתח את ציוד הליטוגרפיה הטבילה הראשון, ה-TWINSCAN XT:1150i, שאחריו הגיעה גרסה משופרת בשנה שלאחר מכן. באותה שנה, ניקון, עם התקדמות איטית במחקר ופיתוח, הציגה סוף סוף אב טיפוס של מכונת ליתוגרפיה יבשה 157nm.

האחת הייתה הטכנולוגיה החדשה שהשתמשה במקור האור המקורי של 193 ננומטר והתפתחה לאורך גל של 132 ננומטר דרך מים, בעוד שהשנייה הייתה אב טיפוס עם אורך גל של 157 ננומטר. היתרונות של ליטוגרפיית טבילה היו ברורים. טכנולוגיה זו הפכה לפתרון הליטוגרפיה המיינסטרים עבור צמתי תהליך עוקבים כגון 65nm, 32nm, 16nm ו-7nm, עד לצומת 3nm הנוכחי.

הבחירה גדולה מהמאמץ. ASML עשו את הבחירה הנכונה, בעוד שניקון וקנון עשו את הבחירה הלא נכונה. השוק אימץ במהירות מכונות ליטוגרפיה טבילה, והותיר את מוצרי הליטוגרפיה היבשים המסורתיים יושבים במחסנים ואוספים אבק. הדבר גרם להוצאות המחקר והפיתוח של ניקון וקנון של מיליארדי דולרים לרדת לטמיון ונתח השוק שלהן ירד משמעותית. ב-15 השנים שלפני שנת 2000, ASML הייתה השחקן הקטן ביותר בדרג העליון של מכונות ליתוגרפיה, עם נתח שוק של פחות מ-10%. עם המסחור של ליטוגרפיית טבילה, עד שנת 2008, נתח השוק של ASML הגיע ל-60%, בולט לבדו.

הגל הראשון של תחרות מכונות ליתוגרפיה מונעות טכנולוגיה הסתיים, ו-ASML יצאה כמנצחת.

המשך יבוא...