Melihat perkembangan sejarah, evolusi dan penerapan mesin litografi (khususnya mengacu pada mesin yang digunakan dalam proses front-end manufaktur sirkuit terpadu) telah mengalami banyak liku-liku. Secara keseluruhan, ada dua periode yang patut diperhatikan. Yang pertama adalah ketika ASML muncul sebagai pemain dominan dengan memanfaatkan teknologi imersi, melampaui para pemimpin industri sebelumnya. Ini adalah pertarungan teknologi. Periode kedua dimulai dengan komersialisasi litografi ultraviolet ekstrim (EUV), seiring dengan semakin ketatnya persaingan untuk node proses lanjutan (mulai dari 16nm) di antara TSMC, Samsung, dan Intel, yang bersaing untuk mendapatkan kapasitas EUV yang terbatas. Ini adalah pertarungan bisnis.

Dari situasi saat ini, gelombang ketiga persaingan mesin litografi sedang terjadi, dan diperkirakan akan lebih kompleks dan intens dibandingkan dua gelombang sebelumnya.

Gelombang pertama: Serangan Balik

Pada tahun 1957, Jay Lathrop dan James Nall dari laboratorium Angkatan Darat AS mematenkan teknologi fotolitografi, yang digunakan untuk menyimpan strip logam pada substrat keramik untuk menghubungkan transistor diskrit. Pada tahun 1959, Lathrop bergabung dengan Texas Instruments dan Nall bergabung dengan Fairchild Semiconductor. Pada tahun 1958, Jay Last dan Robert Noyce memproduksi kamera "langkah-dan-ulangi" pertama di Fairchild Semiconductor, menggunakan fotolitografi untuk membuat banyak transistor pada satu wafer. Ini adalah prototipe mesin fotolitografi.

Pada tahun 1980-an, GCA Corporation dari Amerika Serikat sempat mendominasi pasar mesin fotolitografi global. Namun, karena terburu-buru mengirimkan peralatan ke pelanggan tanpa pemeriksaan yang tepat, ratusan lensa cacat dikirim ke pasar. Pada periode yang hampir sama, Nikon dari Jepang meningkatkan sistem pemfokusan mesin fotolitografi dan mengembangkan objektif garis-g dengan bukaan numerik lebih besar, yang memungkinkan sistem memproyeksikan pola-pola kecil ke photoresist dengan lebih jelas. Inovasi ini dengan cepat membuat Nikon mendominasi pasar, dan pelanggan meninggalkan mesin fotolitografi GCA, menyebabkan penurunan GCA dengan cepat.

Pada saat yang sama, Canon juga meluncurkan produk yang disetujui pasar, menjadi salah satu dari dua pemimpin dalam industri mesin fotolitografi pada saat itu bersama Nikon.

Sementara itu, berdasarkan keberhasilannya dalam mesin fotolitografi step-and-scan, ASML secara bertahap menyusul, terutama dengan produk ikoniknya PAS 5500, yang sangat dipuji oleh pasar. Setelah kerja keras selama bertahun-tahun, ASML menjadi raksasa di era mesin fotolitografi step-and-scan.

Namun saat itu posisi industri ASML belum begitu menonjol seperti sekarang, bahkan sedikit kalah dengan Nikon dan Canon.

Dominasi ASML dalam industri mesin fotolitografi berawal dari peningkatan proses dari 193nm menjadi 157nm. Sebelumnya, mesin fotolitografi step-and-scan menggunakan jalur teknologi kering (media pemaparan adalah udara) dan mendukung kemajuan teknologi dengan menggunakan sumber cahaya pemaparan tingkat tinggi. Untuk mencapai resolusi yang lebih tinggi, panjang gelombang sumber cahaya diubah dari awal 365nm menjadi 248nm, kemudian menjadi 193nm. Setelah itu, sulit untuk melanjutkan jalur teknologi ini.

Saat itu, industri dihadapkan pada dua pilihan: kemajuan teknologi dan disrupsi. Kedua raksasa Nikon dan Canon memilih untuk meningkatkan jalur teknologi yang ada, sementara ASML memilih mengambil risiko karena telah muncul teknologi imersi baru.

Litografi perendaman yang dikemukakan oleh Benjamen Lin saat ia menjadi ilmuwan di TSMC, secara kreatif menggunakan air sebagai media perendaman. Ini masih menggunakan sumber cahaya asli dengan panjang gelombang 193nm, tetapi melalui pembiasan air, panjang gelombang yang masuk ke photoresist dikurangi menjadi 134nm. Indeks bias sumber cahaya 193nm di udara adalah 1, sedangkan di air adalah 1.4. Artinya, dalam kondisi sumber cahaya yang sama, resolusi mesin litografi perendaman dapat ditingkatkan sebesar 1.4 kali lipat.

Namun, teknologi ini tampak terlalu berani pada saat itu, dengan kesulitan teknis dan biaya yang tinggi. Para penerima manfaat teknologi litografi tradisional enggan menerimanya. Lin melakukan perjalanan ke Amerika Serikat, Jepang, Jerman, dan Belanda untuk mempromosikan litografi imersi dan menjual idenya kepada produsen mesin litografi. Tetapi ia menghadapi penolakan dari sebagian besar raksasa industri, dan Nikon bahkan menekan TSMC untuk "menghentikan" proyeknya.

Dalam situasi ini, Lin menaruh harapan terakhirnya pada ASML, dan ASML tidak mengecewakannya. Ketika perkembangan teknologi dan industri mencapai persimpangan jalan, ASML memilih inovasi disruptif dan memenangkan pertaruhan.

Pada tahun 2003, ASML dan TSMC bekerja sama untuk mengembangkan peralatan litografi imersi pertama, TWINSCAN XT:1150i, yang kemudian diikuti oleh versi yang lebih baik pada tahun berikutnya. Pada tahun yang sama, Nikon, dengan kemajuan yang lambat dalam penelitian dan pengembangan, akhirnya memperkenalkan prototipe mesin litografi kering 157nm.

Salah satunya adalah teknologi baru yang menggunakan sumber cahaya asli 193nm dan berevolusi menjadi panjang gelombang 132nm melalui air, sedangkan yang lainnya adalah prototipe dengan panjang gelombang 157nm. Keuntungan dari litografi perendaman terlihat jelas. Teknologi ini menjadi solusi litografi utama untuk node proses selanjutnya seperti 65nm, 32nm, 16nm, dan 7nm, hingga node 3nm saat ini.

Pilihan lebih besar dari usaha. ASML mengambil pilihan yang tepat, sedangkan Nikon dan Canon mengambil pilihan yang salah. Pasar dengan cepat mengadopsi mesin litografi imersi, meninggalkan produk litografi kering tradisional yang disimpan di gudang dan berdebu. Hal ini menyebabkan biaya penelitian dan pengembangan Nikon dan Canon yang bernilai miliaran dolar terbuang sia-sia dan pangsa pasar mereka menurun secara signifikan. Dalam 15 tahun sebelum tahun 2000, ASML adalah pemain terkecil di mesin litografi tingkat atas, dengan pangsa pasar kurang dari 10%. Dengan komersialisasi litografi imersi, pada tahun 2008, pangsa pasar ASML mencapai 60%, dan ini merupakan keunggulan tersendiri.

Gelombang pertama kompetisi mesin litografi berbasis teknologi telah berakhir, dan ASML muncul sebagai pemenangnya.

Bersambung...