歴史的発展を見ると、リソグラフィー装置 (特に、集積回路製造の前工程で使用される装置を指します) の進化と応用は、多くの紆余曲折を経験してきました。全体として、注目すべき時期が 16 つあります。 XNUMX つ目は、ASML がイマージョン テクノロジーを活用することで、以前の業界リーダーを超えて支配的なプレーヤーとして浮上したときです。これはテクノロジーの戦いでした。第 XNUMX 期は極紫外線 (EUV) リソグラフィーの商用化で始まり、TSMC、サムスン、インテルの間で先進プロセス ノード (XNUMXnm 以降) をめぐる競争が激化し、限られた EUV の容量を争っていました。これはビジネスの戦いでした。

現状から見ると、露光装置における競争は第 3 波が到来しており、これまでの 2 波よりもさらに複雑かつ激化すると予想されます。

第一波：反撃

1957 年、米陸軍研究所のジェイ ラスロップとジェームス ナルは、セラミック基板上に金属ストリップを堆積して個別のトランジスタを接続するために使用されるフォトリソグラフィ技術の特許を取得しました。 1959 年にラスロップはテキサス インスツルメンツに入社し、ナルはフェアチャイルド セミコンダクターに入社しました。 1958 年、ジェイ ラストとロバート ノイスは、フォトリソグラフィーを使用して単一のウェーハ上に多数のトランジスタを作成し、フェアチャイルド セミコンダクターで最初の「ステップ アンド リピート」カメラを製造しました。これがフォトリソグラフィー装置の原型でした。

1980年代、米国のGCA社は世界のフォトリソグラフィー装置市場を独占していました。しかし、適切な検査を行わずに急いで顧客に機器を納入したため、数百枚の欠陥レンズが市場に送られてしまいました。ほぼ同じ時期に、日本のニコンはフォトリソグラフィー機械の集束システムを改良し、より大きな開口数を備えた g 線対物レンズを開発しました。これにより、システムはフォトレジスト上に小さなパターンをより鮮明に投影できるようになりました。この革新により、ニコンはすぐに市場を独占するようになり、顧客は GCA のフォトリソグラフィー装置を放棄し、GCA は急速に衰退しました。

同時に、キヤノンも市場で承認された製品を発売し、ニコンと並んで当時のフォトリソグラフィー装置業界の 2 つのリーダーの 1 つとなりました。

一方、ASML は、ステップ アンド スキャン フォトリソグラフィー装置での成功に基づいて、特に象徴的な製品である PAS 5500 で徐々に追いつき、市場から高く評価されました。長年の努力の末、ASML はステップ アンド スキャン フォトリソグラフィー マシンの時代に巨大企業になりました。

ただし、当時の ASML の業界での地位は今ほど顕著ではなく、ニコンやキヤノンに比べて若干劣っていました。

フォトリソグラフィー装置業界における ASML の優位性は、193nm から 157nm へのプロセスのアップグレードから始まりました。それ以前は、ステップ アンド スキャン フォトリソグラフィー装置は乾式 (露光媒体が空気) 技術のルートを採用し、より高度な露光光源を使用することで技術の進歩を支えていました。より高い解像度を追求するため、光源の波長は当初の365nmから248nm、さらに193nmと変化しました。その後、この技術的な路線を継続することは困難になりました。

当時、業界は技術の向上と破壊という 2 つの選択肢に直面していました。ニコンとキヤノンの 2 つの巨人は、既存の技術路線を改善することを選択しましたが、ASML は新しい液浸技術が出現したため、賭けに出ることを選択しました。

TSMC の科学者だった当時、Benjamen Lin によって提案された液浸リソグラフィーは、液浸媒体として水を創造的に使用しました。オリジナルの 193nm 波長光源を依然として使用していましたが、水の屈折により、フォトレジストに入る波長は 134nm に減少しました。 193nm 光源の空気中での屈折率は 1 ですが、水中では 1.4 です。これは、同じ光源条件下で液浸リソグラフィー装置の解像度を 1.4 倍向上できることを意味します。

しかし、この技術は当時、技術的な困難とコストが高く、大胆すぎるように思われました。従来のリソグラフィ技術の受益者は、それを受け入れることに消極的でした。リン氏は、液浸リソグラフィーを促進し、彼のアイデアをリソグラフィー装置メーカーに売り込むために、米国、日本、ドイツ、オランダを訪れました。しかし、同氏はほとんどの業界大手からの拒否に直面し、ニコンはTSMCに同氏を「殺す」よう圧力をかけさえした。

この状況で、Lin 氏は ASML に最後の希望を託しましたが、ASML は彼を失望させませんでした。テクノロジーと産業の発展が岐路に達したとき、ASML は破壊的イノベーションを選択し、ギャンブルに勝ちました。

2003 年、ASML と TSMC は協力して最初の液浸リソグラフィ装置である TWINSCAN XT:1150i を開発し、翌年には改良版が開発されました。同年、ニコンは研究開発が遅々として進まなかったが、ついに157nm乾式露光装置の試作機を導入した。

193つはオリジナルの132nm光源を使用し、水を介して157nmの波長に進化した新技術であり、もう65つは波長32nmのプロトタイプでした。液浸リソグラフィーの利点は明らかでした。この技術は、現在の 16nm ノードに至るまで、7nm、3nm、XNUMXnm、XNUMXnm などの後続のプロセス ノードの主流のリソグラフィ ソリューションになりました。

選択は努力よりも重要です。 ASML は正しい選択をしましたが、ニコンとキヤノンは間違った選択をしました。市場は液浸リソグラフィー装置をすぐに受け入れ、従来のドライリソグラフィー製品は倉庫に放置され、埃をかぶっています。これにより、ニコンとキヤノンの数十億ドルに及ぶ研究開発費が無駄になり、市場シェアが大幅に低下した。 15 年までの 2000 年間、ASML はリソグラフィー マシンのトップ層で最小のプレーヤーであり、市場シェアは 10% 未満でした。液浸リソグラフィーの商業化により、2008 年までに ASML の市場シェアは 60% に達し、単独で突出しました。

テクノロジー主導のリソグラフィー機械競争の第 1 波が終了し、ASML が優勝者として浮上しました。

つづく...