Melihat kepada perkembangan sejarah, evolusi dan aplikasi mesin litografi (khususnya merujuk kepada yang digunakan dalam proses pengilangan litar bersepadu bahagian hadapan) telah mengalami banyak liku dan liku. Secara keseluruhannya, terdapat dua tempoh yang patut diberi perhatian. Yang pertama ialah apabila ASML muncul sebagai pemain dominan dengan memanfaatkan teknologi perendaman, mengatasi peneraju industri terdahulu. Ini adalah pertempuran teknologi. Tempoh kedua bermula dengan pengkomersilan litografi ultraungu (EUV) melampau, kerana persaingan untuk nod proses lanjutan (bermula dari 16nm) semakin sengit di kalangan TSMC, Samsung dan Intel, yang bersaing untuk kapasiti EUV yang terhad. Ini adalah pertempuran perniagaan.

Daripada keadaan semasa, gelombang ketiga persaingan dalam mesin litografi sedang berkembang, dan ia dijangka lebih kompleks dan sengit daripada dua gelombang sebelumnya.

Gelombang pertama: Serangan balas

Pada tahun 1957, Jay Lathrop dan James Nall dari makmal Tentera AS telah mempatenkan teknologi fotolitografi, yang digunakan untuk mendepositkan jalur logam pada substrat seramik untuk menyambungkan transistor diskret. Pada tahun 1959, Lathrop menyertai Texas Instruments dan Nall pergi ke Fairchild Semiconductor. Pada tahun 1958, Jay Last dan Robert Noyce mengeluarkan kamera "langkah-dan-ulang" pertama di Fairchild Semiconductor, menggunakan fotolitografi untuk membuat banyak transistor pada satu wafer. Ini adalah prototaip mesin fotolitografi.

Pada 1980-an, GCA Corporation dari Amerika Syarikat telah menguasai pasaran mesin fotolitografi global. Bagaimanapun, disebabkan tergesa-gesa menghantar peralatan kepada pelanggan tanpa pemeriksaan yang sewajarnya, ratusan kanta yang rosak telah dihantar ke pasaran. Pada tempoh yang hampir sama, Nikon dari Jepun menambah baik sistem pemfokusan mesin fotolitografi dan membangunkan objektif garis-g dengan apertur berangka yang lebih besar, yang membolehkan sistem menayangkan corak kecil pada fotoresist dengan lebih jelas. Inovasi ini dengan cepat membenarkan Nikon menguasai pasaran, dan pelanggan meninggalkan mesin fotolitografi GCA, menyebabkan GCA merosot dengan cepat.

Pada masa yang sama, Canon juga melancarkan produk yang diluluskan pasaran, menjadi salah satu daripada dua peneraju dalam industri mesin fotolitografi pada masa itu bersama Nikon.

Sementara itu, berdasarkan kejayaannya dalam mesin fotolitografi langkah-dan-imbasan, ASML secara beransur-ansur mengejar, terutamanya dengan produk ikoniknya PAS 5500, yang sangat dipuji oleh pasaran. Selepas bertahun-tahun bekerja keras, ASML menjadi gergasi dalam era mesin fotolitografi langkah-dan-imbasan.

Walau bagaimanapun, pada masa itu, kedudukan industri ASML tidak begitu menonjol seperti sekarang, dan ia sedikit lebih rendah daripada Nikon dan Canon.

Penguasaan ASML dalam industri mesin fotolitografi berpunca daripada peningkatan proses daripada 193nm kepada 157nm. Sebelum itu, mesin fotolitografi langkah-dan-imbasan menggunakan laluan teknologi kering (medium pendedahan ialah udara) dan menyokong kemajuan teknologi dengan menggunakan sumber cahaya pendedahan peringkat lebih tinggi. Dalam mengejar resolusi yang lebih tinggi, panjang gelombang sumber cahaya berubah daripada 365nm awal kepada 248nm, kemudian kepada 193nm. Selepas itu, sukar untuk meneruskan laluan teknologi ini.

Pada masa itu, industri menghadapi dua pilihan: peningkatan teknologi dan gangguan. Kedua-dua syarikat gergasi Nikon dan Canon memilih untuk menambah baik laluan teknologi sedia ada mereka, manakala ASML memilih untuk berjudi kerana teknologi perendaman baharu telah muncul.

Litografi rendaman, yang dicadangkan oleh Benjamen Lin pada masa beliau menjadi saintis di TSMC, secara kreatif menggunakan air sebagai medium rendaman. Ia masih menggunakan sumber cahaya panjang gelombang 193nm asal, tetapi melalui pembiasan air, panjang gelombang yang memasuki fotoresist dikurangkan kepada 134nm. Indeks biasan sumber cahaya 193nm di udara ialah 1, manakala ia adalah 1.4 dalam air. Ini bermakna di bawah keadaan sumber cahaya yang sama, resolusi mesin litografi rendaman boleh dipertingkatkan sebanyak 1.4 kali.

Walau bagaimanapun, teknologi ini kelihatan terlalu berani pada masa itu, dengan kesukaran teknikal dan kos yang tinggi. Penerima manfaat teknologi litografi tradisional enggan menerimanya. Lin mengembara ke Amerika Syarikat, Jepun, Jerman dan Belanda untuk mempromosikan litografi rendaman dan menjual ideanya kepada pengeluar mesin litografi. Tetapi dia menghadapi penolakan daripada kebanyakan gergasi industri, dan Nikon juga menekan TSMC untuk "membunuhnya".

Dalam situasi ini, Lin meletakkan harapan terakhirnya pada ASML, dan yang terakhir tidak mengecewakannya. Apabila teknologi dan pembangunan industri mencapai persimpangan jalan, ASML memilih inovasi yang mengganggu dan memenangi perjudian.

Pada tahun 2003, ASML dan TSMC bekerjasama untuk membangunkan peralatan litografi rendaman pertama, TWINSCAN XT:1150i, yang diikuti oleh versi yang dipertingkatkan pada tahun berikutnya. Pada tahun yang sama, Nikon, dengan kemajuan yang perlahan dalam penyelidikan dan pembangunan, akhirnya memperkenalkan prototaip mesin litografi kering 157nm.

Satu ialah teknologi baharu yang menggunakan sumber cahaya 193nm asal dan berkembang kepada panjang gelombang 132nm melalui air, manakala yang lain ialah prototaip dengan panjang gelombang 157nm. Kelebihan litografi rendaman adalah jelas. Teknologi ini menjadi penyelesaian litografi arus perdana untuk nod proses seterusnya seperti 65nm, 32nm, 16nm, dan 7nm, sehingga nod 3nm semasa.

Pilihan lebih besar daripada usaha. ASML membuat pilihan yang betul, manakala Nikon dan Canon membuat pilihan yang salah. Pasaran dengan cepat menerima mesin litografi rendaman, meninggalkan produk litografi kering tradisional terduduk di gudang mengumpul habuk. Ini menyebabkan Nikon dan Canon dan Canon berbilion-bilion dolar dalam perbelanjaan penyelidikan dan pembangunan berkurangan dan bahagian pasaran mereka menurun dengan ketara. Dalam 15 tahun sebelum 2000, ASML ialah pemain terkecil dalam peringkat teratas mesin litografi, dengan bahagian pasaran kurang daripada 10%. Dengan pengkomersilan litografi rendaman, menjelang 2008, bahagian pasaran ASML mencapai 60%, menonjol sahaja.

Gelombang pertama persaingan mesin litografi dipacu teknologi telah berakhir, dan ASML muncul sebagai pemenang.

Akan bersambung...