Глядя на историческое развитие, эволюция и применение литографических машин (особенно тех, которые используются в предварительных процессах производства интегральных схем) столкнулись со многими поворотами и поворотами. В целом можно выделить два примечательных периода. Во-первых, ASML стал доминирующим игроком за счет использования технологии погружения, превзойдя предыдущих лидеров отрасли. Это была битва технологий. Второй период начался с коммерциализации литографии в крайнем ультрафиолете (EUV), поскольку конкуренция за передовые технологические узлы (начиная с 16 нм) обострилась между TSMC, Samsung и Intel, которые соперничали за ограниченные мощности EUV. Это была битва бизнеса.

Учитывая сложившуюся ситуацию, назревает третья волна конкуренции среди литографических машин, и ожидается, что она будет более сложной и интенсивной, чем две предыдущие волны.

Первая волна: Контратака

В 1957 году Джей Латроп и Джеймс Налл из лаборатории армии США запатентовали технологию фотолитографии, которая использовалась для нанесения металлических полос на керамические подложки для соединения дискретных транзисторов. В 1959 году Латроп присоединился к Texas Instruments, а Налл перешел в Fairchild Semiconductor. В 1958 году Джей Ласт и Роберт Нойс изготовили первую камеру с пошаговым повторением в Fairchild Semiconductor, используя фотолитографию для изготовления множества транзисторов на одной пластине. Это был прототип фотолитографической машины.

В 1980-х годах американская корпорация GCA доминировала на мировом рынке фотолитографического оборудования. Однако из-за спешки с доставкой оборудования клиентам без должной проверки на рынок были отправлены сотни бракованных линз. Почти в тот же период компания Nikon из Японии усовершенствовала систему фокусировки фотолитографической машины и разработала объективы G-line с большей числовой апертурой, что позволило системе более четко проецировать крошечные узоры на фоторезист. Это нововведение быстро позволило Nikon доминировать на рынке, и клиенты отказались от фотолитографических машин GCA, что привело к быстрому упадку GCA.

В то же время Canon также выпустила одобренную рынком продукцию, став на тот момент одним из двух лидеров в индустрии фотолитографического оборудования наряду с Nikon.

Тем временем, основываясь на своем успехе в машинах для фотолитографии с пошаговым сканированием, компания ASML постепенно догнала ее, особенно со своим культовым продуктом PAS 5500, который получил высокую оценку рынка. После многих лет упорной работы компания ASML стала гигантом в эпоху пошаговых фотолитографических машин.

Однако в то время позиции ASML в отрасли не были такими заметными, как сейчас, и немного уступали Nikon и Canon.

Доминирование ASML в отрасли фотолитографического оборудования возникло в результате модернизации технологического процесса со 193 нм до 157 нм. До этого в машинах для пошаговой фотолитографии использовался сухой технологический маршрут (среда экспонирования — воздух) и поддерживалось технологическое развитие за счет использования источников света с более высоким уровнем экспонирования. В стремлении к более высокому разрешению длина волны источника света изменилась с первоначальных 365 нм до 248 нм, а затем до 193 нм. После этого продолжать движение по этому технологическому маршруту было сложно.

В то время перед отраслью стояло два выбора: технологическое усовершенствование и прорыв. Два гиганта, Nikon и Canon, решили улучшить свой существующий технологический путь, в то время как ASML решила пойти на риск, потому что появилась новая иммерсионная технология.

Иммерсионная литография, предложенная Бенджамином Лином в то время, когда он был учёным в TSMC, творчески использовала воду в качестве иммерсионной среды. В нем по-прежнему использовался оригинальный источник света с длиной волны 193 нм, но из-за преломления воды длина волны, попадающая в фоторезист, уменьшилась до 134 нм. Показатель преломления источника света с длиной волны 193 нм в воздухе равен 1, а в воде — 1.4. Это означает, что при тех же условиях источника света разрешение машин иммерсионной литографии может быть улучшено в 1.4 раза.

Однако в то время эта технология казалась слишком смелой, сопряженной с высокими техническими трудностями и затратами. Бенефициары традиционных технологий литографии неохотно принимали это. Лин побывал в США, Японии, Германии и Нидерландах, чтобы продвигать иммерсионную литографию и продавать свою идею производителям литографического оборудования. Но он столкнулся с неприятием со стороны большинства гигантов отрасли, и Nikon даже оказала давление на TSMC, чтобы «убить» его.

В этой ситуации Линь возложил последнюю надежду на ASML, и последний его не подвел. Когда развитие технологий и промышленности достигло перепутья, ASML выбрала прорывные инновации и выиграла.

В 2003 году ASML и TSMC совместно разработали первое оборудование для иммерсионной литографии — TWINSCAN XT:1150i, за которым в следующем году последовала улучшенная версия. В том же году компания Nikon, медленно продвигаясь в исследованиях и разработках, наконец представила прототип машины для сухой литографии с длиной волны 157 нм.

Одна из них представляла собой новую технологию, которая использовала оригинальный источник света с длиной волны 193 нм и развивалась до длины волны 132 нм в воде, а другая представляла собой прототип с длиной волны 157 нм. Преимущества иммерсионной литографии были очевидны. Эта технология стала основным решением для литографии для последующих технологических узлов, таких как 65-нм, 32-нм, 16-нм и 7-нм, вплоть до нынешнего 3-нм узла.

Выбор важнее усилий. ASML сделал правильный выбор, тогда как Nikon и Canon сделали неправильный. Рынок быстро охватил машины для иммерсионной литографии, в результате чего традиционные продукты для сухой литографии лежали на складах и собирали пыль. Это привело к тому, что миллиарды долларов расходов компаний Nikon и Canon на исследования и разработки были потрачены впустую, а их доля на рынке значительно сократилась. За 15 лет до 2000 года ASML была самым мелким игроком на рынке литографических машин с долей рынка менее 10%. С коммерциализацией иммерсионной литографии к 2008 году доля ASML на рынке достигла 60%, выйдя на первое место.

Первая волна соревнований по высокотехнологичным литографическим машинам завершилась, и победителем стала компания ASML.

Продолжение следует...