เมื่อพิจารณาถึงการพัฒนาในอดีต วิวัฒนาการและการประยุกต์ใช้เครื่องจักรการพิมพ์หิน (โดยเฉพาะที่อ้างอิงถึงที่ใช้ในกระบวนการผลิตส่วนหน้าของการผลิตวงจรรวม) ต้องเผชิญกับการพลิกผันมากมาย โดยรวมแล้วมีช่วงเวลาที่น่าสังเกตอยู่สองช่วง ประการแรกคือเมื่อ ASML กลายเป็นผู้เล่นที่โดดเด่นโดยการใช้ประโยชน์จากเทคโนโลยี immersion ซึ่งเหนือกว่าผู้นำในอุตสาหกรรมก่อนหน้านี้ นี่คือการต่อสู้ของเทคโนโลยี ช่วงที่สองเริ่มต้นด้วยการนำการพิมพ์หินอัลตราไวโอเลตขั้นรุนแรง (EUV) ไปสู่เชิงพาณิชย์ เนื่องจากการแข่งขันสำหรับโหนดกระบวนการขั้นสูง (เริ่มต้นที่ 16 นาโนเมตร) รุนแรงขึ้นระหว่าง TSMC, Samsung และ Intel ที่แข่งขันกันเพื่อแย่งชิงความจุ EUV ที่จำกัด นี่คือการต่อสู้ของธุรกิจ

จากสถานการณ์ปัจจุบัน การแข่งขันระลอกที่สามในเครื่องจักรการพิมพ์หินกำลังเกิดขึ้น และคาดว่าจะมีความซับซ้อนและเข้มข้นมากกว่าสองระลอกก่อนหน้า

คลื่นลูกแรก: การตอบโต้

ในปี 1957 Jay Lathrop และ James Nall จากห้องปฏิบัติการของกองทัพสหรัฐฯ ได้จดสิทธิบัตรเทคโนโลยีการพิมพ์หินด้วยแสง ซึ่งใช้ในการวางแถบโลหะลงบนพื้นผิวเซรามิกเพื่อเชื่อมต่อทรานซิสเตอร์แบบแยกส่วน ในปี 1959 Lathrop เข้าร่วมกับ Texas Instruments และ Nall ไปที่ Fairchild Semiconductor ในปี 1958 Jay Last และ Robert Noyce ได้ผลิตกล้อง "แบบก้าวแล้วทำซ้ำ" ตัวแรกที่ Fairchild Semiconductor โดยใช้การพิมพ์หินด้วยแสงเพื่อสร้างทรานซิสเตอร์จำนวนมากบนแผ่นเวเฟอร์แผ่นเดียว นี่คือต้นแบบของเครื่องถ่ายภาพหิน

ในช่วงทศวรรษ 1980 GCA Corporation จากสหรัฐอเมริกาได้ครองตลาดเครื่องจักรการพิมพ์หินทั่วโลก อย่างไรก็ตาม เนื่องจากความเร่งรีบในการส่งมอบอุปกรณ์ให้กับลูกค้าโดยไม่ได้รับการตรวจสอบอย่างเหมาะสม เลนส์ที่มีข้อบกพร่องหลายร้อยชิ้นจึงถูกส่งไปยังตลาด ในช่วงเวลาใกล้เคียงกัน Nikon จากญี่ปุ่นได้ปรับปรุงระบบการโฟกัสของเครื่องถ่ายภาพหิน และพัฒนาวัตถุประสงค์ g-line ด้วยรูรับแสงตัวเลขที่ใหญ่ขึ้น ซึ่งช่วยให้ระบบสามารถฉายภาพรูปแบบเล็กๆ บนตัวต้านทานแสงได้ชัดเจนยิ่งขึ้น นวัตกรรมนี้ช่วยให้ Nikon ครองตลาดได้อย่างรวดเร็ว และลูกค้าก็ละทิ้งเครื่องถ่ายภาพหินของ GCA ส่งผลให้ GCA ลดลงอย่างรวดเร็ว

ในเวลาเดียวกัน Canon ยังได้เปิดตัวผลิตภัณฑ์ที่ได้รับการรับรองจากตลาด โดยกลายเป็นหนึ่งในสองผู้นำในอุตสาหกรรมเครื่องถ่ายภาพหินในขณะนั้นควบคู่ไปกับ Nikon

ในขณะเดียวกัน จากความสำเร็จในเครื่องถ่ายภาพหินแบบขั้นตอนและสแกน ASML ก็ค่อยๆ ตามทัน โดยเฉพาะอย่างยิ่งกับผลิตภัณฑ์อันเป็นเอกลักษณ์ PAS 5500 ซึ่งได้รับการยกย่องอย่างสูงจากตลาด หลังจากทำงานหนักมานานหลายปี ASML ก็กลายเป็นยักษ์ใหญ่ในยุคเครื่องถ่ายภาพหินแบบขั้นตอนและสแกน

อย่างไรก็ตาม ในเวลานั้น ตำแหน่งในอุตสาหกรรมของ ASML ยังไม่โดดเด่นเท่าในปัจจุบัน และด้อยกว่า Nikon และ Canon เล็กน้อย

ความโดดเด่นของ ASML ในอุตสาหกรรมเครื่องถ่ายภาพหินมีต้นกำเนิดมาจากการอัพเกรดกระบวนการจาก 193 นาโนเมตรเป็น 157 นาโนเมตร ก่อนหน้านั้น เครื่องถ่ายภาพหินแบบขั้นตอนและสแกนใช้เส้นทางเทคโนโลยีแบบแห้ง (ตัวกลางในการรับแสงคืออากาศ) และสนับสนุนความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีโดยใช้แหล่งกำเนิดแสงการเปิดรับแสงในระดับที่สูงกว่า เพื่อให้ได้ความละเอียดสูงขึ้น ความยาวคลื่นของแหล่งกำเนิดแสงจึงเปลี่ยนจาก 365 นาโนเมตรเริ่มต้นเป็น 248 นาโนเมตร จากนั้นเป็น 193 นาโนเมตร หลังจากนั้นก็ยากที่จะดำเนินต่อไปตามเส้นทางเทคโนโลยีนี้

ในเวลานั้น อุตสาหกรรมต้องเผชิญกับสองทางเลือก: การปรับปรุงเทคโนโลยีและการหยุดชะงัก บริษัทยักษ์ใหญ่ทั้งสองแห่งอย่าง Nikon และ Canon เลือกที่จะปรับปรุงเส้นทางเทคโนโลยีที่มีอยู่ ในขณะที่ ASML เลือกที่จะเดิมพันเนื่องจากมีเทคโนโลยีการดื่มด่ำแบบใหม่เกิดขึ้น

การพิมพ์หินแบบแช่ เสนอโดย Benjamen Lin ตอนที่เขาเป็นนักวิทยาศาสตร์ที่ TSMC ใช้น้ำเป็นสื่อกลางในการแช่อย่างสร้างสรรค์ ยังคงใช้แหล่งกำเนิดแสงที่มีความยาวคลื่น 193 นาโนเมตรแบบดั้งเดิม แต่ผ่านการหักเหของน้ำ ความยาวคลื่นที่เข้าสู่ตัวรับแสงจะลดลงเหลือ 134 นาโนเมตร ดัชนีการหักเหของแหล่งกำเนิดแสงขนาด 193 นาโนเมตรในอากาศคือ 1 ในขณะที่อยู่ในน้ำอยู่ที่ 1.4 ซึ่งหมายความว่าภายใต้สภาพแหล่งกำเนิดแสงเดียวกัน ความละเอียดของเครื่องพิมพ์หินแช่สามารถปรับปรุงได้ 1.4 เท่า

อย่างไรก็ตาม เทคโนโลยีนี้ดูเหมือนจะล้ำสมัยเกินไปในเวลานั้น ด้วยความยากลำบากทางเทคนิคและต้นทุนที่สูง ผู้ที่ได้รับประโยชน์จากเทคโนโลยีการพิมพ์หินแบบดั้งเดิมจึงไม่เต็มใจที่จะยอมรับมัน หลินเดินทางไปยังสหรัฐอเมริกา ญี่ปุ่น เยอรมนี และเนเธอร์แลนด์ เพื่อส่งเสริมการพิมพ์หินแบบจุ่มและขายแนวคิดของเขาให้กับผู้ผลิตเครื่องพิมพ์หิน แต่เขากลับเผชิญกับการปฏิเสธจากยักษ์ใหญ่ในอุตสาหกรรมส่วนใหญ่ และแม้แต่ Nikon ก็ยังกดดัน TSMC ให้ "กำจัด" เขา

ในสถานการณ์เช่นนี้ หลินฝากความหวังสุดท้ายไว้ที่ ASML และอย่างหลังก็ไม่ทำให้เขาผิดหวัง เมื่อการพัฒนาเทคโนโลยีและอุตสาหกรรมมาถึงทางแยก ASML เลือกนวัตกรรมที่ก่อกวนและชนะการเดิมพัน

ในปี 2003 ASML และ TSMC ได้ร่วมมือกันพัฒนาอุปกรณ์การพิมพ์หินด้วยความร้อนแบบจุ่มน้ำเครื่องแรก คือ TWINSCAN XT:1150i ซึ่งต่อมาได้มีการพัฒนาปรับปรุงในปีต่อมา ในปีเดียวกันนั้น Nikon ซึ่งมีความคืบหน้าในการวิจัยและพัฒนาอย่างช้าๆ ก็ได้เปิดตัวต้นแบบเครื่องพิมพ์หินแบบแห้งขนาด 157 นาโนเมตรในที่สุด

หนึ่งคือเทคโนโลยีใหม่ที่ใช้แหล่งกำเนิดแสง 193 นาโนเมตรดั้งเดิมและพัฒนาเป็นความยาวคลื่น 132 นาโนเมตรผ่านน้ำ ในขณะที่อีกอันเป็นต้นแบบที่มีความยาวคลื่น 157 นาโนเมตร ข้อดีของการพิมพ์หินแบบแช่เห็นได้ชัด เทคโนโลยีนี้กลายเป็นโซลูชันการพิมพ์หินกระแสหลักสำหรับโหนดกระบวนการต่อมา เช่น 65 นาโนเมตร 32 นาโนเมตร 16 นาโนเมตร และ 7 นาโนเมตร จนถึงโหนด 3 นาโนเมตรในปัจจุบัน

ทางเลือกมีมากกว่าความพยายาม ASML ตัดสินใจถูกแล้ว ในขณะที่ Nikon และ Canon เลือกผิด ตลาดเปิดรับเครื่องพิมพ์หินแบบจุ่มอย่างรวดเร็ว โดยปล่อยให้ผลิตภัณฑ์การพิมพ์หินแบบแห้งแบบดั้งเดิมนั่งอยู่ในโกดังเก็บฝุ่น ส่งผลให้ค่าใช้จ่ายด้านการวิจัยและพัฒนาของ Nikon และ Canon หลายพันล้านดอลลาร์ลดลง และส่วนแบ่งการตลาดลดลงอย่างมาก ในช่วง 15 ปีก่อนปี 2000 ASML เป็นผู้เล่นที่เล็กที่สุดในเครื่องการพิมพ์หินระดับบนสุด โดยมีส่วนแบ่งการตลาดน้อยกว่า 10% ด้วยการจำหน่ายการพิมพ์หินแบบแช่ในเชิงพาณิชย์ ภายในปี 2008 ส่วนแบ่งการตลาดของ ASML สูงถึง 60% โดยโดดเด่นเพียงอย่างเดียว

คลื่นลูกแรกของการแข่งขันเครื่องจักรพิมพ์หินที่ขับเคลื่อนด้วยเทคโนโลยีสิ้นสุดลง และ ASML กลายเป็นผู้ชนะ

ยังมีต่อ...