Litografi makinelerinin (özellikle entegre devre üretiminin ön uç süreçlerinde kullanılanlara atıfta bulunarak) tarihsel gelişimine, evrimine ve uygulamasına bakıldığında, pek çok değişiklik ve dönüşle karşılaşılmıştır. Genel olarak bakıldığında dikkat çeken iki dönem vardır. Birincisi, ASML'nin daldırma teknolojisinden yararlanarak önceki sektör liderlerini geride bırakarak baskın bir oyuncu olarak ortaya çıkmasıdır. Bu bir teknoloji savaşıydı. İkinci dönem aşırı ultraviyole (EUV) litografinin ticarileşmesiyle başladı ve sınırlı EUV kapasitesi için yarışan TSMC, Samsung ve Intel arasında gelişmiş işlem düğümleri (16nm'den başlayarak) için rekabet yoğunlaştı. Bu bir iş dünyası savaşıydı.

Mevcut duruma göre, litografi makinelerinde üçüncü dalga rekabeti hazırlanıyor ve bunun önceki iki dalgaya göre daha karmaşık ve yoğun olması bekleniyor.

İlk dalga: Karşı saldırı

1957'de ABD Ordusu laboratuvarlarından Jay Lathrop ve James Nall, ayrı transistörleri bağlamak için seramik alt tabakalar üzerine metal şeritler yerleştirmek için kullanılan fotolitografi teknolojisinin patentini aldı. 1959'da Lathrop Texas Instruments'a katıldı ve Nall, Fairchild Semiconductor'a gitti. 1958'de Jay Last ve Robert Noyce, Fairchild Semiconductor'da tek bir plaka üzerinde birçok transistör yapmak için fotolitografiyi kullanarak ilk "adım ve tekrar" kamerasını üretti. Bu fotolitografi makinesinin prototipiydi.

1980'lerde ABD'li GCA Corporation, küresel fotolitografi makinesi pazarına hakim oldu. Ancak ekipmanların müşterilere gerekli inceleme yapılmadan teslim edilme telaşı nedeniyle piyasaya yüzlerce kusurlu lens gönderildi. Hemen hemen aynı dönemde, Japonya'dan Nikon, fotolitografi makinesinin odaklama sistemini geliştirdi ve daha büyük sayısal açıklığa sahip g-çizgisi hedefleri geliştirdi; bu, sistemin küçük desenleri fotoreziste daha net yansıtmasına olanak tanıdı. Bu yenilik, Nikon'un hızla pazara hakim olmasını sağladı ve müşteriler GCA'nın fotolitografi makinelerini terk ederek GCA'nın hızla düşmesine neden oldu.

Canon aynı zamanda pazar onaylı ürünleri de piyasaya sürdü ve o dönemde Nikon ile birlikte fotolitografi makinesi endüstrisindeki iki liderden biri oldu.

Bu arada, step-and-scan fotolitografi makinelerindeki başarısını temel alan ASML, özellikle piyasada büyük beğeni toplayan ikonik ürünü PAS 5500'ü yavaş yavaş yakaladı. Yıllar süren sıkı çalışmanın ardından ASML, adım adım taramalı fotolitografi makinesi çağında bir dev haline geldi.

Ancak o zamanlar ASML'nin sektördeki konumu şu anki kadar belirgin değildi ve Nikon ve Canon'dan biraz daha aşağıdaydı.

ASML'nin fotolitografi makinesi endüstrisindeki hakimiyeti, prosesin 193nm'den 157nm'ye yükseltilmesinden kaynaklandı. Bundan önce, step-and-scan fotolitografi makineleri kuru (maruz kalma ortamı havadır) teknoloji yolunu kullanıyor ve daha yüksek seviyeli pozlama ışık kaynakları kullanarak teknolojik ilerlemeyi destekliyordu. Daha yüksek çözünürlük elde etmek amacıyla ışık kaynağının dalga boyu başlangıçta 365 nm'den 248 nm'ye, ardından 193 nm'ye değiştirildi. Bundan sonra bu teknolojik yolda ilerlemek zorlaştı.

O zamanlar sektör iki seçenekle karşı karşıyaydı: teknolojik gelişme ve bozulma. İki dev Nikon ve Canon mevcut teknolojik yollarını iyileştirmeyi seçerken, ASML yeni bir daldırma teknolojisi ortaya çıktığı için kumar oynamayı seçti.

Benjamen Lin'in TSMC'de bilim adamı olduğu dönemde önerdiği daldırma litografisi, daldırma ortamı olarak suyu yaratıcı bir şekilde kullandı. Hala orijinal 193 nm dalga boyundaki ışık kaynağını kullanıyordu ancak suyun kırılması sayesinde fotoreziste giren dalga boyu 134 nm'ye düşürüldü. 193nm ışık kaynağının havada kırılma indisi 1 iken suda 1.4'tür. Bu, aynı ışık kaynağı koşulları altında daldırma litografi makinelerinin çözünürlüğünün 1.4 kat artırılabileceği anlamına gelir.

Ancak bu teknoloji o zamanlar yüksek teknik zorluklar ve maliyetler nedeniyle çok cesur görünüyordu. Geleneksel litografi teknolojilerinden yararlananlar bunu kabul etmekte isteksizdi. Lin, daldırma litografiyi tanıtmak ve fikrini litografi makinesi üreticilerine satmak için Amerika Birleşik Devletleri, Japonya, Almanya ve Hollanda'ya gitti. Ancak çoğu endüstri devi tarafından reddedildi ve hatta Nikon, TSMC'ye onu "öldürmesi" için baskı yaptı.

Bu durumda Lin son umudunu ASML'ye bağladı ve ASML onu hayal kırıklığına uğratmadı. Teknoloji ve endüstri gelişimi bir yol ayrımına geldiğinde ASML yıkıcı inovasyonu seçti ve kumarı kazandı.

2003 yılında ASML ve TSMC, ilk daldırma litografi ekipmanı olan TWINSCAN XT:1150i'yi geliştirmek için işbirliği yaptı ve bunu ertesi yıl geliştirilmiş bir versiyon izledi. Aynı yıl, araştırma ve geliştirmede yavaş ilerleme kaydeden Nikon, sonunda 157 nm kuru litografi makinesinin prototipini tanıttı.

Biri orijinal 193 nm ışık kaynağını kullanan ve su yoluyla 132 nm dalga boyuna evrilen yeni teknoloji, diğeri ise 157 nm dalga boyuna sahip bir prototipti. Daldırma litografinin avantajları açıktı. Bu teknoloji, mevcut 65nm düğümüne kadar 32nm, 16nm, 7nm ve 3nm gibi sonraki işlem düğümleri için ana akım litografi çözümü haline geldi.

Seçim çabadan daha büyüktür. ASML doğru seçimi yaparken Nikon ve Canon yanlış seçim yaptı. Piyasa hızla daldırma litografi makinelerini benimsedi ve geleneksel kuru litografi ürünlerinin depolarda toz toplayarak durmasına neden oldu. Bu, Nikon ve Canon'un milyarlarca dolarlık araştırma ve geliştirme harcamalarının boşa gitmesine ve pazar paylarının önemli ölçüde düşmesine neden oldu. 15 yılından önceki 2000 yıl içinde ASML, %10'un altındaki pazar payıyla, en üst düzey litografi makinelerindeki en küçük oyuncuydu. Daldırma litografinin ticarileşmesiyle birlikte 2008 yılına gelindiğinde ASML'nin pazar payı tek başına öne çıkarak %60'a ulaştı.

Teknoloji odaklı litografi makinesi yarışmasının ilk dalgası sona erdi ve kazanan ASML oldu.

Devam edecek...