在晶片领域,有一样叫光刻机的设备,不是印钞机,但却比印钞机还珍贵。歷数全球,也只有荷兰一家叫做艾司摩尔(ASML)的公司集全球高阶制造业之大成,一年时间造的出二十台高阶设备,台积电与三星每年为此抢破了头。

但其实,早在上世纪80年代,艾司摩尔还只是飞利浦旗下的一家合资小公司。全司上下算上老板31位员工,只能挤在飞利浦总部旁临时搭起的板房里办公。一出门就能看到板房旁边一只巨大的垃圾桶。出门销售,也只能顶着母公司的名义,在对手的映衬下,显得弱小、可怜,又无助。

不过说起来,作为半导体行业「皇冠上的明珠」,光刻机的本质其实与投影仪+照相机差不多,以光为刀,将设计好的电路图投射到硅片之上。在那个晶片制程还停留在几十奈米的时代,能做光刻机的企业,少说也有数十家,而尼康凭藉着相机时代的积累,在那个日本半导体产业全面崛起的年代,正是当之无愧的巨头。

短短四年,就将昔日光刻机大国美国拉下马,与旧王者GCA平起平坐,拿下三成市场市占。手里几家大客户英特尔、IBM、AMD、德州仪器,每天排队堵在尼康门口等待最新产品下线的热情,与如今大家眼巴巴等着艾司摩尔EUV光刻机交货的迫切并无二致。

但谁也不曾想,二十年不到,风光对调,作为美国忠实盟友的艾司摩尔一跃翻身,执掌起代工厂的生杀大权,更成为大国博弈之间的关键杀招。「如果我们交不出EUV,摩尔定律就会从此停止」,艾司摩尔如是说。

从市场角度出发,作为上世纪九十年代最大的光刻机巨头,尼康的衰落,始于那一回157奈米光源乾刻法与193奈米光源湿刻法的技术之争。

背后起主导作用的,是由英特尔创始人之一戈登·摩尔(Gordon Moore)提出的一个叫做摩尔定律的产业规范:积体电路上可容纳的元器件的数量每隔18至24个月就会增加一倍(相应的晶片制程也会不断缩小)。而每一次制程前进,也会带来一次晶片性能性能的飞跃。

这是对晶片设计的要求,但同时也在要求光刻机的必须领先设计环节一步,交付出相应规格的设备来。

几十奈米时代的光刻机,门槛其实并不高,三十多人的艾司摩尔能轻易入局这个行业,连设计晶片的英特尔也可以自己做出几台尝尝鲜,难度左右不过是把买回来的高价零件拼拼凑凑,堆出一台难度比起照相机高深些许的设备。

尼康与他们不同的是,对手靠的是产业链一起发力,而尼康的零件技术全部自己搞定,就像如今的苹果,晶片、操作系统大包大揽,随便拿出几块镜片,应付晶片制程是绰绰有余的。

但造晶片也好,造光刻机也好,关卡等级其实是指数级别增加的,上世纪90年代,光刻机的光源波长被卡死在193奈米,成为了摆在全产业面前的一道难关。

雕刻东西,花样要精细,刀尖就得锋利,但是要如何把193奈米的光波再「磨」细呢?大半个半导体业界都参与进来,分两队人马跃跃欲试:尼康等公司主张用在前代技术的基础上,採用157奈米的 F2雷射,走稳健道路。

新生的EUV LLC联盟则押注更激进的极紫外技术,用仅有十几奈米的极紫外光,刻十奈米以下的晶片制程。

但技术都已经走到这地步,不管哪一种方法,做起来其实都不容易。

这时候台积电一个叫做林本坚的天才工程师出现了:降低光的波长,光源出发是根本方法,但高中学生都知道,水会降低光的波长——在透镜和硅片之间加一层水,原有的193奈米激光经过折射,不就直接越过了157奈米的天堑,降低到132奈米了吗!

林本聪拿着这项「沉浸式光刻」方案,跑遍美国、德国、日本等国,游说各家半导体巨头,但都吃了闭门羹。甚至有某公司高层给台积电营运长蒋尚义捎了句狠话,让林本坚「不要搅局」。

毕竟这只是理想情况,在精密的机器中加水构建浸润环境,既要考虑实际性能,又要操心污染。如果为了这一条短期替代方案,耽误了光源研究,吃力不讨好只是其次,被对手反超可就不好看了。

当时尚是小角色的艾司摩尔决定赌一把,相比之前在传统乾式微影上的投入,押注浸润式技术更有可能以小搏大。于是和林本坚一拍即合,仅用一年时间,就在2004年就拚全力赶出了第一台样机,并先后夺下IBM和台积电等大客户的订单。

尼康晚了半步,很快也就亮出了乾式微影157奈米技术的成品,但毕竟被艾司摩尔抢了头阵,更何况波长还略落后于对手。等到一年后又完成了对浸润式技术的追赶,但已经落后就难再追了

两千年初踏错了乾刻湿刻的选择之前,其实早于1997年,在尼康被EUV LLC排挤在外时,就已经注定了如今光刻机市场一家独大的结局。

当年为了尝试突破193奈米,英特尔更倾向于激进的EUV方案,于是早在1997年,就攒起了一个叫EUV LLC的联盟。联盟中的名字个个如雷贯耳:除了英特尔和牵头的美国能源部以外,还有摩托罗拉、AMD、IBM,以及能源部下属三大国家实验室:劳伦斯利弗莫尔国家实验室、桑迪亚国家实验室和劳伦斯伯克利实验室。

资金到位,技术入场,人才云集,但偏偏联盟中的美国光刻机企业SVG、Ultratech早在80年代就被打得七零八落。于是,英特尔想拉来尼康和艾司摩尔一起入伙。但问题在于,这两家公司,一个来自日本,一个来自荷兰,都不是本土企业。

偏偏,美国政府又将EUV技术视为推动本国半导体产业发展的核心技术,并不太希望外国企业参与其中。

但EUV光刻机又几乎逼近物理学、材料学以及精密制造的极限。光源功率要求极高,透镜和反射镜系统也极致精密,还需要真空环境,配套的抗蚀剂和防护膜的良品率也不高。别说是对小国日本与荷兰,就算是美国,想要一己之力自主突破这项技术,也是痴人说梦。

为了表现诚意,艾司摩尔同意在美国建立一所工厂和一个研发中心,以此满足所有美国本土的产能需求。另外,还保证55%的零部件均从美国供应商处採购,并接受定期审查。

美国能源部最后和艾司摩尔达成了协议,允许其加入EUV LLC,共同参与开发,共享研究成果。6年时间里,EUV LLC的研发人员发表了数百篇论文,大幅推进了EUV技术的研究进展。

分享技术只是一方面,其后美国还送给艾司摩尔一份大礼。2009年,美国的Cymer公司研发出EUV所需的大功率光源,成为艾司摩尔的供应商,更在四年后以25亿美元高价直接被併购。这可是光刻机的核心零件,这样顶尖的技术,全球范围也不超过三家。

毫不夸张的说,艾司摩尔虽然是一家荷兰企业,但崛起的背后,其实是一场地地道道的美国式成功。

2012年,英特尔连同三星和台积电,三家企业共计投资52.29亿欧元,先后入股艾司摩尔,以此获得优先供货权,结成紧密的利益共同体。

终于,在2015年,第一台可量产的EUV样机正式发布。当年只要能抢先拿到机器开工,就相当于直接开动了印钞产线,EUV光刻机也成为目前的主流制程技术。

文章来源:禁闻网

(中时新闻网)

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