读半导体简史21ASML

1. ASML

1.1. 1972年，劳伦斯利弗莫尔国家实验室的客座研究员，即来自IBM的Eberhard Spiller，发现多层膜结构可以获得对软X射线的高反射率，这一发现使得软X射线望远镜的出现成为可能

1.2. 1976年，科学家制作出“近正入射”的多层膜反射镜

1.3. 20世纪80年代，IBM的林本坚率先提出了浸没式光刻的概念

1.4. 1984年，荷兰的飞利浦与ASMI(Advanced Semiconductor Materials International)联合成立了一家专门制作光刻机的合资公司ASML

1.5. 公司成立初期，美国的GCA公司占据光刻机市场的最大份额，日本的尼康尾随其后，ASML在光刻机市场的份额是毫无悬念的零

1.6. 1986年，ASML在飞利浦SIRE Ⅲ光刻机的基础上，发布了一台勉强能用的，但是属于自己的光刻机PAS2500/10

• 1.6.1. 这台光刻机是ASML成立以来的重大里程碑，当然这也因为这个公司没有其他产品值得夸耀

1.7. 1988年起，作为发起股东的ASMI没再继续给ASML注资

1.8. 1988年，利弗莫尔国家实验室的Hawryluk对多层膜反射镜的制作方法进行了一些有效改进，并使用激光诱导等离子(Laser Produced Plasma，LPP)方法产生大功率软X射线

1.9. 1989年，Perkin-Elmer推出Micrascan光刻机，这种光刻机在步进特性的基础上，添加了扫描功能，被称为步进扫描光刻机(Step-and-Scan)，简称为Scanner

• 1.9.1. Scanner的另一个优点是吞吐率超过Stepper

• 1.9.2. SVG非但没有维护好Perkin-Elmer的资产，很快连自身都难保

1.10. 1990年，自身难保的ASMI决定彻底抛弃ASML，飞利浦被迫持有ASML约60%的股份，其余40%的股份转让给了荷兰的两家银行

1.11. 1991年，ASML发布了第一台基于KrF激光的Stepper PAS5000/70

1.12. 1992年，ASML继续亏损，飞利浦无奈中，继续输血维持着这个公司的生存

• 1.12.1. 这也是飞利浦对ASML最后的一次输血

1.13. 1995年，ASML上市后，飞利浦果断抛售了所持有的股份，至此，ASML成为一家公众公司

1.14. PAS5000系列光刻机突出重围，ASML获得了独立发展的基石，并在高端光刻领域逐步击败了Canon与Nikon，将半导体光刻技术推向了极致

• 1.14.1. ASML的成功最终源于自身的努力

• 1.14.2. 长期以来，缺钱、亏损与被抛弃是ASML需要面对的主旋律

1.15. 1997年，ASML在上市后的第三年，推出了这个公司的第一台基于“扫描”技术的光刻机PAS5500/500，与竞争对手的同类产品相比，这台光刻机的最大优点是吞吐率

• 1.15.1. 吞吐率却是一个可辨析度极高的指标，以每小时加工晶圆的片数衡量

1.16. 分辨率的上限主要由光刻使用的光源与光学系统决定

• 1.16.1. 对于光源基本靠买，光学系统完全依赖卡尔蔡司的ASML而言，提升分辨率的空间并不大

• 1.16.2. 套刻精度的提高更加复杂，涉及从光罩到半导体制作的许多细节，并非单一指标决定，仅凭光刻机很难实现让套刻更加精确

1.17. 2000年，SVG决定将自己连同收购的资产一道打包出售，ASML把握住了这次机会

1.18. 2000年，林本坚加入台积电，并在2004年，帮助台积电将浸没式技术应用于大规模生产

1.19. 2000年，ASML发布了世界上第一台Twin-Scan光刻机，即双工件台光刻机

• 1.19.1. 双工件台具有两个独立运行的工件台，一个工件台进行曝光操作时，另一个工件台进行光罩对准等其他操作

1.20. 2001年，美国政府同意了这次收购

• 1.20.1. ASML收购SVG的目的，与尼康之于Perkin-Elmer并无区别，依然是为了获得这个公司手中的客户，特别是Intel

1.21. ASML成为欧美世界在光刻机领域的独苗，欧美世界之外，仅剩尼康与佳能具有制作高端光刻机的能力

• 1.21.1. 这才是ASML最大的收获

• 1.21.2. 从这时起，没有任何光刻厂商能够阻挡ASML的王者之路

1.22. 2003年，ASML在发明Twin-Scan光刻机之后，制作出第一台浸没式光刻机

1.23. 氟化钙只有晶体一种形态，具有晶体所固有的双折射问题，虽然这个问题可以通过光学系统进行补偿，但是制作大尺寸的氟化钙单晶依然较为困难而且价格昂贵

1.24. 2003年，Intel在综合各类乐观消息之后，判断两年之内EUV光刻便可用于45nm工艺节点，宣布放弃157nm光源，直接使用EUV光刻

• 1.24.1. EUV光刻的雏形出现于20世纪80年代中期，略晚于DUV

• 1.24.2. 在DUV尚未成熟时，学术界便未雨绸缪，思考着下一代光刻技术，当时有三种选择，分别为电子束、离子束与X射线光刻

• 1.24.3. 这三种射线的波长远小于DUV，能够获得更小的关键尺寸

1.25. 基于软X射线的接触式光刻机(Soft X-ray Proximity Lithography，SXPL)

• 1.25.1. 这种光刻机有一个显而易见的问题，就是光罩与晶圆存在的紧耦合关系，不仅容易损坏光罩，污染光刻胶，不利于大尺寸晶圆的制作，而且制作效率远不能与当时基于紫外线的光刻机相比

1.26. 人类不再安于仅观测宇宙中的可见光，而将视野投向高能射线，包括X射线与γ射线

• 1.26.1. 制作这种高能射线望远镜有一系列难点，首先是这些高能射线无法穿越大气层，因此需要工作在太空

• 1.26.2. 另外一个是需要研制能够接受这些射线的光学系统

• 1.26.3. 劳伦斯利弗莫尔国家实验室、劳伦斯伯克利国家实验室、洛克希德Palo Alto实验室

1.27. 软X射线光刻与软X射线望远镜所面临的问题相同，均为软X射线的波长较短，无法通过任何透镜，必须使用全反射光学系统

1.28. 布拉格反射镜

1.29. 使用放电等离子(Discharged Produced Plasma，DPP)、激光诱导等离子LPP与激光辅助放电等离子(Laser-assisted Discharge Plasma，LDP)等方法，可以使锡和氙进入等离子态，之后进行能级跃迁后，可以分别在13.5nm和11.2nm处出现辐射峰值

1.30. EUV从光源出发，经采集后通过中心焦点抵达照明系统

1.31. 2017年，Cymer终于将EUV光源功率提高到250W

• 1.31.1. 这是EUV光刻的重大里程碑事件

1.32. 2017年，ASML推出第一个可大规模量产的光刻机NXE:3400B

1.33. 2019年，ASML推出NXE:3400C，这台光刻机每小时可以加工170片硅晶圆，大大超过NXE:3400B的125片

1.34. 这两种EUV光刻机，是近30年以来半导体制作设备最大的一次革新

1.35. LPP方式是一种使用高能脉冲激光照射高密度锡靶材，以产生高温稠密的等离子体，并对外辐射EUV的方法

1.36. 在EUV光刻机的研制过程中，光源系统抢走了大部分风头，工件掩模系统没有成为瓶颈，受到的关注较少

1.37. 在光刻机的几大组成部分中，光源、照明与光学系统的研发难点是将单点技术推向极致，而工件掩模系统的设计与制作需要将多个学科交织在一起，是物理、材料与精密制造的极限，是经典物理、电磁学、热力学与统计、量子力学的精尖之作

1.38. EUV光刻机取得的这一成就，建立在一些核心技术突破的基础上，包括激光、等离子体，以及至关重要的多层膜反射镜

• 1.38.1. 这个成功源于国与国之间不计成本的竞争所碰撞而出的创新中，更是有赖于一群为了理想而奋不顾身的人

2. 中国之路

2.1. 在英国时，黄昆发现晶体因为点缺陷引起的X射线漫散射，这个现象后来被称为“黄昆散射”​

2.2. 1951年，处于科研事业上升期的黄昆选择回到一贫如洗的祖国

• 2.2.1. 第二年，里斯小姐远涉重洋来到中国，并有了一个中国名字李爱扶

2.3. 20世纪60年代是世界半导体制造从实验室走向工业化的十年，中国半导体产业距离世界的差距并不算大

2.4. 早在1959年，林兰英拉出了中国的第一个单晶硅，比美国落后一年

2.5. 1964年和1965年，中国先后研发出硅平面晶体管和硅集成电路，势头不亚于同处于半导体发展初期的美国

2.6. 中国半导体产业复兴始于改革开放

• 2.6.1. 每一代半导体人都做到了“虽然落后而仍非跑至终点不止”​

2.7. 从历史的视角看，​“909”工程整体是成功的，为21世纪中国半导体产业的发展奠定了基石

• 2.7.1. 909工程之后，中芯国际、宏力半导体陆续在上海注册成立，采用了更加灵活的运作机制，吸引了更多的海外人才，为中国建立了一支完整的半导体产业队伍，留下了在今日可以燎原的星星之火

2.8. 中国自新民主主义革命至朝鲜战争时期的军事战场，或是在两弹一星的科技战场中，都是在被对手视做“不堪一击”的艰难时局中，一步步走了出来

2.9. 在综合国力日渐强大的今天，中国应对各类危机时，有多种化解的选择

2.10. 中国半导体产业或许可以采用跟随策略，完全复制西方世界已经走通之路

2.11. 半导体制造业是一个重资产密集的“吞金”行业

• 2.11.1. 对于中国，发展这个行业，资金并不万能，最尖端的设备与材料不是用金钱能够换来的

• 2.11.2. 因为西方的各种限制，中国半导体制造业的生产工艺与发展规模始终受上游制约

• 2.11.3. 在半导体全产业链中，技术难度最高，也是最具含金量的非上游设备与材料莫属