美国没有光刻机背后的原因

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最新更新时间：2021-11-02 22:58

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光刻可以说是半导体制造中最重要的一步。今天最先进的 EUV 光刻机是极其复杂的机器，其成本与一架新的波音喷气式客机一样高。

从 1984 年与飞利浦的合资企业开始，ASML 已经发展成为世界第二大芯片设备制造商，也是 EUV 机器的唯一供应商。

事实上，美国可以说是光刻技术的发明者，在本文中，我们将就他们为何发明了光刻技术，却最终没有光刻机就行简要分析。

需要提一下，本文分析思路是基于对飞兆半导体、David W Mann Co、Cobilt、GCA、尼康和硅谷集团 (SVG) 等先驱的采访。

早在 1950 年代中期，贝尔实验室就开始尝试将图像打印到硅片上。那十年后期，飞兆半导体改进了工艺以制造晶体管。

“我们决定使用光刻胶来描绘这些区域，”仙童最初的八位联合创始人之一杰伊·拉斯特和鲍勃·诺伊斯说。

“贝尔实验室在那里做了一些努力，并认为这是不可能的，所以他们从未追求过这个方向。鲍勃 [诺伊斯] 和我与柯达合作，他们给了我们当时最好的光刻胶，我们逐渐与他们建立了工作关系，光刻胶不也断改进。”

“虽然在此过程中有很多技术问题和技术挫折，但我们只是说我们要使用它，我们必须让它发挥作用——我们做到了。”

在 1960 年代，接触掩模对准器（contact mask aligners ）被用于晶圆印刷，Kulicke & Soffa率先将其商业化。后来，Kasper Instruments 成为主要供应商，但当三位前 Kasper 工程师成立自己的公司 Cobilt 时——该公司于 1972 年被波士顿 CAD 巨头 Computervision 收购——出现了一种新的晶圆印刷范式。

“Cobilt 制造了机械对准器（mechanical aligners），该对准器以符合当时标准的先进技术打印半导体硅片。并且 Computervision 有一个自动对齐包，可以让你更精确地对齐层，“Sam Harrell 说，他从 Computervison 搬到西海岸，成为 Cobilt 的工程副总裁。

“我们在世界各地销售了数百台机器。直到投影打印机占据主导地位之前，它才是霸主。”

在加入 Cobilt 之前，曾在 Kasper 销售矫正器的 Ed Segal 在Perkin-Elmer 开发出projection mask aligner后，目睹Cobilt 如何失去领先地位。

“当掩模对准器从接触掩模对准器进入到所谓的投影对准器（projection mask aligner）或将掩模图像投影到晶圆上时，Perkin-Elmer 完全进入并占领了这个市场，”Segal说. “Cobilt 试图建造一个，但它确实是一个非常大的失败。1981 年，该公司最终被卖给了应用材料公司。”

Jim Gallagher 在 GCA 经营半导体设备业务，GCA 在 1980 年代将市场割让给日本公司之前是光刻领域的全球领导者。在尼康和佳能等日本供应商成为市场领导者之后公司的最终灭亡。

“我们开始尽我们所能出售业务。但是当你走下坡路的时候，可以这么说，这不是开始销售的时候，因为你所做的是，每个人都知道你的问题，他们会给出最低、最低的价格。所以那是我们幻灯片的开始，”Gallagher说。

到 1980 年代后期，日本步进供应商的主导地位让美国芯片制造商感到担忧。为了开发替代来源，英特尔与欧洲公司 Censor 合作。然而，尝试失败了，Censor 于 1984 年被卖给了 Perkin-Elmer。

英特尔联合创始人戈登摩尔回忆了当时的担忧。“来自佳能和尼康步进机性能很好。在美国没有可比的设备，这是整个过程中非常关键的部分。”

“我们与列支敦士登的一家公司 [Censor] 有一个重要的计划来制造步进器。这非常复杂也非常昂贵，而且开发速度太慢，他们无法真正对市场产生影响。我们最终购买了日本设备，因为它是最好的，而且没有真正的替代来源。”

Shoichiro Yoshida 后来成为尼康的首席执行官，他设计了该公司第一台用于半导体制造的步进重复机器。

1990 年代，SVG 在新任命的首席执行官 Papken Der Torossian 的领导下扩展到光刻领域。SVG 曾试图收购 GCA，但交易从未实现，GCA 于 1988 年被出售给 General Signal。

然而，Der Torossian 成功地获得了由 Perkin-Elmer 与 IBM 联合开发的下一代步进扫描系统 Micrascan——但他表示，这需要数千万的研发和两年半的时间才能完成。修复系统中的错误。结果是 Micrascan II。

“他们的机器无法工作——平均故障间隔时间不到一小时。IBM 无法使用它。但它拥有非常好的基础技术，”他说。

Der Torrossian 解释道，现金短缺让美国丧失了保留先进光刻技术的机会。

“在 1992 年，ASML 正在大规模投入。拥有它们的飞利浦找我，并以 6000 万美元的价格出售 ASML。我没有 6000 万美元。我告诉他们，但我会给你同等数量的股份，让我们建立一个合资企业。但他们说，‘不，飞利浦需要现金。’”

到 2001 年，ASML 扭转了局面，最终以 16 亿美元收购了美国最后一家主要的光刻公司 SVG。由于国家安全问题，这笔交易被推迟了几个月，但在 ASML 同意剥离 SVG 的 Tinsley Labs 部门后，最终得到了乔治·W·布什政府的批准。

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