为什么美国没有一家光刻机顶级企业？

在过去的几十年中，美国在半导体行业一直都处于霸主地位，但为什么美国没有一家光刻机顶级企业呢？在一个盛产风车和郁金香的国家，成立初期只有三十几个人的ASML是如何崛起的？这一切，要从半导体发展的三个历史阶段说起。

01

第一个阶段是二十世纪六七十年代，也就是光刻机发展的早期阶段。

那时集成电路也刚刚发明不久，光刻工艺还在微米级别，工艺步骤也比现在简单很多美国是走在世界前列的。在那个对工艺要求并不高的年代，很多半导体公司通常自己用镜头设计光刻工具，光刻机在当时甚至不如照相机的结构复杂。

1969年，尼康开发了第一台光中继器，光中继器是晶圆步进机的前身。此后，尼康相继开发了光学测距设备、刻线机等。

1970年，佳能（Canon）发布了日本半导体历史上首台光刻机——PPC-1，正式宣布进军半导体领域。1975年，佳能推出了日本第一台接近式掩模对准器PLA-500。

佳能光刻机PPC-1

这个时期的光刻机市场依然处于不成熟的阶段，主要由美国主导，日本的尼康和佳能才刚刚崭露头角。而在平静之后，即将迎来整个行业的狂风暴雨。

02

第二个阶段是二十世纪八九十年代，半导体产业进行了第一次转移。

美国开始将一些装配产业向日本转移，以此扶植日本，而日本也抓住了机会，在半导体领域趁势崛起。在20世纪90年代前后，日本的半导体产业超过美国，成为全球第一，高峰时期占据了全球超过60%的市场份额，出口额全球第一。

1980年2月，尼康推出日本首个商用步进式光刻机NSR-1010G，它凭借先进的技术和良好的性能得到了众多客户的青睐，获得了相当不错的出货量。短短几年，尼康就追上了昔日的光刻机大国美国。

尼康NSR-1010G光刻机

对光刻机来说，想要得到更小的曝光尺寸，就需要波长更短的光源。而在20世纪90年代，光刻机的光源波长一度被卡死在193纳米，摩尔定律也因此遇到了危机。

若要降低光的波长，从光源出发是根本方法。当时业界的焦点是157纳米F2激光，但157纳米光源在技术上也遇到了重重问题，而且对资金和人力的投入是非常巨大的。

此时，华裔科学家林本坚想出了一个解决问题的办法：既然157纳米光源难以攻克，不如从现有的193纳米光源入手，光由真空入水，水的折射率会改变光的波长——在透镜和硅片之间加一层水或者其他折射率合适的液体，原有的193纳米激光经过折射，不就可以直接越过了157纳米的天堑，降低到132纳米了吗？！

林本坚拿着这项“浸润式微影技术”跑遍了美国、德国、日本等国家，游说各家半导体巨头，均遭到了拒绝。当时各大光刻机厂商在传统干式微影上的投入巨大，不愿意冒着风险押注浸润式微影技术。

于是在夹缝中生存的ASML决定破釜沉舟、奋力一搏。仅用一年时间，在2004年ASML就拼全力赶出了第一台光刻机样机，并先后夺下IBM和台积电等大客户的订单，在技术上实现弯道超车，公司发展也由此步入快车道。

03

第三个阶段是千禧年前后开始的。

1997年，美国能源部和英特尔牵头成立了EUV LLC联盟。联盟中的其他成员都是显赫一时的巨头，包括摩托罗拉、AMD、IBM，以及美国三大国家实验室。但，联盟中唯独缺少一家光刻机公司。

纵观美国国内的光刻机公司，早已在20世纪80年代与日本的竞争中惨败并一蹶不振，因此这些公司并不是理想的扶植对象。但想掌握科技霸权的美国并不希望其他国家的企业参与进来，更何况是二十世纪八九十年代在半导体领域让美国颜面尽失的日本。相比之下，荷兰似乎是更好的合作伙伴。

最后，ASML同意在美国建立一家工厂和一个研发中心，以此满足所有美国本土的产能需求，还保证55%的零部件均从美国供应商处采购，并接受定期审查。可以说，这家荷兰公司已经被深深地打上了美国的烙印，这也是美国能禁止荷兰的光刻机出口中国的根本原因。

在ASML加入后，EUV LLC联盟在EUV光刻技术研究进展迅速。搭上EUV LLC联盟这列快车的ASML，也逐渐与尼康、佳能等日本光刻机企业拉开了距离。

2010年，ASML将第一台EUV光刻原型机——NXE:3100运送给韩国三星的研究机构作为研究设备，标志着光刻技术新纪元的开始。2013年，ASML收购了位于美国圣地亚哥的光源制造商Cymer，发布了第二代EUV光刻机NXE:3300。2015年，ASML发布了第三代EUV光刻机NXE:3350。此后，EUV光刻技术趋于成熟，在那个制程红利最为丰厚的年代，只要拿到EUV光刻机的订单并开设产线，便可将客户和金钱尽收囊中！

EUV光刻机NXE:3600D

ASML是美日半导体争夺战的获利者，而它的成功也离不开整个西方最先进的工业体系的支撑。ASML的故事充满了传奇的色彩，外人看似偶然的成功，在ASML天才工程师的眼中或许是必然。

更多相关内容欢迎阅读《了不起的芯片》一书。