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阿斯麦(ASML) · 1997–2019

晚了十三年

当年负责启动阿斯麦极紫外光刻项目的工程师,当年预言 2006 年就能量产。按他自己的说法,晚了 13 年。

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2019 年,约斯·本肖普在一个研讨会上发言,掏出了自己的三星手机。1997 年,阿斯麦把他请来,就是为了启动极紫外(EUV)光刻项目。据他本人在阿斯麦 2022 年发布的一篇文章里回忆,他当时对台下说:「我曾经天真地说,EUV 会在 2006 年量产。我很惭愧地承认,它晚了 13 年。」说完他晃了晃手机:「可你们当中有些人,以为这东西永远不会存在。」

芯片是用光「印」出来的:把电路图案投射到硅片上。缩短光的波长,是把线条做细的一条重要路径。当时业内用的是 193 纳米的光,EUV 只有 13.5 纳米。麻烦在于,几乎什么东西都会把它吸掉,连空气和玻璃也不例外,所以整台机器得在真空里工作,只能靠反射镜来引导光线。光本身也难造:用激光去打熔化的锡滴,每秒 5 万个,每个打两次。

1998 年,阿斯麦牵头组了一个欧洲的 EUV 研究联盟,1999 年又加入了美国的一个。2001 年,公司拨了一个小团队和不多的经费去造样机。2006 年,第一批样机运了出去,分别送到比利时的 imec 和纽约州奥尔巴尼的一所大学实验室。也是在这一年,阿斯麦交付了第一台量产型浸没式光刻机,那是它本来就在卖的 193 纳米技术的改良版。

卡住的是光源。2011 年,一位分析师对《IEEE Spectrum》说,EUV 一度被寄望最早 2005 年就投产,可做光源的厂商「一个进度都没赶上」。本肖普后来回忆,客户会翻出阿斯麦当年的光源路线图,拿那些多年前的承诺来说事。「他们在 SPIE 的会上简直把我们钉上了十字架。」

接着,最大的几家客户开始掏钱,催它快一点。2012 年夏天,英特尔、台积电和三星同意在五年里向阿斯麦的研发投入 13.8 亿欧元,再花 38.5 亿欧元合计买下公司 23% 的股份。

同年 10 月,阿斯麦宣布以 19.5 亿欧元收购圣迭戈的光源厂商 Cymer,两家此前已在 EUV 上紧密合作了一年多。这份公告也交了底:装在客户那里的光源,功率最高只有 11 瓦,一小时大约能处理 7 片晶圆。目标是 105 瓦、每小时 69 片,「用于 2014 年的芯片生产」。

收购在 2013 年完成。2014 年就这么过去了。工程师们最终把光源推到 250 瓦,够一小时处理 125 片晶圆。2018 年 10 月,三星的 EUV 工艺开始生产晶圆;2019 年第二季度,台积电进入量产。同一年,三星推出了第一款用上 EUV 芯片的消费产品,是一部手机。

阿斯麦 2019 年的年报里,首席执行官彼得·温宁克把这一年称作「EUV 光刻真正突破的一年」,在「20 年的 EUV 历程」之后。同一份年报还写着,阿斯麦原计划这一年交付 30 台 EUV 光刻机,实际交了 26 台。有 4 台因为供应链延误,推到了 2020 年初。

这件事里藏着几个道理

霍夫施塔特定律2012 年,项目早已比最初的预期晚了好几年,阿斯麦又定下目标:每小时 69 片晶圆,「用于 2014 年的芯片生产」。客户真正用这台机器大规模量产,是 2019 年。一位分析师对《IEEE Spectrum》说:「核心技术花的时间,总比任何人预想的长得多。」探索与利用2006 年,阿斯麦一边交付第一台量产型浸没式光刻机(它本来就在卖的那套技术的改良版),一边送出第一批极紫外样机。新技术磕磕绊绊的那些年,老产品线一直在升级。核心竞争力极紫外的反射镜是蔡司做的,光源由 Cymer 开发。阿斯麦说自己的专长是光刻系统的设计与集成;光源成了卡脖子的那一环,它就把 Cymer 买了下来。

出处

  1. ASML, Making EUV, from lab to fab, 2022
  2. ASML, Our history
  3. ASML press release, ASML announces customer co-investment program aimed at accelerating innovation, July 9, 2012 (SEC Form 6-K)
  4. ASML press release, Samsung joins ASML's Customer Co-Investment Program for Innovation, completing the program, August 27, 2012 (SEC Form 6-K)
  5. ASML press release, ASML to acquire Cymer to accelerate development of EUV technology, October 17, 2012 (SEC Form 6-K)
  6. ASML, Integrated Report 2019 (SEC Form 6-K)
  7. IEEE Spectrum, EUV Light Makers Playing Catch-Up, July 19, 2011
  8. IEEE Spectrum, EUV Lithography Finally Ready for Chip Manufacturing, January 5, 2018
  9. Samsung Newsroom, Samsung Electronics Starts Production of EUV-based 7nm LPP Process, October 18, 2018
  10. TSMC, TSMC's N7+ Technology is First EUV Process Delivering Customer Products to Market in High Volume, October 7, 2019