80年代，群雄争霸

光刻机是个小市场，一年卖几十台的就算大厂了。因为半导体厂商就那么多，一台机器又能用好多年。这导致你的机器落后一点，就没人愿意买了。技术领先是夺取市场的关键，赢家通吃。

80年代一开始，GCA的Stepper还稍微领先，但很快尼康发售了自己首台商用Stepper NSR－1010G，拥有更先进的光学系统极大提高了产能。两家一起挤压了其它厂商的份额，尤其是Perkin Elmer的投影式光刻。P＆E的市场份额从80年超过3成快速跌到84年不到5％。

看过我写的《内存的故事》的朋友都知道，80年代是日本半导体最风光的时候，本土几乎每家大公司大财阀都进入了半导体业。这给尼康和佳能双雄带来巨大的后盾，并开始反攻美国市场。

由于GCA的镜片组来自蔡司，不像尼康自己拥有镜头技术，合作的问题使得GCA产品更新方面一直落后了半拍。1982年，尼康在硅谷设立尼康精机，开始从GCA手里夺下一个接一个大客户：IBM、Intel、TI、AMD等。

到了1984年，尼康已经和GCA平起平坐，各享三成市占率。Ultratech占约一成，Eaton、P＆E、佳能、日立等剩下几家每家都不到5％。

为什么我们要特地看1984年呢？

首先我们致敬一下苹果，震撼世界的广告《1984》发布了第一代Mac（我现在打字电脑的老祖宗）。然后，请出我们故事的主角：ASML。

ASML被广为传播成是飞利浦分离的出来的，虽然不能说不对，但是和大家想象的那样子还是不同的。

飞利浦在实验室里研发出stepper的原型，但是不够成熟。因为光刻市场太小，飞利浦也不能确认它是否有商业价值，去美国和P＆E、GCA、Cobilt、IBM等谈了一圈没人愿意合作。

有家荷兰小公司叫ASM International的老板Arthur Del Prado听说了有这么回事，主动要求合作。但这家代理出身的公司只有半导体前后道的经验，对光刻其实不太懂，等于算半个天使投资加半个分销商。

飞利浦犹豫了一年时间，最后勉强同意了设立50：50的合资公司。1984年4月1日ASML成立的时候，只有31名员工，在飞利浦大厦外面的木板简易房里工作。

ASML在头一年只卖出一台stepper，第二年卖出四台。第一代产品不够成熟，但是背靠飞利浦大树的各种资源和容忍让它生存了下来。

ASML在1985年和蔡司（Zeiss）合作改进光学系统，终于在1986年推出非常棒的第二代产品PAS－2500，并第一次卖到美国给当时的创业公司Cypress，今天的Nor Flash巨头。

有意思的是，1986年半导体市场大滑坡（比如光三星半导体就亏了3亿美元），导致美国一帮光刻机厂商都碰到严重的财务问题。ASML还小，所以损失不大，还可以按既有计划开发新产品。同期，GCA和P＆E的新产品开发都停滞了下来。

1988年GCA资金严重匮乏被General Signal收购，又过了几年GCA找不到买主被关闭。General Signal旗下另外一家Ultratech最终被MBO，但是规模也不大了。1990年，P＆E光刻部也支撑不下去被卖给SVG。

1980年还占据大半壁江山的美国三雄，到80年代末地位完全被日本双雄取代。这时ASML还只有大约10％的市场占有率。

波长的竞争

忽略掉美国被边缘化的SVG、Ultratech等公司，90年代一直到现在的格局，一直是ASML和尼康的竞争，佳能在旁边看热闹。

所以我们要开始讲一点点技术了。

半导体领域的原生驱动力是摩尔定律。摩尔定律其实应该被叫做摩尔预言，这个预言中间还改过一次。戈登摩尔博士1965年最早的预言是集成电路密度每年翻倍，而1975年他自己改成每两年翻倍。

有人说，这是人类历史上最伟大的“自我实现的预言”，因为英特尔就是照着这个预言一路狂奔数十年，直到光刻技术被卡在193nm上十多年变成网友说的“牙膏厂”。

为了实现摩尔定律，光刻技术就需要每两年把曝光关键尺寸（CD）降低30％－50％。根据瑞利公式：CD＝k1＊（λ／NA），我们能做的就是降低波长λ，提高镜头的数值孔径NA，降低综合因素k1。

搞更短的波长是最直接的手段。90年代前半期，光刻开始使用波长365nm i－line，后半期开始使用248nm的KrF激光。激光的可用波长就那么几个，00年代光刻开始使用193nm波长的DUV激光，这就是著名的ArF准分子激光，包括近视眼手术在内的多种应用都应用这种激光，相关激光发生器和光学镜片等都比较成熟。

但谁也没想到，光刻光源被卡在193nm无法进步长达20年。直到今天，我们用的所有手机电脑主芯片仍旧是193nm光源光刻出来的。

90年代末，科学家和产业界提出了各种超越193nm的方案，其中包括157nm F2激光，电子束投射（EPL），离子投射（IPL）、EUV（13.5nm）和X光，并形成了以下几大阵营：

157nmF2：每家都研究，但SVG和尼康离产品化最近。

157nm光会被现有193nm机器用的镜片吸收，光刻胶也要重新研制，所以改造难度极大，而对193nm的波长进步只有不到25％，研发投入产出比太低。ASML收购SVG后获取了反射技术，2003年终于出品了157nm机器，但错过时间窗口完败于低成本的浸入式193nm。

13.5nmEUV LLC：英特尔，AMD，摩托罗拉和美国能源部。ASML、英飞凌和Micron后来加入。

关于EUV，我放到后面在说吧。

1nm接近式X光：日本阵营（ASET， Mitsubishi， NEC， Toshiba， NTT）和 IBM

这算是个浪漫阵营吧，大家就没想过产业化的事

0.004nmEBDW或EPL： 朗讯Bell实验室，IBM，尼康。ASML和应用材料被邀请加入后又率先退出。

这是尼康和ASML对决的选择，尼康试图直接跨越到未来技术击败ASML，但可惜这个决战应该发生在2020年而不是2005年，尼康没有选错技术但是选错了时间。尼康最重要的技术盟友IBM在2001年也分心加入了EUV联盟。

0.00005nmIPL： 英飞凌、欧盟。ASML和莱卡等公司也有参与。

离子光刻从波长来看是最浪漫的，然而光刻分辨率不光由波长决定，还要看NA。人类现有科技可用离子光刻的光学系统NA是0.00001，比193nm的NA＝0.5～1.5刚好差10万倍，优势被抵消了。

以上所有努力，几乎全部失败了。

它们败给了一个工程上最简单的解决办法，在晶圆光刻胶上方加1mm厚的水。水可以把193nm的光波长折射成134nm。

浸入式光刻成功翻越了157nm大关，直接做到半周期65nm。加上后来不断改进的高NA镜头、多光罩、FinFET、Pitch－split、波段灵敏的光刻胶等技术，浸入式193nm光刻机一直做到今天的7nm（苹果A12和华为麒麟980）。

2002年台积电的林本坚博士在一次研讨会上提出了浸入式193nm的方案，随后ASML在一年的时间内就开发出样机，充分证明了该方案的工程友好性。

随后，台积电也是第一家实现浸入式量产的公司，随后终于追上之前制程技术遥遥领先的英特尔，林博士因此获得了崇高的荣誉和各种奖项。

MIT的林肯实验室似乎不服气，他们认为自己在2001年就提出了这个浸入式方案。ASML似乎也没有在任何书面说明自己开发是受林博士启发。

其实油浸镜头改变折射率的方式由来已久，产业界争论是谁的想法在先从来不重要，行胜于言。林博士的贡献是台积电和ASML通力合作把想法变成了现实。