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美国没有光刻机背后的原因
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。
