世纪之谜:造出全球首台DUV光刻机后,尼康为何放弃生产EUV光刻机

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世纪之谜:造出全球首台DUV光刻机后 , 尼康为何放弃生产EUV光刻机在2009年的5月 , 作为世界领先的半导体光刻设备制造商 , 日本科技巨头尼康宣布了一个重磅消息“暂停开发其部分EUV光刻工具” 。
显然 , 在这家日本制造商退出竞争后 , 现在EUV光刻机的市场将属于其唯一的竞争对手:荷兰公司 ASML 。

然而 , 其实尼康宣布这个消息的前几个月 , 还对制造EUV光刻机的前景表示乐观 , 这不得不让人嗅到了一丝阴谋的味道!
毕竟在此之前的十年间 , 尼康耗费了巨额投入 , 进行了辛勤的研发 , EUV光刻机的原型都已经构建好 , 并通过了测试 , 尼康退出不仅对尼康而且对整个日本的高科技行业来说都是一个巨大的损失 。

那么 , 尼康究竟为何要在形势一片大好的情况下暂停EUV光刻机的研发呢?要搞清楚这个问题 , 我们就必须了解尼康的光刻机发展进程 。
一个需要知道的事实是 , 全球首台DUV光刻机 , 就是日本尼康在1988年制造的 , 比ASML早了三年 。

1980 年:尼康推出NSR-1010G 汞灯光刻机
而且 , 在此之前的前两年 , 在1986年 , 日本电报电话公司的研究员木下就首次公布了波长为11nm的首批EUV图像 。
在当时 , 世界光刻机市场的70%都由日本的尼康和佳能两家公司统治 , 而ASML那时才刚成立两年(1984年飞利浦和ASM联合成立) 。
在浸没式光刻机上 , 尼康是理所当然的主要发明者 , 直到今天ASML和蔡司还要定期向尼康支付百万美元的DUV技术专利 。

尼康是第一个考虑使用浸没式光刻的公司
如果说 , 尼康按照日本电报电话公司研究员木下的意见 , 快速转向EUV技术过渡的话 , 谁都不会怀疑他将主导EUV光刻机市场 。
然而 , 事情却未如预想的一样向前发展 , 因为木下关于EUV的技术演示 , 也传到了美国人的耳中!
美国立即意识到了EUV技术的大好前景 , 敏锐的抓住了这一反超日本光刻机领导地位的机会!

尼康
美国立即向能源部下属的多个实验室提供了研究资金 , 进行EUV技术的基础研究 。
并在1997年 , 成立了一个由英特尔、AMD和摩托罗拉组成的财团——EUV LLC , 并获得了能源部下属三个实验室的所有基础研究成果 。
此外 , 该财团在投入大量资金进行极紫外光刻机研发的过程中 , 还组建了一个由美欧公司组成的庞大产业生态链 , 并对其他国家的参与进行了严格的限制 。

用于EUV光刻的多层反射镜
而与美国在EUV光刻机研发上的重视不同 , 日本业界对木下提出的EUV技术不置可否 , 并没有立即开始EUV技术的研发 , 而把研究精力放在了光刻机的其他多个领域 , 比如从电子束到离子束的研究 。
当然 , 对于美国如此兴师动众的投入EUV光刻技术研发中去 , 日本也是非常惊讶 , 而且明眼人都能看出来 , 美国之所以把日本芯片企业排除在外 , 就是在针对他们!
然而 , 日本就因此放弃了EUV光刻技术 , 从此完全落后于美欧了吗?答案是否定的!
就在一年后的1988年 , 日本也开始启动了属于他们自己的EUV光刻计划 , 成立了一个名为“超先进电子技术协会”(ASET)的组织 。
不过 , 显然这个协会的力量与美国的EUV LLC相差甚远 , 日本落入了后手 , 直到2001年日本才联合起多家芯片企业、高校 , 成立了一个叫做“极紫外光刻系统开发协会”(EUVA)的组织 , 才有与美国一较高下的实力 。

ASML 工程师组装EUV机器
不过 , 俗话说好饭不怕晚 , 在EUVA协会开发出EUV辐射源 , 以及ASET协会开发出EUV光刻多层光学器件后 , 日本的EUV光刻机研发进程也是井然有序 。
同一时期的美国 , 已经组成一个围绕在ASML为中心的“美欧EUV光刻机研发生态链” , 其中囊括了除日本企业之外的所有美欧芯片研发机构 , 比如德国的蔡司、英国的同步加速器光源制造商牛津仪器、荷兰飞利浦研发中心等等重量级研发单位 。

2018 年尼康NSR-S635E
那么 , 日本尼康和美国ASML主导的两个EUV光刻机研发集团 , 研发的结果如何呢?首先是ASML , 他们在2006年终于制造出两台EUV光刻机原型 , 一台送到比利时的微电子研究中心进行测试 , 另一台送到了美国纽约州立大学纳米科学与工程学院测试 , 并在2010年 , 将第一台预生产的机器送到了韩国三星研究中心 。

ASML
而尼康 , 则是在2007 年运营了两款alpha EUV仪器:EUV1和EUV 2 。 其中一台机器在日本财团中工作 , 另一个位于日本的一家半导体工厂 。 而在2009年的3月份 , 尼康宣布EUV光刻机的研发正如火如荼地进行中 , 大约交付日期为2012年 。
而三星也至少要到2019年 , 才能使用ASML送过去的那台EUV光刻机制造出第一块商业芯片 , 所以说尼康的EUV研制看起来并没有落后ASML太多 。
可是 , 尼康究竟为何要在形势一片大好的时候 , 于2009年突然宣布退出EUV项目呢?这其中的原因众说纷纭 , 不过有几个说法比较合理 。

第一个就是尼康转投了佳能主推的“纳米压印光刻”技术路线 , 这是由华裔科学家周郁在1995年提出的 , 最先进程度已经低于5nm以下水平的微纳加工技术 。
不过由于这个技术是一种“物理接触式”的技术 , 容易产生外部缺陷 , 而半导体制造行业又是一个对缺陷“”容忍度”极低的行业 , 所以说这个技术的缺陷也是巨大的 。

而第二种说法 , 也是最有可能的一种说法 , 是美国在占据先发优势后 , “要求”尼康暂停发展EUV光刻机 , 以免造成之间的竞争 。
要知道 , EUV光刻技术的专利 , 大部分被美欧抢先注册 , 尼康要发展EUV光刻机 , 有些专利是绕不开的 , 于是在尼康不得不和一些专利所有者合作的情况下 , 美国就有机会阻止尼康的EUV光刻研发 。

EUV光源
【世纪之谜:造出全球首台DUV光刻机后,尼康为何放弃生产EUV光刻机】我们知道 , 对于美国来说 , 其实自由市场只是一种幻觉 , 事实上 , 日韩的高科技产业受到美国和其他一些西方财团的严格控制 。

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