专门的设备供应商在开发复杂的光刻系统方面尤为重要,这些系统用于在微芯片上打印图案。通过改进这些系统以实现更小的特征尺寸打印,是推动摩尔定律的关键。对于芯片制造商来说,更多的晶体管意味着更高的计算能力和更低的成本。
这种半导体生态系统的变化在飞利浦等大型多元化公司内部也有体现,不过,尽管飞利浦的内部设备开发拥有高标准,但其内部却缺乏敏捷性、适应性以及将光刻技术提升至行业竞争水平的需求,因此飞利浦开始将制造设备的业务剥离,以在技术过时前实现盈利。
ASML的故事主要围绕着飞利浦的光刻技术展开,这种技术的起点可以追溯到纳特实验室(Natlab,飞利浦Natuurkundig Laboratorium的缩写,即飞利浦物理实验室)开发的第一台“硅重复器”(Silicon Repeater)。硅重复器是一种可以移动硅晶圆的机器,使光学系统能够将图像反复投射到晶圆上。然而,要理解硅重复器的意义,需要先了解它出现之前集成电路的制造方式。
在20世纪60年代和70年代,集成电路的制造采用了一种被称为“接触光刻”(contact lithography)的技术。首先,需要制作一个“光罩”(reticle),其上包含了集成电路图案的放大版本。这一图案通过切割一种名为Rubylith的薄塑料片形成。随后,通过将蓝光透过光罩照射到涂有光刻胶的玻璃母版上,图案被缩小并转印到母版上。这一过程会在母版上重复进行,形成一系列相同的图案。之后,通过显影处理光刻胶,形成所需的图案。
接着,母版会被复制到涂有卤化银的“工作板”上。这些工作板用于将所需的图案“接触打印”到最终硅晶圆上的抗蚀膜上,而抗蚀膜上的图案则用于蚀刻晶圆表面,形成所需的电路。
然而,这种方法存在显著的局限性。工作板与晶圆的接触会导致工作板随着使用而损坏,通常仅能使用约十次。企业需要制造大量的工作板,这大大增加了成本。即使快速更换工作板,晶圆的成品率通常也只有10%左右。