起：
制造芯片的光刻机起源与美国，但为什么现在的美国不再生产光刻机？曾经垄断全球市场占据着技术优势的美国光刻机，又如何只用了短短十年就一败涂地？要解答这些问题，就不得不提到80年代日本半导体的强势崛起，刚刚经历近40年经济腾飞，首都房价直逼伦敦纽约，GDP排名世界第二，同时政府大力推动产业升级，集中力量发展半导体电子工业，给美国芯片造成强有力的冲击，并引发后者的贸易制裁，它就是80年代的日本，在上世纪这场美日半导体对决中，光刻设备是双方激烈争夺的一个重要战场，最终，美国输掉了垄断全球的光刻机产业，但日本也不是笑到最后的赢家。
PE崛起：
上期视频我们回顾了60-70年代，半导体上古时期最早出现的接触渐进式光刻机，以及它们所代表的遮蔽式光刻技术（Shadow Printing ),这种原始的光刻机，统称为Mask Aligner,即掩膜对准仪，本质上是一台大型紫外灯，光刻时要把掩膜板对准并贴紧硅片。不仅容易在硅片的光刻胶图层上留下缺陷，导致光刻良率低下，生产一批芯片的合格率，往往只有10%，同时光刻胶以及浮尘微粒，也容易对昂贵的光掩膜造成损害，每做十几次光刻，就得更换新的掩膜板，生产成本巨大.
为了解决遮蔽式光刻的种种问题，一家名叫Perking Elmer(PE)的光学仪器厂，在美国军方的资金支持下，开始研发投影式光刻技术，并在1974年成功推出了划时代的Micralign100,这台光刻机，利用两片同轴球面镜，把光掩模上的图像，经过三次反射，投射在硅片上，这种对称又简洁的光路设计，可以在保留精度的情况下，彻底分开掩膜板与硅片，使光刻良率极大提高，掩膜成本大幅下降，
Perkin Elmer 的这次技术革新，使芯片价格从奢侈品跌成了大白菜，让红白机和个人电脑，有机会飞入寻常百姓家，同时也给自己带来了巨大的商业利益，此前没做过光刻机，处于半路出家的PE，到第二年订单就供不应求，5年内，市占率就从0做到了业界第一。关于Micralign异军突起的故事，是上集第一次光刻机大战的内容，这里不再赘述。70年代末，在赢家通吃的胜利者光环下，有另外一家被打入冷宫的美国厂商开始了绝地反击。
美国内战：
在PE跨界光刻机之前，统治这块市场的是Geophysical Corporation of America ,简称GCA，从名字就知道，它原本是做地图的，但GCA早在1959年，就收购了一家小公司，David Mann,获得了精密测量的技术，再结合博士伦提供的光学镜头，它在1961年就推出了首款971型光刻机并大获成功，此后10年，Suss,K&S等厂商，也相继推出了自己的光刻机，但GCA的市场份额，一直保持在60%以上，直到70年代，半路杀出个Micralign。像德州仪器，因特尔这样的大厂，迅速和新欢PE打得火热，旧爱GCA却备受冷落，作为光刻机的鼻祖之一，GCA对于这样的落差当然心有不甘，他们想要研发一种比投影式对准仪更先进的光刻机，来夺回失去的市场与客户，这就是使用倍缩光掩模的步进式光刻机Stepper.
70年代初，GCA的镜头供应商，已经从博士伦换成了尼康，一家来自日本擅长做望远镜和相机镜头的厂商，然而为了获得步进式光刻机所需要的远心镜头，GCA又抛弃了尼康，因为他们嫌弃日本的镜头菜得要S，所以转向了德国的Zeiss,他们嫌弃日本镜头的精度不佳，光刻相差受焦距的影响太大，而正是这家被抛弃的供应商，几年后会成为自己的掘墓人。但GCA还想不到那么远，此刻为了打败Micralign,除了镜头之外，他们的步进式光刻机，还需要一样关键的东西，自动化硅片工件台。
对准仪VS步进式：
这里简单说一下对准仪与步进式的区别：对准仪使用的是1：1的光掩模，不管是接触-渐进式，还是Micralign,掩膜上的电路图是多大，照在硅片上就是多大。Micralign的开创之处，在于把直接的遮蔽式光刻，升级成了间接的投影式光刻，但它的投影仍然是1：1的等比例，这样做的最大好处是光刻速度快，因为掩膜大小与硅片基本一致，做一次光刻，能够曝光一整张硅片，但缺点是图像对比度，数值孔径和精度受限制，
而步进式光刻机则是采用缩放投影的方式，利用光学镜头，把掩膜板上的图像，缩小到原来的1/5或1/4,再投射在硅片表面，这样就大大提高了曝光强度和细节上限，能让光刻精度进入次微米级，同时也极大方便了光掩模的制作，因为掩膜图形可以比实际尺寸放大数倍，然而这么做的缺点也很明显，现在光刻的曝光区，不再是整张硅片，而是只有硅片上的一小块区域，所以光刻要化整为零，每曝光一次，承载硅片的平台，就必须自动平移到下一个区域，一步步推进，直到整张硅片完成曝光，因此得名，步进式光刻机。
和大面积曝光的对准仪相比，步进式光刻机，就是牺牲速度，换精度，但这种可动的硅片工件台，并不简单，尤其当芯片制程越小，对精度测控和加速减速的要求就越严苛。早期的工件台通常是伺服电机驱动的二维平台，后期则是一个气悬浮或磁悬浮的移动系统，搭配激光干涉仪或光栅尺组成的测控系统所形成的一个集光学，电子，机械于一体的复杂精密部件，
让我们回到光刻机的战场，1978年GCA初步解决了硅片平台的技术问题，推出了世界上首台自动化步进式光刻机DSW4800，这台机器采用G线光线和10：1的倍缩光掩模，尽管光刻速度较慢，50万刀的定价，也远远高于Micralign,但它在稳定性，分辨率，数值孔径，以及套刻精度上的优势，让其一诞生就获得了包括IBM，仙童，德州仪器等大厂们的青睐，第一年的销售额就高达1200万美元，1981年更是猛增到了1.1亿美元，这个势头让PE有些压力，但这一年，他们家也推出了新的Micralign 500,这是第一台产能突破每小时100张硅片的光刻机，把对准仪的速度优势发挥到了极致。
然而芯片的尺寸，正按照摩尔定律的剧本极速缩小，光刻的精度变得越来越重要，此时距离PE拔得头筹也没过几年，还沉浸在胜利的喜悦中，没有意识到对准仪的时代即将落幕，而GCA很快将凭借步进式光刻机，一步步王者归来。
自此，全球光刻机市场，一直都是美系厂商的天下，谁赢得了美国内战，谁就是世界第一，然而就在两家美国厂商展开最后决战之时，1982年，在IBM和德州仪器的工厂里，又出现了一台来自海外的光刻机，不管是光学系统，还是硅片平台，看上去都和GCA的步进式机台如出一辙，它的名字叫NSR-1010g，来自日本的尼康—GCA曾经的供应商。
日本VLSI：
为什么这家做镜头配件的日本厂商，能在短短几年内打破GCA的技术垄断，研发出自己的步进式光刻机呢？故事还要从1976年说起，这一年日本的通信产业省，开启了超大规模集成电路计划，简称VLSI项目，这是一个举全国之力，推动电子产业升级的四年规划，政府每年投入180亿日元，把日本国内最大的五家半导体厂商：东芝，日立，富士通，三菱电机，以及日本电气组成技术联盟，要求这些竞争对手们，放下隔阂，携手合作，集中力量办大事。
关于VLSI项目和80年代美日半导体之战，是一个更加宏大的话题，今天我们的重点是其中局部的光刻机战场，在四年的规划中，日本选择了几个要重点突破的技术路线，光刻技术和设备就是其中之一，因此作为老牌光学厂商的尼康和佳能，虽然明面上没有加入该项目，却也在通产省组织的合作框架下，开始了各自的光刻机仿制任务，佳能此前主要做相机镜头，在精密测量部分尚有欠缺，因此仿制的是门槛较低的Micralign对准仪；而尼康既能做高分辨率的相机镜头，又有做天文望远镜所积累的精密测控技术，这两者都是解锁步进式的前置技能，因此尼康更加被寄予厚望，开始仿制GCA的光刻机.
从山寨到超越：
尽管自身的技术积累不俗，但尼康要想实现从无到有也并非易事，好在，还有友军的全力支持，日本电气把买到的GCA光刻机，交给尼康偷偷拆了研究，
这件事是怎么被知道的呢？当时GCA产能极其有限，步进式光刻机优先供给美国本土客户，所以这台好不容易买到的进口光刻机，日本电气也舍不得白给，拆完之后打算重新组装接着用，然而光刻机不是拼高达，装好之后发现用不了，只能厚着脸皮找GCA报修，结果被美方工程师发现机台被拆开过。
有了参考样本，尼康的研发过程很顺利，1980年就推出了自己的步进式光刻机，第一代原型机当然有很多问题，但日本电气和东芝支持国产，爽快的买下并反馈使用体验，有了国内客户的资金兜底和经验分享，尼康得以很快的实现了原型机的技术迭代，并于1982年成功地把机器卖到了美国的IBM和德州仪器，美国人惊讶地发现尼康的“山寨”机台，性能更好，尤其是镜头稳定性和自动化程度，足够机器独立运转数小时，而GCA的“原版”光刻机，还需要操作人员的随时干预，更要命的是，日本人的服务态度也远超美国人，
当时业界有一个笑话，买一台GCA的光刻机，送一本维修手册，上面就一句话“我们家最好的光刻机”，而买一台尼康的光刻机，赠送5名工程师组成的机台大保健礼包。正当尼康一路高歌猛进之时，GCA的产能问题，却迟迟没有改善，原因就是单一镜头供应商蔡司，此刻正处在低谷期，镜头质量问题频发，还经常延迟交货，无法满足GCA扩大产能的需求，此消彼长之下，两年之后的1984年，尼康的销售量和盈利就基本与GCA打平，并且还率先推出了升级光源后的I线光刻机，
同一年日本的另一家厂商佳能，也推出了自己的首款步进式光刻机FPA-1500，转过年来的1985，尼康正式超过GCA，成为光刻机第一大供应商，于此同时，在荷兰的小城，一家员工不到100人的小公司，刚刚有了自己的新名字：ASML阿斯麦，一个新的时代开始了，可怜GCA 王位还没有做热，这一年就大亏1.45亿美元，次年放弃低端机型，断臂求生，把全部身家押在高端机上，但仍然无法挽救资金链断裂，蔡司退出合作的败局，到80年代末，曾经垄断全球的美国光刻机产业，已是风雨飘摇，行将就木；而日本的尼康佳能，却已强势崛起，牢牢占据着70%的市场。
以史为鉴：
为什么当年的日本光刻机能快速崛起，彻底打败美国的垄断？
首先是他们在光学设备和精密机械上的技术积累，这是日本能快速追上美国的前提；
二是政府集中力量办大事，VLSI项目出钱，摇人，成立联合实验室，实现了上下游厂商甚至是竞争对手之间的梦幻联动，东芝和日本电气肯为不完美的光刻原型机掏钱兜底，也乐于给尼康佳能提供技术支持；而美国芯片厂不愿和GCA分享生产细节，生怕泄露给竞争对手；
三是日本厂商的垂直整合度更高，尼康和佳能不管从镜头到平台，用的都是自家的东西，从源头解决需求，研发沟通更迅速，产品迭代更精准，生产成本更低廉，而GCA完全依赖蔡司镜头，一旦对方品控或沟通有问题，会反噬自身，这个缺点在后来阿斯麦与蔡司的早期合作中也出现过；
四是美国厂商的守旧与傲慢，PE固步自封，守着Micralign 系列一路做到底，等到失去市场才急着转型；GCA则目空一切，当客户反馈尼康的机器性能更好时，管理层只是把锅甩给销售团队，而不相信自己在技术上会居于人后，
五是日本厂商有着更好的经营理念和服务支持，GCA在亚洲的服务团队，都是外派的美国人，后期才开始聘用本地工程师，反观日本，对于客户的需求非常重视，在尼康把第一台步进式卖到美国的1982年，就在硅谷设立分公司，建立自己的本地支持网络，
当然，除了美日厂商之间的差异，也要考虑历史的进程：70年代末还处于半导体产业的发展前期，各种光刻技术野蛮生长，专业壁垒不深，技术爆炸频仍，光刻机市场风水轮流转，日本快速反超的打法，放到如今，商用光刻基本成熟，尖端研发陷入停滞的当下，很难被复制，
另外还有当时的经济大背景，是美国还处于石油危机所引起的经济衰退中，GDP下降，失业率上升，美联储不得不实行货币紧缩政策，而日本经济正处在欣欣向荣的上升期，尤其是半导体产业，80年代的日系厂商，在内存芯片市场攻城略地，打得美国芯片节节败退；
1980年德州仪器收入缩水14%，AMD净利润下降60%，英特尔被逼裁员2000，之后更是退出了Dram存储业务，不过日本确实是有点飘了，美国是不会眼看着自己被全面超越的，况且手底下的小弟众多，也绝不能让一人吃肉，众人眼红，现在技术和生产上都卷不过日本人，那就上政策。
结：
就在尼康光刻机打败GCA的1985年，广场协议在纽约签订，次年9月，又出台美日半导体协议，对日本芯片强制征收100%的惩罚性关税，自此日本的芯片产业开始盛极而衰，他们赢得了光刻机战役，却正在输掉半导体战争，日本吐出来的生态位，让三星的内存芯片和台积电的工艺制造，趁机发展壮大，不过，在光刻机上的技术优势，日本一直维持了近20年，直到欧洲的阿斯麦羽翼渐丰，接连发起了twin-scan(双平台），Immersion(水浸没）和EUV（光源）三大战役，最终将日系双雄斩于马下。
