02　合法的印钞机

1970—1975

天生的工程师

Natlab的工程师赫尔曼·范希克（Herman van Heek）和吉斯·布休斯（Gijs Bouwhuis）在同一办公室工作，他们对芯片生产过程中产生的浪费感到震惊。

如果有人能欣赏到光刻中的工程技术，那么这个人就是哈斯霍西姆·梅耶。就像弗里茨·克洛斯特曼和爱德·鲍尔一样，梅耶知道亲手打造一些东西意味着什么。当卡西米尔在1964年任命他为主任时，多面手梅耶好奇地打量着他周围的机械和光学领域中的那些奇迹。空气轴承、静压轴承和亨德里克·德朗的光学测量系统：这是一座充满精密技术的金矿。梅耶很欣赏弗里茨·克洛斯特曼和爱德·鲍尔利用Natlab的发明制造出用于生产光掩模的机器。

在20世纪60年代末，梅耶利用职权重组了各科研团队。他把光刻技术从光化学小组转移到光学小组。他安排克洛斯特曼领导开发光导摄像管的小组。1969年11月1日，赫尔曼·范希克和吉斯·布休斯接手了克洛斯特曼原来的工作。布休斯在德朗的光学小组已工作多年，但对范希克来说，光学是一个全新的领域。他们将一起为实验室的掩模生产团队提供科学支持。

在1969年的最后几个月里，两人没有碰到新的大挑战，其主要工作是关注掩模部门日常提出的问题。在那段时间里，团队里的10个女人和3个男人忙着为电路板、阴极射线管和芯片制作掩模，因为对当时掩模的需求很旺盛。

赫尔曼·范希克来自一个在纺织业赚了些钱的荷兰家庭。年轻的范希克在阿姆斯特丹长大，后来搬到莱顿，他的父亲在那里找到了一份社会学教授的工作。范希克的发明家基因来自他的母亲。他母亲的家人里有3位工程师，其中包括著名的教授费利克斯·万宁·梅恩兹（Felix Vening Meinesz）——用于测量重力的光学仪器的发明者。

范希克在莱顿的大学学习物理，最后在卡末林·昂内斯实验室从事低温研究工作。他的8位前辈中有7位在飞利浦找到了工作，所以他在实验室工作结束后自然而然地给飞利浦在艾恩德霍芬的人力资源部打了电话。飞利浦人力资源部不久后便安排他与Natlab的各位总监面谈。1964年，他开始在Natlab工作。

克洛斯特曼是一名遵守纪律、一丝不苟的研究人员，留着披头士发型的范希克在生活中则随性快活得多。在飞利浦的头5年里，范希克发现自己对科学研究没有太大的兴趣，他不仅对Natlab的一些研究人员抢占地盘的热潮不感兴趣，反而心生反感。

与克洛斯特曼不同，范希克对层级不甚看重，他也不关心地位。这可能是因为，作为一个富二代，他早已习惯了富人的圈子。这位刚毕业的研究人员在飞利浦任职初期就参加了一项针对年轻学者的活动，当他正在自助餐会上忙着往盘子里放食物时，首席执行官弗里茨·飞利浦先生认出了他。“范希克，我听说你家的工厂已经破产了。”这位飞利浦的继承人在排队时喊道。整个房间的人都听到了他的声音，但范希克并没有失去冷静。“工厂没有破产，”他回呛这位飞利浦的继承人，“我的家人自己决定要停产，但我们的纺织公司已经持续了8代人，让我们看看你的公司能活多久。”

1964年，当范希克加入Natlab时，他深入研究各种课题。他将各种半导体材料放于显微镜下，研究计算机存储器，这种存储器可以替代当时仍由工人手工组装的磁芯存储器。在里奥·图莫斯的小组中，他还研究传感器，以测量大脑、心脏和肌肉的电信号。之后，他在英国的穆拉德研究实验室待了1年，在那里他组装了他的第一台仪器：一台用来测量空气污染的近红外光谱仪。回到荷兰后，他在气体放电小组的研究以失败告终。那个研究让他无聊得想哭。原子吸收、荧光测量、塞曼效应等都够烦人的。当他暴躁时，他就取笑同事们的自大和其他人的坏习惯。因此，他当时和同事的关系很不好。

范希克只是不适合做研究，但他是个天生的工程师。制造东西让他感到更快乐，比如他在穆拉德研究实验室制造的光谱仪。在他看来，大自然就像一个巨大的柜子，充满了物理效果和现象，而他将打开其中合适的抽屉来解决自己的问题，从而获得快乐。

当范希克与部门总监梅耶谈论自己的不开心时，梅耶建议他申请在掩模中心新设的职位。于是，这位科学家兼工程师最终进入了皮特·克莱默（Piet Kramer）领导的光学部门。范希克负责其中的一个应用部门，这个部门的主要任务就是制作光掩模。在那个年代，Natlab的每个人几乎都在微观领域工作，而掩模部门无法满足各个应用部门的巨大需求。制作掩模的日常工作主要落在助手身上。作为团队的科学代表，范希克潜心解决每天由Natlab的研究人员和工业部门的生产人员提出的特殊问题。

1969年前后，范希克早年在Natlab写报告的激情已经褪去，他已经成长为一位自信的工程师，一个觉得写两个句子以上向领导做季度总结都浪费时间的人。他非常清楚，克莱默和梅耶对那种关于科学的自吹自擂的详细报告不感兴趣。

范希克喜欢直截了当，他认为没有必要浮夸和自大。在他的报告中，他甚至加入了幽默的评论和措辞诙谐的批评。他在光学小组的第一个报告以这样的评论结束：“事实上，我现在所在的实验室的面积只有85平方英尺（1英尺约等于0.3米），没有水供应。每次我从外面走廊打水回来都觉得自己是个流浪汉。”

范希克在光学小组的第一年并不令人激动。范希克必须确保掩模部门配备最先进的仪器和技术，但光刻技术太超前了，使他几乎没有现成的东西可以用。他决定更多地了解后续的工艺：当掩模用于实际生产时，他观察到的东西让他惊讶地从椅子上摔下来，芯片制造过程实在是极其浪费。

那时，芯片大约由10层组成。每一层都需要特有的光掩模。但大约进行10次接触光刻后，掩模就会损坏并且无法再使用。这意味着，奈梅亨晶圆厂每生产一片晶圆，就会有一个掩模被扔到垃圾桶里。这真的有点丢人，但最糟糕的是，并不是每个芯片能正常工作。进行几次光刻之后，这些掩模就会出现各种差错。在飞利浦的芯片工厂中，如果每50个新设计的芯片中有一个能够工作，工厂的员工们就会很高兴。范希克认为，一定有更好的办法。这一想法驱使他在长达几个月的时间里竭力寻找替代方案。

和范希克一样，吉斯·布休斯也不是天生的研究人员，但布休斯有着完全不同的背景。他没有接受过大学教育。在当地的职业学校就读后，布休斯于1948年参军，之后他暂时接替生病的兄弟在卖酒的商店洗瓶子，并做做算账之类的杂事。他兄弟康复后，布休斯接受了他能找到的第一份工作：一份在荷兰贸易协会的薪水不错的行政工作。

他几乎忘了他也申请了飞利浦的岗位。在阿姆斯特丹的银行工作了几个月后，他收到了入职测试邀请。作为一名工程师，布休斯的心脏跳动得很快，他决定南下去飞利浦的人力资源部门进行职业测试。而后，飞利浦给他传递了一个令人惊讶的信息：他们认为布休斯最适合当翻译。但这位脚踏实地的年轻人并没有因此而动摇，他想成为一名工程师。1951年他终于被聘为Natlab的一名助理。

在皮特·范阿尔芬（Piet Van Alphen）领导的光学小组中，布休斯可以研究光学。在光学小组的最初几年里他彻底找到了窍门。他在公司内部的工程学院上夜校，有时间就沉浸在材料研究中。他还在图书馆待了几个月，那时候在Natlab，花自己的工作时间来学习知识是完全没有问题的。他如饥似渴地学习技术和读书，不放过任何涉及光学的东西。资料通常是用法语写成的，因为当时法国是光学学术的大本营。布休斯有机会学习、吸收这一切，并钻研作为光学现象基础的数学和物理知识。在范阿尔芬和后来的德朗的带领下，他逐渐成长为Natlab著名的光学专家。他将为可以长时间播放视频的圆盘（CD光盘的前身）和光刻机做出重要贡献。

范希克目睹了Elcoma晶圆厂生产中的浪费现象，光学工程师布休斯也明白了这个问题多么棘手。他们对研究越来越小的结构的兴趣愈发高涨。在Natlab，这些问题一直困扰着他们。他们比任何人都更了解接触式光刻的局限性。因此，他们必须精确计算掩模和光刻胶之间的距离，以最大限度地减少细节边缘折射所造成的影响。

由于光刻版和晶圆从来都不是完全水平的，因此晶圆就会受到牛顿环的干扰。牛顿环是由两个表面之间的光线反射所形成的干涉模式。用力紧压是解决这个问题的良方，但不能彻底解决该问题。到目前为止，布休斯已经完全厌倦了接触式光刻，他知道这项技术在芯片制造中已濒临淘汰。现在他和范希克需要想出新的解决方案，并花了几个月的时间讨论对现有技术的调整。他们估算着成功的机会。是否应该把精力投入能够快速定位掩模缺陷的自动化检测设备的制造中？在接触光刻的过程中，是否应该在光掩模和晶圆之间涂油？布休斯认为后者只是一个临时的办法。

这时，两人已经无路可走了，没有更多的权宜之计来延长接触式光刻的使用寿命。唯一的解决方案是从1︰1的复制芯片模式转向直接缩微投射到晶圆上的模式。这是一个显而易见的方案，但它的实施难度极高，范希克和布休斯一直不敢尝试。

因为出现了一个极其困难的问题。制造一个芯片需要连续多轮成像，所有这些曝光的图像都必须非常精确地套在一起。但是，机器如何确定前期曝光的确切位置呢？这些前期的图像现在隐藏在一层新的光刻胶下。简单地说，这就是范希克和布休斯必须解决的难题。

幸运的是，他们的前辈克洛斯特曼已经奠定了很坚实的基础。克洛斯特曼的6镜头重复曝光光刻机的精彩之处在于，它生成的掩模彼此之间完美地对准。这在芯片生产过程中是至关重要的：芯片的每一层都能精确地对齐。在工厂里，通常要靠女性的双手才能非常准确地使玻璃和晶圆对齐，然后对它们进行曝光。范希克和布休斯在精度上面临着相同的挑战，但他们的机器必须定位光刻胶下方的前期图案，并以极高的精度将新图案投射到它们上面，然后连续多次重复这一过程。

范希克与他的老板克莱默和梅耶讨论了这件事。他们一致认为，试图进一步改进接触式光刻技艺是没有意义的。将图案直接投射到晶圆上的想法并不疯狂。克洛斯特曼研发的光刻机在几年前已经使芯片生产向前迈出了一大步，它使Elcoma从制造单个晶体管过渡到能够制造集成电路。范希克建议，作为光刻机的光学供应商，CERCO还可以帮助Natlab制造光学元件，用于将电路直接投射到晶圆上。

范希克的想法是继续以光学为突破口，首先是从照相装置开始的。克莱默和梅耶都知道，飞利浦的芯片研究和生产工作都靠克洛斯特曼的设备取得了惊人的进步。展望未来，可将电路直接投射到晶圆上的机器在科学和商业上都意义非凡。

克莱默和梅耶也知道，在20世纪60年代初，飞利浦已经展露了在计算机和晶体管领域成为具有全球影响力的公司的雄心。很明显，公司10年后的发展取决于集成电路。处于芯片技术前沿的公司可以实现规模经济，并使为产品添加新功能的成本降至最低。飞利浦拥有大量的产品：不仅包括电视和收音机，还包括交换机和计算机。芯片是公司未来发展的关键，也是各个公司投资的方向。

不出所料，当范希克和布休斯提出他们的想法时，Natlab的经理们的眼睛都发光了。经理们的决策时间很短，也未对研发成本设限。“赶紧去做吧。”他们告诉范希克和布休斯。

旅行伙伴

赫尔曼·范希克和吉斯·布休斯从美国之行中获得灵感，他们在美国接触到了充满活力的半导体行业。

赫尔曼·范希克和吉斯·布休斯在光学部门工作了一年后，1971年1月，他们前往美国参加在拉斯维加斯举行的第一届国际光学工程学会（SPIE）会议。范希克被安排代表Natlab做报告，他很紧张。对他来说，这样的活动只是科学界的占地把戏：研究人员向大家展示自己有多出色。

此时，范希克和布休斯已经深入了解了在无接触的情况下曝光晶圆的方案。因此，这对旅行伙伴充分利用这个机会，在美国探索这种光刻技术。他们知道，Perkin-Elmer和优特公司正在研究非接触式光刻机，这种机器可以一次性曝光整个晶圆及其所有电路。这些1︰1的投影机并不能缩小图像，但范希克和布休斯所设想的装置可以做到。这两个人每次开会都疯狂汲取知识。

在美国，范希克和布休斯接触到了充满活力的半导体行业，行业中有许多新的创业公司。20世纪60年代已经证明，芯片在无数的市场中提供了几乎无限的机会。许多创业公司和老牌公司都在转向新技术的研发，并提供专业知识、材料、设备和工程服务。

微型化是这场发展风暴背后的动力。对更强的存储能力和计算能力的渴望是永远不会停止的。芯片制造商正使出浑身解数来光刻更细的线条，并在生产过程中设法取得尽可能高的产量。

无论是美国人、欧洲人还是日本人，都被接触式光刻的局限性所困扰。更细的线条还会使掩模更加脆弱，并导致宕机次数增多。这是一种复杂的平衡，在这种情况下，芯片制造商必须不断调整他们的机器，使它们的功能达到极限。但每个人都很清楚，接触式光刻已经过了黄金时期，整个行业都在迫切地寻找替代方案。

主要芯片制造商如IBM、仙童半导体、德州仪器和美国电话电报公司都在研究这个问题并开发自己的生产设备。欧洲主要由飞利浦、西门子和德律风根等跨国公司的主要实验室推动其集成电路的进步，而美国拥有一个蓬勃发展的生态系统。在这个系统中，小型创新芯片公司也在发挥着重要的作用，即使在需求增长的情况下，芯片价格仍在不断下降。

美国迅速增长的小型半导体公司为典型代表，它们需要把所有的精力都放在开发和生产上。因此，为了生产自己的芯片，这些公司开始寻求与其他公司进行合作。除了蓬勃发展的芯片行业外，硅谷很快就会形成一个健康的设备生产市场。独立的创业公司和老牌公司都跃跃欲试。新的熔炉、蚀刻器或蒸发器很快就能被制造出来。

但光刻是另外一回事，即使是对预算庞大的公司来说也是如此。正如军队在20世纪50年代为半导体和芯片的发展提供了动力一样，美国国防部是20世纪60年代推动光刻创新的引擎。10年才过去一半，接触式掩模就已经暴露出越来越严重的问题。1967年6月，莱特·帕特森（Wright Patterson）空军基地与Perkin-Elmer签订合同，让Perkin-Elmer开发一种不使用接触式光刻的系统。他们想要一种能将缩微图案直接投射到晶圆光刻胶上的装置。

当时，Perkin-Elmer是一家先进的美国公司。这家位于康涅狄格州诺沃克的仪器制造商在用于科学工作和国防工业的定制光学仪器方面拥有丰富的经验。美国空军想要一个系统，该系统可以将包含数百到数千个完整的1︰1芯片图案的整个掩模成像到一个2英寸（1英寸约为0.025米）的晶圆（比白兰地酒杯杯脚还小的一个圆盘）。此外，投影仪必须能够投射2.5微米大小的图像细节。

Perkin-Elmer快速地制造出了这种微型投影仪，这在当时是令人敬畏的成就。该仪器可以在2英寸的晶圆上投射3亿个像素，足以提供所需的2.5微米的分辨率。美国空军很满意，但对准系统使设备价格惊人，Perkin-Elmer甚至没有试图将其商业化。除了Perkin-Elmer，优特也制造了一台非接触式1︰1光刻机。当范希克和布休斯穿越大西洋时，这些光刻发展成果已经渗透美国芯片行业。在他们的旅行中，他们与通用电气和IBM等公司讨论了微型投影仪。

技术文档

赫尔曼·范希克和吉斯·布休斯创造了世界上第一台步进光刻机。范希克是系统架构师，布休斯则研发了一种精确度最高的对准技术。在随后的几十年里，荷兰的光刻技术传遍了全球。

在他们的旅行中，赫尔曼·范希克和吉斯·布休斯听说，Perkin-Elmer做了首次尝试但产品未能成功上市。他们遇到的大多数美国人都说，他们不再相信光学光刻，而是要把希望寄托在电子束上：电子束可以直接刻画非常小的细节。

范希克和布休斯仍在继续研究可以缩小图案的光学投影仪。如果他们成功地将图案缩小并直接投射到晶圆上，他们就将拥有卓越的技术，所有接触式掩模的损坏问题都将成为过去。此外，非接触式方法还将减少差错和掩模上的灰尘。即使有一点灰尘最终在晶圆上也会变得很小，通常不会造成任何问题：这最终将提高芯片的良率。

他们的设备还必须能够将晶圆移动到1微米精度的光区里，以便以极高的准确度曝光下一个图案。其中对准是一个主要问题。大约10次的连续曝光必须精确叠加。

最大的问题是，机器将如何在晶圆上准确定位？这不是一个容易解决的问题：由于中间所有的化学和物理处理，他们在晶圆上制作的任何标记或其他图案最终都会消失不见；此外，晶圆也会被一层新的光刻胶覆盖以曝光下一个图案。是否能制造出这样一种设备，可以一个接一个地把所有的图案都投射到晶圆上，同时将误差保持在几十分之一微米的范围内？

在20世纪70年代，许多主要的芯片制造商都在研究用来解决这个问题的机器。几乎所有人都决定利用晶圆上某种鲜明的特征来确定位置。但布休斯提出了一个更稳健的解决方案。他在相位光栅领域已经有多年的经验：将相位光栅用于位移测量系统，比如克洛斯特曼研制的光刻机上的晶圆台。

范希克也熟悉这项技术。在实验室里，他相当于经营着一家小型工厂，专门制造像光刻机这样的设备所用的扫描头。这些扫描头可以读取由4微米宽的虚线组成的代码。这一方法由亨德里克·德朗的小组提出，并由布休斯完善。

相位光栅看起来有点像芦笋田，有1/4波长（用来读取光栅的光的波长）高的小堆。传感器使用光学偏振和相位对比技术，这使得它可以读取那些虚线。范希克和布休斯很快就明白，这些光栅和相关的光学设备能如何解决他们的问题。他们意识到，相位光栅在芯片制造过程中可以不被损坏。

答案是显而易见的。如果他们能把一个小型芦笋田放在晶圆上，并将掩模和其他东西都用偏振激光对准，那么理论上可以解决他们的问题。相位光栅的唯一缺点是所需的光学元件极其复杂。但他们毫不犹豫，开始试验在晶圆上制作线条图案和类似的其他图案。

凭借在光学方面的经验，布休斯知道他可以在实验室里实现自己的设想，但他严重怀疑这项技术是否能在条件苛刻的生产环境中应用。“在Natlab里很容易应用它，”他告诉范希克，“但一旦它到了工厂，我就会很担心。不能保证这种装置在工厂中仍能适用。”

现在回想起来，这一切似乎很简单。但在1971年，用于光刻芯片的光学解决方案与时代不同步。美国人对用电子束直写感到兴奋，它虽然速度很慢，但比光学光刻要精确得多。每个人都期望电子束直写能使吞吐量得到提高。

布休斯对电子束直写了解不多，但所有关于电子束直写的光鲜亮丽的故事都使他产生疑虑。他严重怀疑，为芯片生产打造如此复杂的光学设备是否值得。“如果事情继续这样发展下去，那么电子束直写将是一个强有力的竞争对手，我们这一切都将白干了。”他告诉范希克。

最后他们的结论是，无论发生什么情况，光学光刻设备的速度都需要比电子束直写设备快得多。否则，机器就会太贵，而且电子束直写设备的发展肯定会令光学光刻设备望尘莫及。在整个生产过程中，晶圆将不得不在其设备中移动10多次，每移动一次机器都会一步一步地创建上百个图案。如果范希克和布休斯的进程不够快，他们就只能被迫停止研发了。

因此，范希克和布休斯花了几个月的时间交流想法和新主意。他们坐在一间只有两扇窗户宽的办公室里，两人并排坐在桌前，望着外面的树木。房间小到一边只够放一个文件柜。

布休斯的个性安静内敛，但他把自己变成了一本行走的光学百科全书。范希克有自由的思想，他不想受任何光学知识的束缚，提出了最疯狂的想法。“吉斯，如果我们把一个10倍缩小的镜头和一个10倍放大的镜头背靠背地放在一起，能得到1︰1的尺寸吗？”当布休斯听到这种愚蠢的问题时，他给范希克做了简短的讲解，并把他送到图书馆，在那里范希克可以了解情况。

他们之间的交谈不多，而且所有的交谈也都是关于工程的。布休斯一开始并不是个健谈的人，他也不希望成为大家关注的中心。范希克也避免与同事进行私人交谈，主要是因为他担心谈话会导致分歧，这是他非常不愿意看到的。

经过几个月的思考，这一刻终于到了。1971年5月，布休斯、范希克和爱德·鲍尔在技术文档105/71中说明了为什么他们更倾向于使用光学步进和重复投影技术来缩小图案，而不是以1︰1的比例曝光整个晶圆。在说明了相关情况后，他们表明需要70,000美元来制造一台样机：45,000美元用于光学部分，其余用于电子和机械部分。3人写道：“Natlab的光学小组更喜欢重复曝光系统，而不是1︰1的投影系统，两种系统之间的关键区别在于前者能够满足未来的需求。”

这台机器很快就有了名字。克洛斯特曼研制的光刻机能在玻璃板底片上烧出图案；范希克和布休斯研制的机器能将这些图案直接投射到晶圆上，所以他们称之为晶圆重复曝光光刻机1代（Silicon Repeater1或SiRe1）。

范希克、布休斯和鲍尔提出了一个结合Natlab以前的光刻机和光图机（Opthycograph，参考附录4）的系统。他们写道，机器的运动是“停—走”。他们的晶圆重复曝光光刻机没有闪光灯，而是用功率为1,000瓦的水银灯。光线将通过镜面冷凝器、镜头和掩模照射晶圆。光线不断烧出图案，而快门机制会严格控制光线的量。

就像克洛斯特曼一样，范希克和布休斯也像Natlab的局外人。他们的行为并不像研究人员，而更像开发人员或工程师——范希克是系统工程师和架构师，而布休斯则是光学专家。他们想解决一个实际问题：如何以最快的速度将只有几微米宽的图案投射到晶圆上。

本图是晶圆重复曝光光刻机1代的气动系统的一部分。该装置的很多功能，甚至在水平方向上移动晶圆，都是通过压缩空气来实现的。

其中最困难的地方之一是对准掩模和晶圆。就像前面说到的，非接触式光学投影的原理大部分是明白易懂的，但对准问题是如此棘手，以至于范希克和布休斯花了很长时间仍未找到大规模生产的方法。就像登陆月球一样，他们知道这是可以做到的，但要想完成这件事，还需要疯狂的努力。他们想要制造的这种设备所面临的挑战是相当大的：它需要绝对高的精度，而且还必须可靠和快速。

举例来说，镜头的标准极其严格。要精确地叠加10层投影或10层以上的曝光，镜头必须没有丝毫失真。

但这一切都是从对准开始的，对准从字面上和实际意义上来说都是一个简单的词。在机器将图案投射到整个晶圆上之前，首先要知道晶圆的确切位置；然后，晶圆的坐标必须与掩模的坐标完全一致，且必须达到几十分之一微米的精度。这不是手工可以做到的事情，因为这将花费太多时间。

只有这样，曝光过程才真正开始。一旦机器可以准确定位晶圆，并知道以前每次曝光时的坐标，就可以自动将晶圆上的光刻胶曝光。这意味着，在每次曝光之前，光刻机必须以1/10微米的精度定位晶圆所在的那个格子。诀窍是让机器首先大致确定晶圆的位置，它们首先需要做到粗控制，以使对准标记在激光束的范围内；然后，设备必须以极高的精度对准晶圆和掩模上的标记，一旦做到了这一点，设备就能准确地定位晶圆；最后，它可以投射图案到晶圆上。

范希克和布休斯花了几个月的时间讨论实施方案，不放过任何细节。起初，他们的老板克莱默也会参加，他经常到办公室来询问事情进展。除了对准标记，光路也是棘手的问题，激光的轨迹必须在掩模上的标记和晶圆上的标记之间。有一次，他们中有人提出，应该让定位激光穿过投影透镜组：“激光需要穿过镜头组，而不是穿过单独的镜头。”

在20世纪70年代，他们所有的竞争对手都在使用单独的光路进行投影和对准。他们的设想将面临一些挑战。首先，将两个镜头牢固地固定在一起是至关重要的。即使这样，错误还是会逐渐出现。通过成像光学系统发送激光的想法很简单，但具有突破性。布休斯正是那个可以解决问题的人，并且他在后来还取得了镜后测光的专利。这个发明是皇冠上的明珠，后来将由飞利浦与ASM国际公司的合资公司——ASML继承。

相位光栅和镜后测光的结合是如此的具有革命性和先进性，它使ASML在未来几十年的竞争中一直领先。这种结合和直线电动机（后来在Natlab实现）一起构成了ASML成功的技术基础。它是一项关键的发明，将使ASML征服全球市场，并成长为2000年后芯片光刻工艺的主要供应商。

投影系统并不是范希克和布休斯所面临的唯一光学挑战。这一过程还涉及大量的操作和精准的移动。例如，机器必须将晶圆自动放置在定位台上（就像将比萨饼放入烤箱一样），台面必须用力吸住晶圆，然后以超高的精度将其置于镜头下。速度也很重要，范希克和布休斯知道，这是他们唯一可以与电子束直写技术竞争的优点。通过简单的计算，他们了解到曝光本身所用的时间只占总处理时间的1/10，所以他们需要在机械操作和力学方面节省时间。

范希克很肯定，要制造这台满含自己感情的机器，他需要鲍尔。当时，鲍尔被认为是Natlab迄今为止最好的机械工程师，甚至可能是整个飞利浦最好的机械工程师。在鲍尔成为飞利浦年轻新秀的头几天，他就在为成为公司顶级设计师而奋斗。他是一个有创造力的人，比任何人都清楚如何解决机械问题，知道如何将工程师的需求转化为成品。在奈梅亨、汉堡和卡昂，到处都有Natlab的光刻机，他们都在谈论鲍尔的技艺。

范希克遇到了一个身高为6.4英尺的人，这个人的自信至少和他身高一样高。鲍尔的地位让他有资格挑剔。他不太喜欢以前的合作，每当范希克敲他的门，鲍尔作为设计师就会说出他的苛刻要求。他说：“听着，如果你想让我做到这一点，那么就要按照我的方式去做。我不希望你插手晶圆的机械操作部分，你只有权处理你的光学部分。”范希克不是一个喜欢对抗的人，他也想让最好的设计师来制造他的机器，所以他立即答应了鲍尔的条件。

鲍尔希望机器的大部分移动都利用压缩空气完成，这种选择并不完全是对的。范希克的同事们纷纷劝告：“这是什么意思，压缩空气？你还需要解决电子方面的问题！”但范希克则完全支持鲍尔。Natlab有一个电子设计小组，这是一小群尖刻且顽固的人。范希克还考虑过Elcoma在奈梅亨的电子工程师是否能做到这一点，但他认为自己对电子技术的理解不够好，无法远程指导研发。

因此，与鲍尔合作更为现实。范希克希望快速制造一台工作原型机，而这位设计师可以快速交付。他有大量的标准部件可供选择以实现气动控制，从而使项目可以顺利开始。

利用压缩空气的方式还存在一些争议。20世纪70年代初，Natlab正在积极研究气动机械。对于飞利浦的工厂来说，现在是一个全球化的时代，但它们生产彩电的速度不够快，使用气动控制有望极大提高自动化生产水平。鲍尔与Natlab的气动小组有着良好的关系，而对气动小组来说，光刻机是展示压缩空气优势的理想机会，他们答应给鲍尔所需要的一切帮助。

这就是第一台光刻机的晶圆操作部分不是由电子和电磁部件组成的，而主要由气动组件组成的原因。这是一个由气阀和软管组成的控制系统，这个系统可以实现任何操作，包括定位、夹紧、释放和移动。

杰拉德·安东尼斯（Gerard Antonis）在车床上制造了晶圆重复曝光光刻机1代的部件。安东尼斯是爱德·鲍尔团队中最有才华的仪器制造者。

晶圆重复曝光光刻机

步进光刻机是“印钱”的许可证，所以负责制造它的工程师们从不担心成本问题。

Natlab没有能力制造先进的光学元件，但作为技术丰富的研究大本营，其他部分都不在话下。研究人员可以接触到每个技术学科的顶尖科学家，以及最好的玻璃吹制工、机械师、仪器制造商和其他工匠。工程设备齐全的工作室随时准备着帮助工程师们打造最疯狂的装置。

至少在理论上是这样的。但实际上，并不是每个人都渴望主动提供帮助。赫尔曼·范希克在试图让Natlab为他的光刻机生产控制电子部分时体会到了这一点，电子研究人员并不热情。“书呆子”们不想参与，他们更喜欢专注于基础半导体的研究。他们瞧不起机器控制系统这种没有新鲜感的东西，因为这意味着要起草规格书和制作光刻电路板，而这无法帮助科学家取得名声。

当范希克敲响电子小组的大门的时候，他们也对这个工作不感兴趣。该小组负责人只是大概了解了一下这个项目，就表示他的助手们已经忙得不可开交了，他也不太看好范希克关于电子设计的提议。

范希克并未因此泄气。因为这个项目生逢其时，而他可以控制每一个决策。机器控制系统的解决方案很快就在Elcoma找到了。就像克洛斯特曼的光刻机一样，奈梅亨的电子机械化小组也很乐意提供帮助。Natlab的总监直接和Elcoma的管理部门进行了讨论。以几台光刻机作为交换，Elcoma将打造一个控制系统（一个6英尺高的机架上装满了电子元件），并愿意负责机器未来的维护。

Elcoma的电子机械化团队如此渴望投入光刻机的制造工作中是有充分理由的。在芯片制造过程中，决策人正在从制造机器的人转变为设计生产过程的人，这是飞利浦内部的一种新现象。

在20世纪70年代初，飞利浦仍然是高度等级化的公司。在工业事业部，电子机械化团队负责生产配套资源。他们开发机器并配备工厂生产线。不爱用外来技术的文化在飞利浦是很浓厚的。因此，飞利浦打造了自己的灯泡流水生产线，自己制造用于为阴极射线管吹制玻璃的机器，而且还自行制造了用于将电子元件装到电路板上的机器。

但在芯片工厂，工艺工程师们正在削弱技术支持团队和机器设计师的主导地位。权力平衡的状态正在发生变化。在晶圆厂，决定产量的不再是机械师，而是控制机器的人。他们知道几十个工艺步骤是如何相互影响的，如何利用现有的方法来实现高产。在芯片制造过程中，复杂度越来越高，所有的步骤都必须完全协调，例如应用光刻胶、曝光、蚀刻、氧化、蒸发等步骤。在Elcoma，权力也从机械化团队的手中逐渐转移到研发生产工艺的工程师那里。工艺工程师们越来越多地使用其他地方制造的专用机器，而且他们对使用结果感到很满意。当他们在飞利浦以外的地方采购时，他们也会获得更友好的服务，他们不必再依赖粗暴的同事、飞利浦的官僚体系或Natlab傲慢的研究人员。

但在20世纪70年代初，Elcoma的机械化团队仍然是尖端专业知识的源泉。他们正在使用计算机、编写软件和制造定制电子元件。当他们从Natlab得知范希克的要求，即为一种全新的光刻机开发控制电子元件时，他们抓住了时机，这是让自己重新回到中心舞台的一种方式。

这个项目结束后，Elcoma甚至在Natlab的范希克项目小组中派驻了一名工程师。这位工程师将制造和协调光刻机中运动的电子装置，处理测量头的位移信号和控制气动信号并管理简单的耦合器，如打开和关闭控制面板上的灯。这位工程师在奈梅亨得到了自己团队的支持，该团队的成员负责开发电子元件和制作印刷电路板，他们也在那里编写软件。

1971年9月22日，当范希克将他的季度报告发送给他的上司克莱默和Natlab的管理层时，内容仍旧简短而温馨。他清楚地描述了Elcoma和Natlab之间的平等伙伴关系。

“今年1月，我和布休斯访问了美国，向更多的观众展示了投影式光刻技术。在这次旅行中，我们有机会和其他实验室的人探讨如何解决与投影到晶圆上有关的问题。

“这些新的讨论催生出了关于解决光刻机投影问题的一个提案。这使Natlab的Santen小组和在奈梅亨的Elcoma达成了一个协议，即成立一个Natlab-Elcoma联合项目，以制造两台一样的光刻机。Elcoma将负责电子和信息处理，Natlab负责光学、力学和项目协调。关于整个设想已经制定出了详细的方案。”

范希克和布休斯肩负着一个任务，就是在与电子束直写的比赛中获胜。但竞争对手正紧追不舍：他们不知道到底有多少个对手，但他们估计可能有少数公司在探索同样的方法。这并不奇怪，如上所述，一步一步直接曝光晶圆只是一个简单的想法。范希克和布休斯确信，这就是这个行业需要的发展方向，即使他们不知道自己选择的解决方案是否是最好的。他们说：“这是我们必须发展的方向，即使道路艰难而复杂。如果我们做到了，我们就是领跑者。”

Natlab为这两位工程师提供了绝佳的环境。世界上只有少数地方可以让开发人员如此全身心地沉浸在技术里：他们只需询问就可以得到帮助或工具。在舒适的Natlab里，资金从来不是问题。他们可以自由选择最好的技术解决方案，而不必考虑成本。

集团领导克莱默和部门总监梅耶给予他们充分的支持，他们为光刻机的材料成本预留了7万美元。但范希克知道，飞利浦的未来取决于芯片，其实并没有真正的预算限制。事实上，他的任务是设计一台合法的“印钞机”：一台以最快的速度生产微小但极其昂贵的产品的机器。

为了保持良好的开发势头，系统架构师做出了谨慎的决定。他选择使用与克洛斯特曼用于制作掩模的光刻机完全相同的基础结构：相同的花岗岩基座，由晶圆台在静压状态下的x 轴、y 轴承控制系统。这是因为其操作原理与已经设计完成的光刻机基础结构相同，而且车间对其也很熟悉，所以生产和组装只需几个月。

并不是说这是最完美的解决方案，因为工作台上只有一个托架用于容纳和移动晶圆，与它成直角的托盘上则承载着较大的重量——投影透镜和水银灯的重量。整个装置的重量太大了，所以每进行一步都会让机器颤抖。为了抑制振动，工程师们花了很多宝贵的时间。但对于范希克来说这是可以接受的。毕竟他只需要制作一个功能原型而不是在工厂里使用的机器，他只需要证明步进重复光刻技术是可行的。

范希克把他所拥有的、能找到的技术都拼凑起来，他在寻找快速的解决方案。有时，电网中出现的尖峰会影响他的机器中的电子器件，这曾给Natlab的其他研究人员的实验造成了重大干扰。范希克决定不对电子器件中问题的根源展开详细的调查，因为他已经看到了电子支持团队不配合的面孔。相反，他选了一个简单粗暴的方法：买了一台10千瓦的发电机并把它连接到电网上，然后在上面又装了一台10千瓦的发电机，这样就得到了一个稳定的电源。

赫尔曼·范希克将现有的设备作为他的光刻机的基础。从图中，可以看到安装镜头的底座；框架下方是静压状态下的x 轴承和y 轴承；右边的气缸是用于向垂直方向移动镜头的液压电机。

范希克的自产功率调节器笨重且非常昂贵，但极其有效。他把这个发出嗡嗡声的装置放在超净室外面：它为设备中的所有电子器件提供电力，只需要把用于控制油压的电机插头插上即可。范希克已经解决了一个令人头痛的重大问题，所以这一切努力都是值得的。

由于供应商非常配合Elcoma，所以控制电子部分的开发进展顺利，但曝光光学器件的开发则完全不同。整个项目都依赖先进的镜头系统来光刻微米大小的图像细节，所以光学器件是最核心的部分。

Natlab拥有光学专业知识，但显微镜和其他仪器的部件制造则是另一回事。虽然Natlab有一个光学研磨小组且有熟练的磨工，但这些都不能满足光刻的要求。范希克不得不另寻他处。

克洛斯特曼让范希克去巴黎寻找光学器件的供应商。在那个年代，法国是光学和数学的天堂，其中心是CERCO，它是Natlab在法国的分支——LEP的主要供应商。这家小型公司享有博学者的盛誉，并为包括航空航天和国防在内的专业应用领域提供镜头。

更重要的是，CERCO的首席执行官埃德加·胡格斯是一位疯狂的科学家，一位只是因为喜欢实验而实验的人。他很有创意，在法国的大学里被称为“光学之神的耳朵”。他是研究人员中的研究人员，是一位只是为了尝试而乐于尝试新事情的人。对他来说没有什么算疯狂的了。CERCO的座右铭是“你提要求，我们来做”，因此Natlab的员工可以发挥他们的想象力。法国人是工匠大师，计算机对数字进行处理后，剩下的便由大师们手工磨合和抛光。

但是这次，范希克给他们带来了严峻的挑战。他想要一个能将极其微小的细节清晰成像的镜头。为此，必须将色散保持在最低限度：不同波长的光必须以几乎完全相同的角度折射，以获得清晰的图像。

解决的办法是使用来自汞灯灯光光谱的一小段波长。范希克要求CERCO打造一个镜头，可以用汞灯的紫外h线（405纳米），当时他还不好意思要求用紫外线i线（365纳米）。

布休斯还提出了一个要求，即在聚焦图像时，放大倍率不要改变。综合来看，这是一个巨大的挑战。

20世纪70年代初，克莱默的光学部门大规模地使用CERCO的服务。除了光刻机，长视频播放盘也需要越来越专业的光学器件，如非球面透镜。一批研究人员经常往返于巴黎和荷兰之间。范希克、布休斯、新的光学工程师约瑟夫·布拉特（Joseph Braat），甚至克莱默也拜访了胡格斯。在20世纪60年代，克洛斯特曼和他的同事们通常乘火车，而克莱默的团队则经常乘坐飞利浦自有的飞机从埃因霍温飞往巴黎。

Natlab的研究人员在巴黎时，经常从早上9点到晚上11点讨论光刻光学，然后再讨论非球面透镜直到晚上12点半。他们也经常在工厂里转悠，在那几天里经常可以看到有6个人忙于打磨、抛光和组装镜片。而在那几天的早晨，他们只喝一小杯咖啡，但之后胡格斯会在附近的餐馆安排丰富的午餐。

CERCO的首席执行官不仅是一位才华横溢的光学工程师，还是一位友好且懂得享受生活的人。他不是那种严格区分工作和娱乐的法国人。有一次，他带着布休斯参观了一个天文台，在那里他们欣赏用来测定光谱线的光学光栅。他偶尔也会邀请年轻的Natlab的工程师来家里和他一起吃饭，并与他的女儿们见面。还有一次，他带着他的访客去香榭丽舍大道上的疯马沙龙玩。他甚至提出带他们中的一个研究人员乘坐他的游艇去地中海旅游，但这位年轻的研究员礼貌地拒绝了。

这些交流都是用法语进行的。胡格斯先生不会说英语，但大多数Natlab的研究人员都会说法语，因为他们掌握的大部分光学知识来自法国。

就在同一个夏天，视频长播技术（VLP）也发展得更加成熟。克莱默决定花一个小时向Natlab的员工展示他的光学小组最近的工作进展。他自己用40分钟介绍VLP，范希克则用20分钟介绍SiRe1。介绍时长与直接和间接参与每个项目的人数大致成正比：在VLP上全职工作的人数已经增长到30人左右，而光刻机团队大概只有10名工程师，以及来自其他小组的全力给予协助的10位同事。

讲座吸引了大批Natlab的员工。分配给范希克的演讲时间较短，他开始以为不管生产多么先进的机器，科研人员对这种实用的东西都不会感兴趣。但前来倾听的人数让他感到惊讶。

他介绍了SiRe1并告诉他们这台设备有多灵敏。他告诉观众：“如果有人站在SiRe1旁边15分钟，我们就可以测量机器内部受体温影响的变形程度。”在光刻机的研发过程中，范希克甚至联系了荷兰皇家气象研究所（KNMI），咨询荷兰的气压变化快慢。晶圆台的定位使用的是干涉测量的方式，而气压的变化会影响所使用的激光的波长，进而导致测量误差。根据KNMI在雷暴时测定的数据，他们发现每天检查一次气压还不够，至少要每小时测量一次。

1973年年底，SiRe1研发成功，该项目的工程师和他们的助手在圣诞节前的周五晚上请他们的妻子一起庆祝这项成就。Natlab的光学小组开发出了一种独特的光刻机。通过无数专家和其助手的帮助，这个小团队创建了这一象征着重大技术突破的系统。范希克想感谢所有人。

当第一台SiRe1在1973年年底完成时，范希克决定可以庆祝了。Natlab的员工们为了让机器运转起来加班加点，他想向这些同事们的妻子展示她们丈夫的成果。但Natlab是禁止外人进入的，包括研究人员的妻子们。因此，范希克邀请这些女性在圣诞节前的周五下午来，因为这个时候的审查不严。1973年12月21日，也就是假期前的最后一天，一群声称来接丈夫的妇女们出现在Natlab。范希克没有向他的领导克莱默提过此事，因为作为他们的主帅，他不可能答应他们。范希克也不想给他带来麻烦：这就是克莱默没有出现在照片中的原因。当拍摄这张照片时，一箱廉价的德国葡萄酒正在光刻机下的空旷空间里冷却。葡萄酒的软木塞在技术演示后被弹出，所有在场的人都很享受这一刻。从左到右站着：赫尔穆特·维尔纳（Hellmuth Werner），身份不明的人（脸不可见），杰拉德·安东尼斯，姓名未知的Elcoma服务技术员，弗里斯·克洛斯特曼，赫尔曼·范希克（在投影柱的左边），姓名未知的Elcoma技术员，西奥·兰布（Theo Lamboo），姓名未知的Elcoma员工，吉多·德洛伊杰（Guido van de Looij）。维克托·范德·赫尔斯特（Victor van Der Hulst）蹲在前面，爱德·鲍尔坐着。

在那个时候，他们的光刻机是领先的。这台机器将掩模图案缩小至2英寸见方，并将图案投射在直径只有三四英寸的晶圆上。电路中最小的图案只有2微米宽。在最大的锐度下，每次步进可以成像7毫米见方的芯片。它还可以成像更大的芯片（10毫米×10毫米），但投影后的图像不够锐利。步进光刻机可以在1/10微米的误差范围内定位晶圆。曝光需要0.5秒，移动位置后再投影又需要0.5秒。在3分钟内，机器就能曝光整个晶圆。世界上没有什么比这更先进了，但它仍然只是一个原型。

西奥·兰布（手持麦克风）向里奥·图莫斯——集成电路组的负责人介绍SiRe1的操作方法，这是飞利浦的第一台步进光刻机。这台机器的说明书挂在后面。照片中的显示器显示着已应用于晶圆和掩模的光栅，它可以在1/10微米的误差范围内对准晶圆。ASML后来将这个光栅当成公司的Logo。

尽管克洛斯特曼的光刻机在飞利浦的芯片工厂中取得了成功，但Natlab很难为其光刻机找到客户。在奈梅亨的Elcoma都很少使用步进光刻机。范希克看到了这一点，并意识到这台光刻机和工厂多年来一直使用的接触式光刻机之间的差距是多么大。步进光刻机实在是太复杂了，他们无法让这台机器在奈梅亨的工厂里正常工作。

就个人而言，开发光刻机已经展示了范希克的兴趣所在——制造机器。他意识到Natlab并不是可以实现它的地方。他想，如果他一直待在这里直到退休，那么他一辈子都不会在工作中取得实际成果。在他看来，Natlab发明的多是那些别人可以马上拿去用的东西。对于实验室里的研究人员来说最大的成就是发表论文，最终他们也只能去某个地方当个教授。在科学领域取得荣耀不是范希克工作的动力，他想利用技术在真实世界中做实事。

范希克访问奈梅亨时与Elcoma进行了一次沟通，因为他认为他们很可能需要有人来进一步改进光刻机。但让他惊讶的是，Elcoma的机械化小组告诉他，他们无意继续制造步进光刻机这样的机器。他们更喜欢从市场上购买，因为他们没有信心继续为自己制造的机器提供良好的售后服务。范希克最终在飞利浦的阴极射线管工厂的光学部门找到了工作，在那里他主要设计镜片。几年后，Natlab将其光刻机转移到产品部门后，范希克将回到飞利浦科学与工业部从事晶圆步进光刻机的工作。

在飞利浦内部推广SiRe1时，Natlab使用了多本技术宣传手册。在这张照片中有一位迷人的操作员，这是一张罕见的显示机器与人之间的关系的照片。

美国风格

在美国，光刻机供应商Perkin-Elmer和David Mann与客户密切合作。这些公司的务实工程师们正在开发革命性的产品。

Perkin-Elmer公司的光电事业部总经理哈罗德·赫姆斯特里特（Harold Hemstreet）一直被Perkin-Elmer为空军制造的微型投影仪的问题所困扰。这种复杂的曝光装置后来并没有上市。他们是走错了方向吗？赫姆斯特里特向安倍·阿夫纳（Abe Offner）讲述他的疑虑，阿夫纳是Perkin-Elmer最有经验的光学设计师之一。

他们谈话后，阿夫纳决定开始测试凹面镜。凹面镜有一个主要的优点：不会出现散射现象。不同波长的光在镜面以相同的角度折射，因此不同颜色的光都可以帮助图案成像。

那时，芯片制造的要求变得更加严格。如果他们的机器要在市场上有立足之地，就必须能够对小到2微米宽的图案进行成像。阿夫纳成功地创建了一种将图案1︰1投射到晶圆上的设计方案。巧妙的是，他把两个凹面的球形镜结合在一起后，在一个小环里一个球形镜的畸变就能补偿另一个球形镜。

由此研发出的机器就使用了这种环：环的宽度为1毫米，长度为80毫米，它以连续扫描的方式曝光在晶圆的光刻胶上。与微型投影仪相比，阿夫纳的解决方案是最简易的。该设备没有使用他们用来制造空军机器的复杂的16透镜光学元件，而只用了两个简单的球形镜。这个系统非常简明，目前关于光学的书本仍然以它为范例。

在那时，约翰·泊松（John Bossung）制造了一台原型机，并说服空军向该项目投入10万美元。在Perkin-Elmer，赫姆斯里特让机械设计师杰里·巴克利（Jere Buckley）和光学系统设计师戴夫·马克尔（Dave Markel）设计一种可靠的机器，并且可以以合理的成本进行制造。这对组合于1971年11月提出了一个基础设计方案。Micralign光刻机就此诞生了。

但在那个时候，他们还是要解决很多问题。巴克利和马克尔必须调整光学元件和力学元件，以使光线能透过缝隙均匀地照亮和扫描晶圆。他们请ARC公司制造重型汞蒸气灯，阿夫纳则用它设计出了一种光源，该光源可以在10～12秒内使用紫外线扫描晶圆。

尽管经历了种种波折，但赫姆斯特里特仍然对项目满怀信心。有一次，他靠在椅子上对他的下属说：“总有一天我们能卖出1,000台这样的机器。”当时大家都认为赫姆斯特里特在异想天开，他们看到的是研发中的重重困难。随着1973年夏天预定发售时间的临近，他们的压力越来越大。

当研发再次陷入困难时，工程师们与Perkin-Elmer的营销总监彼得·穆勒（Peter Muller）讨论了他们的问题，并且直至深夜。穆勒听了工程师们所有的不幸与烦心事后说：“要么卖出100台后免费去百慕大旅行，要么你们现在只能选一杯咖啡。”整个团队都选择了咖啡。

当Perkin-Elmer最终制造出一台机器并可以交付时，穆勒访问了一系列芯片制造商：德州仪器、雷神、国家半导体和仙童半导体。这次旅行取得了一定的成功。Perkin-Elmer为德州仪器制造了一些晶圆，并将其展示给其他芯片制造商。他们中的大多数对芯片不屑一顾，但雷神伸出了援手。该公司意识到PerkinElmer碰到的问题和光刻胶有关。雷神派出了一位经验丰富的工艺工程师来帮助Perkin-Elmer。因此，Perkin-Elmer意识到，真正了解客户的需求对销售机器至关重要。

1974年，德州仪器以98,000美元的价格购买了第一台Micralign光刻机。英特尔公司和雷神公司很快也下了订单。在晶圆厂里，操作人员必须习惯使用新设备。他们根本不知道这台机器有多敏感。有时，操作人员在Micralign光刻机扫描时把脚放在它的台子上，导致扫描出的图像非常模糊，这令其他工程师百思不得其解。

但半导体工厂很快就明白了其中缘由，并发现这台机器可节省巨额资金。这些年，主要的芯片制造商在接触式掩模上所费不赀。这台新机器能够使他们省下大笔的钱——原来的掩模可以无限期地使用下去。节省资金的同时产量也增加了，良率上升了几十个百分点。德州仪器告诉Perkin-Elmer，使用Micralign光刻机后10个月内就收回了成本。随后订单如潮水般涌来，不久后新下单的客户得等一年才能收到货。

在接下来的几年里，越来越多的芯片制造商开始使用Micralign光刻机。该机器为芯片制造引入了一种全新的工艺，从而对整个生产供应链产生了重大影响。芯片制造商希望充分利用其成像设备，并对其材料供应商提出了越来越高的要求。玻璃供应商必须提供更扁平的基板，晶圆供应商必须提供尽量平整的晶圆，掩模制造商必须交付零缺陷的产品。当时掩模价格已飙升至每片1,000美元，但Micralign光刻机最终证明这些钱没有白花。这台机器还为德州仪器和IBM为制造高质量掩模而开发的第一台电子束直写机铺平了道路。

Micralign光刻机使得个人计算机芯片的制造费用足够低。英特尔使用它制造了1978年6月推出的8086处理器。一年后，英特尔推出了8088处理器：5毫米见方，内有约3,000个晶体管。IBM后来用这个处理器制造出了第一台个人计算机。

在20世纪70年代末，Perkin-Elmer成为一家制造芯片设备的大工厂。它拥有90%的光刻市场份额，是半导体行业最大的设备供应商。对于芯片制造商来说，Micralign光刻机堪称完美。自20世纪70年代中期以后，Natlab和许多美国芯片公司在步进光刻机的开发中一直处于落后地位。

转眼间，Micralign光刻机使步进光刻机成为过去式，同时它也为20世纪60至70年代风行的重复曝光光刻机敲响了丧钟。不过Perkin-Elmer很快被重复曝光光刻机的领头羊David Mann追上。

1975年，David Mann的总经理伯顿·惠勒召集他的管理团队，讨论新光刻技术的出现对他们的业务造成的影响。向Perkin-Elmer购买Micralign光刻机的芯片制造商显著降低了成本，现在已经几乎没有芯片制造商愿意购买他们公司的光刻机了。David Mann的员工一致认为公司的市场领导地位岌岌可危。

惠勒在精密仪器行业从业多年，经验丰富。1940年，他在拿到机械工程学位后立即加入了David Mann。当公司的同名创始人于1957年去世时，惠勒接替他担任总经理。在GCA于1959年收购该公司后，他继续领导David Mann。在20世纪50年代，David Mann生产的精密仪器已经享有盛誉，美国第一颗卫星“探险者”上的仪器仪表就是该公司的产品。

惠勒的同事经验同样丰富。光学工程师霍华德·洛夫林（Howard Lovering）有很多以他自己的名字命名的专利。惠勒与项目经理格里夫·雷索（Griff Resor）和比尔·托贝（Bill Tobbey）合作多年，后者是一名转而从事营销和销售工作的工程师。他们在重复曝光光刻机的研发中取得了重大成功。

在关于Micralign光刻机的战略会议上，惠勒和他的团队将提出的各个选项转化为一个可行的产品。他们决定修改他们的光刻机模型，并把它变成一台步进光刻机。这一变化意味着在光学系统中，图像不再成像到玻璃接触式掩模上，而是直接成像到晶圆上。

高级管理层认为，这个处理过程过于耗时：曝光逐步进行，而且每个晶圆必须多次处理。与当时的主流观点一致，GCA的管理层深信，Perkin-Elmer的投影扫描光刻机的接班人不是步进光刻机，而是电子束直写机。尽管如此，惠勒和他的团队仍决定坚持他们的想法——研发步进光刻机。他们有这样做的自由，因为David Mann在GCA内有相当大的自主权力。他们经常拜访客户，了解到仙童半导体和德州仪器已经在制造步进光刻机了。将芯片图案1︰1直接投影到晶圆上的想法影响了整个行业。

当时市面上还没有步进光刻机，这也是惠勒和他的团队看到机会的地方。David Mann的工程师们知道，与正在开发供自己使用的步进光刻机的芯片制造商相比，他们有一个主要的优势：他们了解市场，与数十家客户保持着牢固的关系。“我们比任何人都清楚我们的客户想要什么。”托贝告诉他的同事。

David Mann与飞利浦之间的关系也证明了它在芯片行业的核心地位。1971年，托贝接待了范希克和布休斯，这3个人详细地讨论了掩模问题。两年后，当Natlab的研究人员正在制造他们的步进光刻机原型时，David Mann也在研发。飞利浦以其技术而闻名，在20世纪70年代中期，雷索和托贝前往埃因霍温讨论双方创立合资公司的可能性。在他们还没离开时，飞利浦就宣告了合作失败。回到公司后，托贝失望地告诉同事们：“飞利浦就是这么霸道，没有办法，我们只能自己干了。”后来证明，飞利浦其实对这个合作根本没有兴趣。