Die Lithographie ist wohl der wichtigste Schritt in der Halbleiterfertigung. Die hochmodernen EUV-Scanner von heute sind unglaublich komplexe Maschinen, die so viel kosten wie ein neues Boeing-Flugzeug.
Von den bescheidenen Anfängen im Jahr 1984 als Joint Venture mit Philips hat sich ASML zum zweitgrößten Hersteller von Chipausrüstungen weltweit entwickelt – und zum einzigen Anbieter von EUV-Maschinen.
„Lithographie verlieren“, eine Episode der Podcast-Serie The Chip Warriorsliefert aus erster Hand einen Bericht darüber, wie die USA diesen entscheidenden Teil des Chipherstellungsprozesses erfunden und dann verloren haben. Die Folge basiert auf Interviews mit Pionieren unter anderem bei Fairchild Semiconductor, David W Mann Co, Cobilt, GCA, Nikon und Silicon Valley Group (SVG).
Erste Versuche, Bilder auf Siliziumwafer zu drucken, wurden Mitte der 1950er Jahre in den Bell Labs unternommen. Später in diesem Jahrzehnt verbesserte Fairchild das Verfahren zur Herstellung von Transistoren.
„Wir haben uns entschieden, Fotolack zu verwenden, um die Bereiche abzugrenzen“, sagte Jay Last, einer der ursprünglich acht Mitbegründer von Fairchild, zusammen mit Bob Noyce.
„Bell Labs hatte dort einige Anstrengungen unternommen und dachte, dass es einfach unmöglich sei, damit zu arbeiten, also haben sie es nie weiterverfolgt. Bob [Noyce] und ich haben mit Kodak zusammengearbeitet und sie haben uns die besten Resists zur Verfügung gestellt, die sie zu dieser Zeit hatten, und wir hatten nach und nach eine Arbeitsbeziehung mit ihnen, die die Resists stetig verbessert hat.
„Es gab viele technische Probleme und technische Rückschläge, aber wir haben einfach gesagt, dass wir das nutzen werden und dafür sorgen müssen, dass es funktioniert – und das haben wir getan.“
In den 1960er Jahren wurden Kontaktmasken-Aligner für den Waferdruck verwendet Kulicke & Soffa der erste, der sie kommerziell einführte. Später wurde Kasper Instruments zum dominierenden Anbieter, doch als drei ehemalige Kasper-Ingenieure ihr eigenes Unternehmen namens Cobilt gründeten – und es 1972 vom in Boston ansässigen CAD-Riesen Computervision übernommen wurde – entstand ein neues Paradigma für den Waferdruck.
„Cobilt stellte mechanische Aligner her, die den Halbleiterwafer mit einer dem damaligen Standard etwas überlegenen Technologie bedruckten. Und Computervision verfügte über ein Paket zur automatischen Ausrichtung, mit dem man die Ebenen genauer ausrichten konnte“, sagte Sam Harrell, der von Computervison an die Westküste wechselte, um Cobilts Vizepräsident für Technik zu werden.
„Wir haben Hunderte von Maschinen in die ganze Welt verkauft. Es herrschte wirklich, bis die Zeit der Projektionsdrucker vorherrschend wurde.“
Ed Segal, der vor seinem Einstieg bei Cobilt Aligner bei Kasper verkaufte, sah, wie Cobilt seinen Vorsprung verlor, als Perkin-Elmer den Projektionsmasken-Aligner entwickelte.
„Als der Mask Aligner die nächste Stufe von einem Kontakt-Masken-Aligner zu einem sogenannten Projektions-Aligner erreichte, der das Bild der Maske auf den Wafer projiziert, kam Perkin-Elmer einfach ins Spiel und übernahm diesen Markt“, sagte Segal . „Cobilt hat versucht, eines zu bauen, und es war wirklich ein großer Misserfolg. Und das Unternehmen wurde schließlich 1981 an Applied Materials verkauft.“
Jim Gallagher leitete das Halbleiterausrüstungsgeschäft bei GCA, dem Weltmarktführer im Bereich Lithographie, bevor er den Markt in den 1980er Jahren an japanische Unternehmen überließ. Im Podcast erzählt er vom endgültigen Untergang des Unternehmens, nachdem japanische Zulieferer wie Nikon und Canon Marktführer geworden waren.
„Wir haben begonnen, Betriebe so gut es ging zu verkaufen. Aber wenn es sozusagen bergab geht, ist das nicht der richtige Zeitpunkt, um mit dem Verkauf zu beginnen, denn was Sie tun, ist, dass jeder Ihr Problem kennt und die niedrigsten Preise anbieten werden. Das war also der Anfang unserer Talfahrt“, sagte Gallagher.
In den späten 1980er Jahren bereitete die Dominanz japanischer Stepper-Lieferanten den amerikanischen Chipherstellern Sorgen. Um eine alternative Quelle zu entwickeln, arbeitete Intel mit Censor, einem europäischen Unternehmen, zusammen. Der Versuch scheiterte jedoch und Censor wurde 1984 an Perkin-Elmer verkauft.
Intel-Mitbegründer Gordon Moore erinnert sich an die damalige Sorge. „Die großen Vorreiter kamen von Canon und Nikon. In den USA gab es kein vergleichbares Gerät, und das war ein so entscheidender Teil des gesamten Prozesses.
„Wir hatten ein großes Programm mit einem liechtensteinischen Unternehmen [Censor] zur Herstellung eines Steppers. Sehr anspruchsvoll, aber auch sehr teuer, und die Entwicklung verlief zu langsam, als dass sie wirklich einen Einfluss auf den Markt gehabt hätten. Am Ende haben wir japanische Ausrüstung gekauft, weil sie die beste auf dem Markt war und es dafür keine wirklich alternative Quelle gab.“
Shoichiro Yoshida, der spätere CEO von Nikon, entwarf die erste Step-and-Repeat-Kamera des Unternehmens für die Halbleiterfertigung. Hören Sie im Podcast, wie er (auf Englisch) die frühe Entwicklung von Steppern bei Nikon beschreibt.
In den 1990s, Unter dem neu ernannten CEO Papken Der Torossian expandierte SVG in die Lithographie. SVG hatte versucht, GCA zu kaufen, aber der Deal kam nie zustande und GCA wurde 1988 an General Signal verkauft.
Der Torossian war jedoch erfolgreich bei der Anschaffung eines Step-and-Scan-Systems der nächsten Generation, Micrascan, das von Perkin-Elmer in Zusammenarbeit mit IBM entwickelt wurde – aber er sagte, es erforderte Dutzende Millionen an Forschung und Entwicklung und zweieinhalb Jahre dafür Fehler im System beheben. Das Ergebnis war der Micrascan II.
„Die Maschine, die sie hatten, funktionierte nicht – die durchschnittliche Ausfallzeit betrug weniger als eine Stunde. IBM konnte es nicht nutzen. Aber es verfügte über eine sehr gute Basistechnologie“, sagte er.
Der Torrossian erklärt, wie ein Mangel an Bargeld dazu führte, dass die Gelegenheit verpasst wurde, die fortschrittliche Lithographie in den USA aufrechtzuerhalten.
„Im Jahr 92 blutete ASML. Philips besaß sie und kam zu mir, um ASML für 60 Millionen Dollar zu kaufen. Ich hatte keine 60 Millionen Dollar. Ich sagte ihnen: ‚Ich gebe Ihnen die gleiche Anzahl an Aktien, also gründen wir ein Joint Venture.‘ Sie sagten: ‚Nein, Philips braucht Bargeld.‘“
Bis 2001 hatte ASML die Wende geschafft und kaufte schließlich SVG – das letzte große US-amerikanische Lithografieunternehmen – für 1.6 Milliarden US-Dollar. Der Deal wurde wegen nationaler Sicherheitsbedenken um mehrere Monate verzögert, wurde aber schließlich von der Regierung George W. Bush genehmigt, nachdem ASML zugestimmt hatte, die Tinsley Labs-Einheit von SVG zu veräußern.
Die Chip Warriors-Podcast-Serie, geschrieben und produziert von Craig Addison, basiert auf Oral History-Interviews von SEMI, die er zwischen 2004 und 2008 geführt hat. Die Interviews wurden unter Lizenz von SEMI verwendet, das nicht mit dem Podcast verbunden ist.
Auf diesem Gemälde, das 1980 von SEMI in Auftrag gegeben wurde, sind Pioniere der Lithographie dargestellt. Von links das Team hinter Perkin-Elmers Projektionsmaskenausrichter (Abe Offner, Jere Buckley, David Markel und Harold Hemstreet) und rechts Burt Wheeler, Haupterfinder des Fotorepeaters bei David W. Mann Co.
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