Podría decirse que la litografía es el paso más importante en la fabricación de semiconductores. Los escáneres EUV de última generación de hoy en día son máquinas increíblemente complejas que cuestan tanto como un nuevo avión Boeing.
Desde sus humildes comienzos en 1984 como una empresa conjunta con Philips, ASML ha crecido hasta convertirse en el segundo mayor fabricante de equipos de chips del mundo y el único proveedor de máquinas EUV.
“Litografía perdida”, un episodio de la serie de podcasts The Chip Warriors, proporciona un relato de primera mano de cómo los EE. UU. inventaron y luego perdieron esta parte crítica del proceso de fabricación de chips. El episodio se basa en entrevistas con pioneros de Fairchild Semiconductor, David W Mann Co, Cobilt, GCA, Nikon y Silicon Valley Group (SVG), entre otros.
Los primeros intentos de imprimir imágenes en obleas de silicio se llevaron a cabo en Bell Labs a mediados de la década de 1950. Más tarde esa década, Fairchild mejoró el proceso para fabricar transistores.
“Decidimos usar fotorresistente para delinear las áreas”, dijo Jay Last, uno de los ocho cofundadores originales de Fairchild, junto con Bob Noyce.
“Bell Labs había hecho algunos esfuerzos allí y pensó que era simplemente imposible trabajar con esto, por lo que nunca lo persiguieron. Bob [Noyce] y yo trabajamos con Kodak y nos dieron las mejores resistencias que tenían en ese momento y gradualmente tuvimos una relación de trabajo con ellos que las resistencias mejoraron constantemente.
“Hubo muchos problemas técnicos y contratiempos técnicos, pero simplemente dijimos que vamos a usar esto y que tenemos que hacer que funcione, y lo hicimos”.
En la década de 1960, se utilizaron alineadores de máscara de contacto para la impresión de obleas, con Kulicke y Soffa el primero en introducirlos comercialmente. Más tarde, Kasper Instruments se convirtió en el proveedor dominante, pero cuando tres exingenieros de Kasper formaron su propia empresa, llamada Cobilt, y fue adquirida por el gigante de CAD con sede en Boston Computervision en 1972, surgió un nuevo paradigma para la impresión de obleas.
“Cobilt fabricó alineadores mecánicos que imprimieron la oblea de semiconductores con una tecnología algo superior al estándar de la época. Y Computervision tenía un paquete de alineación automática que le permitía alinear las capas con mayor precisión”, dijo Sam Harrell, quien se mudó de Computervison a la costa oeste para convertirse en vicepresidente de ingeniería de Cobilt.
“Vendimos cientos de máquinas en todo el mundo. Realmente reinó hasta que el período de las impresoras de proyección se volvió dominante”.
Ed Segal, quien vendió alineadores en Kasper antes de unirse a Cobilt, vio cómo Cobilt perdió su liderazgo cuando Perkin-Elmer desarrolló el alineador de máscara de proyección.
“Cuando el alineador de máscaras pasó a la siguiente etapa de un alineador de máscaras de contacto a lo que se llamó un alineador de proyección, o proyección de la imagen de la máscara en la oblea, Perkin-Elmer simplemente entró y se hizo cargo de ese mercado”, dijo Segal. . “Cobilt intentó construir uno y realmente fue un gran fracaso. Finalmente, la empresa se vendió a Applied Materials en 1981”.
Jim Gallagher dirigió el negocio de equipos de semiconductores en GCA, que era líder mundial en litografía antes de ceder el mercado a empresas japonesas en la década de 1980. En el podcast, relata la eventual desaparición de la empresa después de que proveedores japoneses como Nikon y Canon se convirtieran en líderes del mercado.
“Empezamos a liquidar las operaciones lo mejor que pudimos. Pero cuando vas cuesta abajo, por así decirlo, ese no es el momento de empezar a vender porque lo que estás haciendo es que todos conocen tu problema y te van a dar los precios más bajos. Así que ese fue el comienzo de nuestro deslizamiento”, dijo Gallagher.
A fines de la década de 1980, el dominio de los proveedores japoneses de motores paso a paso era una preocupación para los fabricantes de chips estadounidenses. En un esfuerzo por desarrollar una fuente alternativa, Intel trabajó con Censor, una empresa europea. Sin embargo, el esfuerzo fracasó y Censor fue vendido a Perkin-Elmer en 1984.
El cofundador de Intel, Gordon Moore, recuerda la preocupación en ese momento. “Los grandes escaladores salían de Canon y Nikon. No había una pieza de equipo comparable en los EE. UU., y esa fue una parte tan crítica de todo el proceso.
“Teníamos un programa importante con una empresa de Liechtenstein [Censor] para fabricar un motor paso a paso. Muy sofisticados pero también muy caros, y el desarrollo fue demasiado lento para que realmente tuvieran un impacto en el mercado. Terminamos comprando equipo japonés porque era el mejor disponible y realmente no había una fuente alternativa para eso”.
Shoichiro Yoshida, quien más tarde se convertiría en director ejecutivo de Nikon, diseñó la primera cámara de paso y repetición de la compañía para la fabricación de semiconductores. En el podcast, escúchelo describir (en inglés) el desarrollo inicial de los motores paso a paso en Nikon.
En los 1990s, SVG se expandió a la litografía bajo el nuevo CEO Papken Der Torossian. SVG había intentado comprar GCA, pero el acuerdo nunca se materializó y GCA se vendió a General Signal en 1988.
Sin embargo, Der Torossian logró adquirir un sistema de paso y escaneo de próxima generación, Micrascan, desarrollado por Perkin-Elmer en asociación con IBM, pero dijo que requirió decenas de millones en I+D y dos años y medio para corregir errores en el sistema. El resultado fue el Micrascan II.
“La máquina que tenían no funcionaba, tenía un tiempo medio entre fallas de menos de una hora. IBM no pudo usarlo. Pero tenía muy buena tecnología básica”, dijo.
Der Torrossian explica cómo la escasez de efectivo hizo que se perdiera la oportunidad de mantener la litografía avanzada en los EE. UU.
“En el 92, ASML estaba sangrando. Philips los poseía y acudió a mí para comprar ASML por 60 millones de dólares. No tenía $60 millones. Les dije: 'Les daré el mismo número de acciones, así que hagamos una empresa conjunta'. Dijeron: 'No, Philips necesita efectivo'”.
Para 2001, ASML había dado la vuelta al negocio y terminó comprando SVG, la última gran empresa de litografía de EE. UU., por 1.6 millones de dólares. El acuerdo se retrasó varios meses por preocupaciones de seguridad nacional, pero finalmente fue aprobado por la administración de George W. Bush después de que ASML acordara vender la unidad Tinsley Labs de SVG.
La serie de podcasts de Chip Warriors, escrito y producido por Craig Addison, se basa en entrevistas de historia oral de SEMI que realizó entre 2004 y 2008. Las entrevistas se han utilizado bajo licencia de SEMI, que no está afiliada al podcast.
Los pioneros de la litografía están representados en esta pintura encargada por SEMI en 1980. De izquierda a derecha, el equipo detrás del alineador de máscara de proyección de Perkin-Elmer (Abe Offner, Jere Buckley, David Markel y Harold Hemstreet), y a la derecha, Burt Wheeler, inventor principal del repetidor de fotos en David W. Mann Co.
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