La lithographie est sans doute l’étape la plus importante dans la fabrication des semi-conducteurs. Les scanners EUV de pointe actuels sont des machines incroyablement complexes qui coûtent autant qu'un nouvel avion de ligne Boeing.
Depuis ses débuts modestes en 1984 en tant que coentreprise avec Philips, ASML est devenu le deuxième fabricant mondial d'équipements pour puces et le seul fournisseur de machines EUV.
« Perdre la lithographie », un épisode de la série de podcasts The Chip Warriors, fournit un récit de première main de la façon dont les États-Unis ont inventé, puis perdu, cette partie essentielle du processus de fabrication des puces. L'épisode est basé sur des entretiens avec des pionniers de Fairchild Semiconductor, David W Mann Co, Cobilt, GCA, Nikon et Silicon Valley Group (SVG), entre autres.
Les premières tentatives d’impression d’images sur des tranches de silicium ont été entreprises aux Bell Labs au milieu des années 1950. Plus tard dans la décennie, Fairchild a amélioré le processus afin de fabriquer des transistors.
"Nous avons décidé d'utiliser du photorésist pour délimiter les zones", a déclaré Jay Last, l'un des huit co-fondateurs originaux de Fairchild, avec Bob Noyce.
« Les Bell Labs avaient fait des efforts dans ce domaine et pensaient que c'était tout simplement impossible à réaliser, ils n'ont donc jamais poursuivi cette solution. Bob [Noyce] et moi avons travaillé avec Kodak et ils nous ont donné les meilleures résistances qu'ils avaient à l'époque et nous avons progressivement eu une relation de travail avec eux qui n'a cessé de s'améliorer.
"Il y a eu beaucoup de problèmes techniques et de revers techniques, mais nous avons simplement dit que nous allions l'utiliser et que nous devions le faire fonctionner – et nous l'avons fait."
Dans les années 1960, les aligneurs de masques de contact étaient utilisés pour l'impression de plaquettes, avec Kulicke et Soffa le premier à les introduire commercialement. Plus tard, Kasper Instruments est devenu le fournisseur dominant, mais lorsque trois anciens ingénieurs de Kasper ont créé leur propre entreprise, appelée Cobilt – et qu'elle a été rachetée par le géant de la CAO Computervision, basé à Boston en 1972 – un nouveau paradigme pour l'impression de plaquettes a émergé.
« Cobilt a fabriqué des aligneurs mécaniques qui ont imprimé la plaquette semi-conductrice avec une technologie quelque peu supérieure à la norme de l'époque. Et Computervision disposait d'un package d'alignement automatique qui vous permettrait d'aligner les couches plus précisément », a déclaré Sam Harrell, qui a quitté Computervison pour la côte ouest pour devenir vice-président de l'ingénierie de Cobilt.
« Nous avons vendu des centaines de machines dans le monde entier. Elle a vraiment régné jusqu’à ce que la période des imprimantes à projection devienne dominante. »
Ed Segal, qui vendait des aligneurs chez Kasper avant de rejoindre Cobilt, a vu comment Cobilt a perdu son avance lorsque Perkin-Elmer a développé l'aligneur de masque de projection.
"Lorsque l'aligneur de masque est passé à l'étape suivante, passant d'un aligneur de masque de contact à ce qu'on appelle un aligneur de projection, ou projetant l'image du masque sur la plaquette, Perkin-Elmer est arrivé et a pris le contrôle de ce marché", a déclaré Segal. . « Cobilt a tenté d’en construire un et ce fut un très gros échec. Et l’entreprise a finalement été vendue à Applied Materials en 1981. »
Jim Gallagher dirigeait l'activité équipements semi-conducteurs chez GCA, qui était le leader mondial de la lithographie avant de céder le marché à des entreprises japonaises dans les années 1980. Dans le podcast, il raconte la disparition éventuelle de l'entreprise après que des fournisseurs japonais comme Nikon et Canon soient devenus leaders du marché.
« Nous avons commencé à vendre nos activités du mieux que nous pouvions. Mais quand vous descendez, pour ainsi dire, ce n’est pas le moment de commencer à vendre parce que ce que vous faites, c’est que tout le monde connaît votre problème et va vous proposer les prix les plus bas, les plus bas. C’était donc le début de notre diapositive », a déclaré Gallagher.
À la fin des années 1980, la domination des fournisseurs japonais de moteurs pas à pas était une préoccupation pour les fabricants de puces américains. Dans le but de développer une source alternative, Intel a travaillé avec Censor, une société européenne. Cependant, les efforts échouèrent et Censor fut vendu à Perkin-Elmer en 1984.
Le cofondateur d'Intel, Gordon Moore, rappelle l'inquiétude de l'époque. « Les grands modèles venaient de Canon et de Nikon. Il n'existait pas d'équipement comparable aux États-Unis, et c'était un élément crucial de l'ensemble du processus.
« Nous avions un programme majeur avec une entreprise du Liechtenstein [Censor] pour fabriquer un stepper. Très sophistiqués mais aussi très chers, et leur développement a été trop lent pour qu'ils aient réellement un impact sur le marché. Nous avons fini par acheter du matériel japonais parce que c'était le meilleur disponible, et il n'y avait pas vraiment d'autre source pour cela.
Shoichiro Yoshida, qui deviendra plus tard PDG de Nikon, a conçu le premier appareil photo pas à pas de la société pour la fabrication de semi-conducteurs. Dans le podcast, écoutez-le décrire (en anglais) les premiers développements des steppers chez Nikon.
Dans les 1990s, SVG s'est étendu à la lithographie sous la direction du nouveau PDG Papken Der Torossian. SVG avait tenté d'acheter GCA mais l'accord ne s'est jamais concrétisé et GCA a été vendue à General Signal en 1988.
Cependant, Der Torossian a réussi à acquérir un système step-and-scan de nouvelle génération, Micrascan, développé par Perkin-Elmer en association avec IBM – mais il a déclaré que cela a nécessité des dizaines de millions de dollars en R&D et deux ans et demi pour le réaliser. corriger les bugs du système. Le résultat fut le Micrascan II.
« La machine dont ils disposaient ne fonctionnait pas – il y avait un temps moyen entre pannes de moins d'une heure. IBM ne pouvait pas l'utiliser. Mais il disposait d’une très bonne technologie de base », a-t-il déclaré.
Der Torrossian explique comment le manque de liquidités a conduit à une occasion manquée de conserver la lithographie avancée aux États-Unis.
« En 92, ASML saignait. Philips en était propriétaire et est venu me voir pour acheter ASML pour 60 millions de dollars. Je n'avais pas 60 millions de dollars. Je leur ai dit : « Je vous donnerai un nombre égal d'actions, alors créons une coentreprise. » Ils ont répondu : « Non, Philips a besoin d’argent. »
En 2001, ASML avait redressé la situation et avait fini par racheter SVG – la dernière grande société américaine de lithographie – pour 1.6 milliard de dollars. L'accord a été retardé de plusieurs mois pour des raisons de sécurité nationale, mais a finalement été approuvé par l'administration de George W. Bush après qu'ASML ait accepté de céder l'unité Tinsley Labs de SVG.
La série de podcasts Chip Warriors, écrit et produit par Craig Addison, est basé sur des entretiens d'histoire orale de SEMI qu'il a menés entre 2004 et 2008. Les entretiens ont été utilisés sous licence de SEMI, qui n'est pas affiliée au podcast.
Les pionniers de la lithographie sont représentés dans ce tableau commandé par SEMI en 1980. De gauche à droite, l'équipe derrière l'aligneur de masque de projection de Perkin-Elmer (Abe Offner, Jere Buckley, David Markel et Harold Hemstreet), et à droite, Burt Wheeler, inventeur principal du répéteur photo chez David W. Mann Co.
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