A litografia é sem dúvida a etapa mais importante na fabricação de semicondutores. Os scanners EUV de última geração de hoje são máquinas incrivelmente complexas que custam tanto quanto um novo jato Boeing.
Desde um início humilde em 1984, como uma joint venture com a Philips, a ASML cresceu e se tornou o segundo maior fabricante mundial de equipamentos de chips – e o único fornecedor de máquinas EUV.
“Perdendo a Litografia”, um episódio da série de podcasts The Chip Warriors, fornece um relato em primeira mão de como os EUA inventaram e depois perderam esta parte crítica do processo de fabricação de chips. O episódio é baseado em entrevistas com pioneiros da Fairchild Semiconductor, David W Mann Co, Cobilt, GCA, Nikon e Silicon Valley Group (SVG), entre outros.
As primeiras tentativas de imprimir imagens em pastilhas de silício foram realizadas nos Bell Labs em meados da década de 1950. Mais tarde naquela década, Fairchild melhorou o processo para fabricar transistores.
“Decidimos usar fotorresistência para delinear as áreas”, disse Jay Last, um dos oito cofundadores originais da Fairchild, junto com Bob Noyce.
“A Bell Labs fez alguns esforços lá e achou que era simplesmente impossível trabalhar com isso, então eles nunca prosseguiram. Bob [Noyce] e eu trabalhamos com a Kodak e eles nos deram as melhores resistências que tinham na época e gradualmente tivemos uma relação de trabalho com eles que as resistências continuaram melhorando continuamente.
“Houve muitos problemas técnicos e contratempos, mas acabamos de dizer que vamos usar isso e que temos que fazer funcionar – e fizemos.”
Na década de 1960, alinhadores de máscara de contato foram usados para impressão de wafer, com Kulicke e Soffa o primeiro a introduzi-los comercialmente. Mais tarde, a Kasper Instruments tornou-se o fornecedor dominante, mas quando três ex-engenheiros da Kasper formaram sua própria empresa, chamada Cobilt – e esta foi adquirida pela gigante de CAD Computervision, com sede em Boston, em 1972 – surgiu um novo paradigma para a impressão de wafer.
“A Cobilt fabricava alinhadores mecânicos que imprimiam o wafer semicondutor com tecnologia um tanto superior ao padrão da época. E a Computervision tinha um pacote de alinhamento automático que permitiria alinhar as camadas com mais exatidão”, disse Sam Harrell, que se mudou da Computervison para a Costa Oeste para ser vice-presidente de engenharia da Cobilt.
“Vendemos centenas de máquinas em todo o mundo. Realmente reinou até que o período das impressoras de projeção se tornou dominante.”
Ed Segal, que vendeu alinhadores na Kasper antes de ingressar na Cobilt, viu como a Cobilt perdeu a liderança quando a Perkin-Elmer desenvolveu o alinhador de máscara de projeção.
“Quando o alinhador de máscara passou para o próximo estágio, de um alinhador de máscara de contato para o que foi chamado de alinhador de projeção, ou projeção da imagem da máscara no wafer, a Perkin-Elmer simplesmente entrou e conquistou esse mercado”, disse Segal. . “A Cobilt tentou construir um e foi realmente um grande fracasso. E a empresa acabou sendo vendida para a Applied Materials em 1981.”
Jim Gallagher dirigia o negócio de equipamentos semicondutores na GCA, que era líder mundial em litografia antes de ceder o mercado para empresas japonesas na década de 1980. No podcast, ele relata o eventual desaparecimento da empresa depois que fornecedores japoneses como Nikon e Canon se tornaram líderes de mercado.
“Começamos a vender as operações da melhor maneira que podíamos. Mas quando você está decaindo, por assim dizer, não é hora de começar a vender, porque o que você está fazendo é que todo mundo conhece o seu problema e vai oferecer os preços cada vez mais baixos. Então esse foi o começo do nosso slide”, disse Gallagher.
No final da década de 1980, o domínio dos fornecedores japoneses de stepper era uma preocupação para os fabricantes de chips americanos. Num esforço para desenvolver uma fonte alternativa, a Intel trabalhou com a Censor, uma empresa europeia. No entanto, o esforço falhou e a Censor foi vendida para a Perkin-Elmer em 1984.
O cofundador da Intel, Gordon Moore, relembra a preocupação da época. “Os grandes pioneiros surgiram da Canon e da Nikon. Não havia equipamento comparável nos EUA, e essa era uma parte crítica de todo o processo.
“Tivemos um grande programa com uma empresa de Liechtenstein [Censor] para fazer um stepper. Muito sofisticados, mas também muito caros, e o desenvolvimento foi lento demais para que realmente causassem impacto no mercado. Acabamos comprando equipamentos japoneses porque eram os melhores disponíveis e não havia realmente uma fonte alternativa para isso.”
Shoichiro Yoshida, que mais tarde se tornaria CEO da Nikon, projetou a primeira câmera passo a passo da empresa para fabricação de semicondutores. No podcast, ouça-o descrever (em inglês) o desenvolvimento inicial dos steppers na Nikon.
Nos 1990s, SVG expandiu-se para litografia sob o comando do recém-nomeado CEO Papken Der Torossian. A SVG tentou comprar a GCA, mas o negócio nunca se concretizou, e a GCA foi vendida para a General Signal em 1988.
No entanto, Der Torossian teve sucesso na aquisição de um sistema step-and-scan de próxima geração, o Micrascan, desenvolvido pela Perkin-Elmer em associação com a IBM - mas ele disse que foram necessárias dezenas de milhões em pesquisa e desenvolvimento e dois anos e meio para corrigir bugs no sistema. O resultado foi o Micrascan II.
“A máquina que eles tinham não funcionou – teve um tempo médio entre falhas de menos de uma hora. A IBM não poderia usá-lo. Mas tinha uma tecnologia básica muito boa”, disse ele.
Der Torrossian explica como a falta de dinheiro levou à perda de uma oportunidade de manter a litografia avançada nos EUA.
“Em 92, a ASML estava sangrando. A Philips era proprietária deles e me procurou para comprar a ASML por US$ 60 milhões. Eu não tinha US$ 60 milhões. Eu disse a eles: 'Vou dar a vocês um número igual de ações, então vamos fazer uma joint venture'. Eles disseram: 'Não, a Philips precisa de dinheiro'”.
Em 2001, a ASML deu uma reviravolta no negócio e acabou comprando a SVG – a última grande empresa de litografia dos EUA – por US$ 1.6 bilhão. O acordo foi adiado vários meses por questões de segurança nacional, mas acabou aprovado pela administração George W. Bush depois que a ASML concordou em alienar a unidade Tinsley Labs da SVG.
A série de podcasts Chip Warriors, escrito e produzido por Craig Addison, é baseado em entrevistas de história oral SEMI que ele conduziu entre 2004 e 2008. As entrevistas foram usadas sob licença da SEMI, que não é afiliada ao podcast.
Os pioneiros da litografia são retratados nesta pintura encomendada pela SEMI em 1980. A partir da esquerda, a equipe por trás do alinhador de máscara de projeção de Perkin-Elmer (Abe Offner, Jere Buckley, David Markel e Harold Hemstreet), e à direita, Burt Wheeler, principal inventor do repetidor de fotos da David W. Mann Co.
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