光刻可以说是半导体制造中最重要的步骤。当今最先进的 EUV 扫描仪是极其复杂的机器,其成本相当于一架新的波音喷气式客机。
ASML 于 1984 年作为与飞利浦的合资企业起步,后来发展成为全球第二大芯片设备制造商,也是唯一的 EUV 机器供应商。
“失去光刻”, 《芯片勇士》播客系列中的一集,提供了美国如何发明然后失去芯片制造工艺的这一关键部分的第一手资料。本集基于对 Fairchild Semiconductor、David W Mann Co、Cobilt、GCA、Nikon 和 Silicon Valley Group (SVG) 等公司先驱的采访。
贝尔实验室于 1950 世纪 XNUMX 年代中期进行了将图像打印到硅晶圆上的早期尝试。那个十年后期,仙童改进了制造晶体管的工艺。
“我们决定使用光刻胶来描绘这些区域,”Fairchild 最初的八位联合创始人之一杰伊·拉斯特 (Jay Last) 和鲍勃·诺伊斯 (Bob Noyce) 说道。
“贝尔实验室在这方面做了一些努力,但认为这是不可能的,所以他们从未追求过。鲍勃(诺伊斯)和我与柯达合作,他们为我们提供了当时最好的抗蚀剂,我们逐渐与他们建立了工作关系,抗蚀剂不断稳步改进。
“存在很多技术问题和技术挫折,但我们只是说我们将使用它,并且我们必须使其发挥作用 - 我们做到了。”
在 1960 世纪 XNUMX 年代,接触式掩模对准器被用于晶圆印刷, Kulicke&Soffa 第一个将它们商业化的公司。后来,Kasper Instruments 成为主要供应商,但当三名前 Kasper 工程师成立了自己的公司 Cobilt(该公司于 1972 年被波士顿 CAD 巨头 Computervision 收购)时,一种新的晶圆打印范例出现了。
“Cobilt 制造的机械对准器可以用比当时的标准更先进的技术来印刷半导体晶圆。 Computervision 有一套自动对齐功能,可以让您更准确地对齐各层,”从 Computervision 调到西海岸担任 Cobilt 工程副总裁的 Sam Harrell 说道。
“我们在世界各地销售了数百台机器。它确实占据了统治地位,直到投影打印机占据主导地位。”
Ed Segal 在加入 Cobilt 之前曾在 Kasper 销售对准器,他目睹了 Perkin-Elmer 开发投影掩模对准器时 Cobilt 如何失去领先地位。
“当掩模对准器从接触式掩模对准器进入到所谓的投影对准器,或将掩模图像投影到晶圆上的下一阶段时,Perkin-Elmer 绝对进来并占领了这个市场,”Segal 说。 “科比尔特试图建造一个,但这确实是一次巨大的失败。该公司最终于 1981 年被出售给应用材料公司。”
Jim Gallagher 在 GCA 负责半导体设备业务,该公司在 1980 世纪 XNUMX 年代将市场拱手让给日本公司之前,曾是光刻领域的世界领先者。在播客中,他讲述了尼康和佳能等日本供应商成为市场领导者后该公司最终消亡的故事。
“我们开始尽最大努力出售业务。但是,当你走下坡路时,可以这么说,那不是开始销售的时候,因为你所做的是,每个人都知道你的问题,他们会给出最低的价格。这就是我们幻灯片的开始,”加拉格尔说。
到 1980 世纪 1984 年代末,日本步进器供应商的主导地位令美国芯片制造商感到担忧。为了开发替代来源,英特尔与欧洲公司 Censor 合作。然而,这一努力失败了,Censor 于 XNUMX 年被出售给 Perkin-Elmer。
英特尔联合创始人戈登摩尔回忆起当时的担忧。 “大型步进机来自佳能和尼康。美国没有类似的设备,而这是整个过程的关键部分。
“我们与列支敦士登的一家公司 [Censor] 进行了一项重大计划,旨在制造步进机。非常复杂,但也非常昂贵,而且开发速度太慢,无法真正对市场产生影响。我们最终购买了日本设备,因为它是最好的,而且没有真正的替代来源。”
后来成为尼康首席执行官的吉田昭一郎 (Shoichiro Yoshida) 设计了该公司第一台用于半导体制造的步进重复相机。在播客中,听他(用英语)描述尼康步进器的早期开发。
在1990s, 在新任命的首席执行官 Papken Der Torossian 的领导下,SVG 进军光刻领域。 SVG 曾试图收购 GCA,但交易从未实现,GCA 于 1988 年被出售给 General Signal。
然而,Der Torossian 成功获得了由 Perkin-Elmer 与 IBM 联合开发的下一代步进扫描系统 Micrascan,但他表示这需要数千万美元的研发和两年半的时间才能完成。修复系统中的错误。结果就是 Micrascan II。
“他们拥有的机器无法工作——平均故障间隔时间不到一小时。 IBM 无法使用它。但它拥有非常好的基础技术,”他说。
Der Torrossian 解释了现金短缺如何导致错失在美国保留先进光刻技术的机会。
“92 年,ASML 正在流血。飞利浦拥有它们,并来找我以 60 万美元收购 ASML。我没有 60 万美元。我告诉他们,‘我会给你同等数量的股份,所以我们成立一家合资企业。’他们说,‘不,飞利浦需要现金。’”
到 2001 年,ASML 扭转了局面,最终以 1.6 亿美元收购了 SVG——美国最后一家大型光刻公司。由于国家安全问题,该交易被推迟了几个月,但在 ASML 同意剥离 SVG 的 Tinsley Labs 部门后,该交易最终得到了乔治·W·布什政府的批准。
芯片勇士播客系列由克雷格·艾迪生 (Craig Addison) 撰写和制作,基于他在 2004 年至 2008 年间进行的 SEMI 口述历史采访。这些采访经 SEMI 许可使用,该播客与该播客无关。
这幅由 SEMI 于 1980 年委托创作的画作描绘了光刻先驱者的形象。左起为 Perkin-Elmer 投影掩模对准器背后的团队(Abe Offner、Jere Buckley、David Markel 和 Harold Hemstreet),右为: 伯特·惠勒 (Burt Wheeler),David W. Mann 公司照片复读机的主要发明人。