光刻机:美国是如何发明并彻底失去的?

2021-11-05 12:49:23 来源:EETOP
光刻可以说是半导体制造中最重要的一步。今天最先进的 EUV 光刻机是极其复杂的机器,其成本与一架新的波音喷气式客机一样高。

从 1984年与飞利浦的合资企业开始,ASML 已经发展成为世界第二大芯片设备制造商,以及 EUV 光刻机的唯一供应商。

作为半导体的发源地,事实上半导体光刻理所应当是美国发明的。目前全球前十大半导体设备厂,美国就占据了4家,生产出全球超过半数的半导体制造设备。但是美国却无法制造光刻机,那么美国是如何失去了半导体制造过程中这一最重要的部分的?

本文基于对仙童、DavidW Mann Co、Cobilt、GCA、尼康和硅谷集团 (SVG) 等先驱的采访,做出分析。

早在 1950年代中期,贝尔实验室就开始尝试将图像打印到硅晶片上。50年代后期,仙童半导体改进了工艺以制造晶体管。

“我们决定使用光刻胶来描绘这些区域”仙童最初的八位联合创始人之一杰伊·拉斯特(Jay Last)说。(注:杰伊·拉斯特和鲍勃·诺伊斯等被称为八叛逆

“贝尔实验室在那里做了一些努力,并认为这是不可能的,所以他们从未追求过。鲍勃 [诺伊斯] 和我与柯达合作,他们给了我们当时最好的抗蚀剂,我们逐渐与他们建立了工作关系,抗蚀剂不断改进。

“有很多技术问题和技术挫折,但我们只是说我们要使用它,我们必须让它发挥作用——我们做到了。”

在20世纪60年代,接触式掩膜对准器被用于晶圆印刷,Kulicke & Soffa是第一个将其引入商业化的公司。后来,Kasper仪器公司成为主导供应商,但当三位前Kasper工程师成立了他们自己的公司,名为Cobilt--并且在1972年被总部设在波士顿的CAD巨头Computervision收购--一个新的晶圆印刷模式出现了。

"Cobilt公司生产的机械对准器,其打印半导体晶圆的技术比当时的标准要好一些。而Computervision公司有一套自动对准系统,可以让你更准确地对准各层。"Sam Harrell说,他从Computervison公司调到西海岸,成为Cobilt公司的工程副总裁。

"我们在世界各地销售了数百台机器。在投影打印占据主导地位之前,它真的是统治者。"

在加入Cobilt之前,Ed Segal在Kasper销售对准器,他看到了当Perkin-Elmer开发出投影掩膜对准器时,目睹le Cobilt是如何失去其领先地位的。

Segal说:"当掩膜对准器从接触掩膜对准器进入下一阶段,即所谓的投影对准器,或在晶圆上投影掩膜图像时,Perkin-Elmer完全进入并占领了这个市场。" Cobilt也试图建造一个,但它确实遭到了非常大的失败。该公司最终在1981年被卖给了应用材料公司。"

吉姆-加拉格尔(Jim Gallagher)在GCA负责半导体设备业务,该公司在80年代将市场让给日本公司之前是光刻技术的世界领导者。在尼康和佳能等日本供应商成为市场领导者之后,该公司的最终消亡。

"我们开始尽可能地卖掉业务。但是,当你在走下坡路时,可以说,那不是开始出售的时候,因为你正在做的是,每个人都知道你的问题,他们会给出最低、最低的价格。所以那是我们滑坡的开始"加拉格尔说。

到20世纪80年代末,日本步进器供应商的主导地位让美国芯片制造商感到担忧。为了开发一个替代来源,英特尔与一家欧洲公司Censor合作。然而,这一努力失败了,Censor在1984年被卖给了Perkin-Elmer。

英特尔联合创始人戈登-摩尔回忆起当时的担忧。当时佳能和尼康的大型步进器都出来了。在美国没有类似的设备,而这是整个过程中的一个关键部分。

"我们与一家列支敦士登公司[Censor]有一个重要项目,以制造一个步进器。非常复杂,但也非常昂贵,而且开发速度太慢,他们无法真正对市场产生影响。我们最终购买了日本的设备,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昌一郎设计了该公司的第一台用于半导体制造的步进重复相机。

在20世纪90年代,SVG在新任命的首席执行官Papken Der Torossian的带领下向光刻技术领域扩张。SVG曾试图收购GCA,但交易从未实现,GCA在1988年被卖给了General Signal。

然而,DerTorossian 成功地获得了由Perkin-Elmer 与 IBM 联合开发的下一代步进扫描系统Micrascan --但他表示,这需要数千万的研发经费和两年半的时间来修复系统中的错误。结果是Micrascan II。

"他们拥有的机器无法工作--其平均故障间隔时间不到一小时。IBM无法使用它。但它有非常好的基本技术"他说。

Der Torrossian解释了现金短缺如何导致错失将先进光刻技术留在美国的机会。

“在 1992 年,ASML 正在寻找大规模资金投入。拥有它们的飞利浦找到我,并打算以 6000 万美元的价格出售 ASML。当时我没有 6000 万美元。我告诉他们,但我会给你同等数量的股份,让我们建立一个合资企业吧。不过飞利浦拒绝了我,因为他们需要的是现金。”

到 2001年,ASML 扭转了局面,最终以 16 亿美元收购了美国最后一家主要的光刻机公司 SVG。由于国家安全问题,这笔交易被推迟了几个月,但在 ASML同意剥离 SVG 的 Tinsley Labs 部门后,最终得到了乔治·W·布什政府的批准。

至此美国丢掉了光刻机!

这幅由 SEMI 于 1980 年委托制作的画作描绘了光刻先驱。从左起,Perkin-Elmer 的投影掩模对准器背后的团队(Abe Offner、Jere Buckley、David Markel 和 Harold Hemstreet),以及右侧的主要发明者 Burt Wheeler David W. Mann Co. 的photo repeater

原文:Losing Lithography: How the US Invented, then lost, a Critical Chipmaking Process - Semiwiki

  1. EETOP 官方微信

  2. 创芯大讲堂 在线教育

  3. 创芯老字号 半导体快讯

相关文章

全部评论

  • 最新资讯
  • 最热资讯
@2003-2022 EETOP

京ICP备10050787号   京公网安备:11010502037710