Sematech向前迈出一步 - 彭博社

复兴已经酝酿了五年，但美国可能终于要在与日本的技术战争中重新夺回一些阵地。早在1987年，14家美国电子公司组成了Sematech联盟，并发誓要恢复美国在制造集成电路所需的特殊设备方面的竞争力。6月15日，Sematech倡议的一个关键产品将由位于康涅狄格州威尔顿的硅谷集团光刻系统公司（SVGL）揭晓。其“打印”数百万个晶体管在微芯片上的新工具显示出超越日本所有产品的潜力。“我们拥有一种技术，将使美国重新获得优势，”SVGL的市场经理罗伯特·维尔加拉宣称。

这款名为Micrascan II的SVGL机器部分由Sematech资助开发，已经赢得了分析师和潜在客户的赞誉。“这是为数不多的几种能够带我们进入256兆位芯片的技术之一，”位于加利福尼亚州圣荷西的VLSI Research Inc.首席执行官杰瑞·D·哈奇森表示。能够存储2.56亿位数据的计算机内存芯片——大约是本杂志200期的文本——预计将在1997年左右问世。在此之前，另一家SVGL支持者IBM计划购买数十台Micrascan用于制造64兆位芯片，预计将在明年年底前开始生产试验。行业消息人士预计，领先的内存芯片供应商东芝公司也将下订单。

Micrascan并不是美国在这一关键技术复苏的唯一迹象。位于马萨诸塞州安多佛的GCA公司也在Sematech的帮助下开发了先进的电路打印工具，并最近获得了数字设备公司的重大订单。而位于加利福尼亚州圣克拉拉的Ultratech Stepper Inc.正在研发256兆位芯片的技术。“我们开始看到能够与日本竞争的美国产品，”市场研究公司Dataquest Inc.的半导体设备分析师佩吉·伍德表示。

保持美国身份。在Sematech被评判为成功之前，还有很多领域需要恢复。但是，这项每年花费纳税人1亿美元配套资金的工业政策实验，看起来像是对日本国际贸易与工业省早期努力的解药。直到1980年代初，美国公司在用于在硅晶圆上蚀刻越来越薄的电路线的硬件市场上占据主导地位。但到那时，MITI已经选择了尼康公司和佳能公司来开发更好的系统。正当日本人这样做时，美国的先驱们却掉了链子。1980年全球第二的GCA的一位高管承认，他们未能跟上步伐，并因可靠性差和服务不佳而疏远了客户。GCA很快就从前十名中掉了下来。

与此同时，1980年全球第一的康宁公司在康涅狄格州诺沃克，错过了从旧电路打印机转型的关键一步。到1988年，PE的排名跌至全球第八，管理层对与IBM合作开发的高风险创新感到绝望。因此，在1989年初，PE将其光刻部门挂牌出售。当尼康成为唯一的认真买家时，美国电子公司纷纷响应。布什政府敦促PE的董事长寻找美国买家。随着尼康的撤退，硅谷集团公司（当时是一家价值1.31亿美元的其他晶圆处理设备供应商）介入。在IBM的帮助下，SVG让PE以其1亿美元的要价的一个小部分达成交易——2800万美元——加上新公司SVGL的20%股份。

乍一看，这场骚动似乎有些不成比例。去年，美国所有微光刻设备的市场仅为3.14亿美元。但它是310亿美元美国电子产业的31亿美元半导体产业技术链中的关键环节。IBM和其他重量级公司担心，如果日本垄断了光刻业务，其芯片制造商可能会优先获得新型步进机，今天的芯片打印机就是这样称呼的。然后，他们可以给自己的计算机部门提供芯片，从而使日本计算机在成本或性能上占据优势。

这仍然可能发生。与尼康和佳能相比，SVGL和GCA显得微不足道。根据Dataquest的数据，去年出货的679台步进机中，每台售价在100万美元到400万美元之间，超过80%是日本制造的。荷兰供应商先进半导体材料公司（ASM），部分由飞利浦拥有，市场份额为6%。相比之下，SVGL仅出货了八台第一代Micrascan设备，其优势仅比日本设备小。英特尔公司和摩托罗拉公司等芯片制造商正在评估最新型号，但怀疑其能否匹敌日本的可靠性。英特尔发言人霍华德·I·海高表示：“美国公司‘重新回到了竞争中’。‘但他们还没有准备好购买的时机。’”

细节问题。步进机制造微小的芯片，内含数百万个晶体管，可能是有史以来最精确的工厂工具。它通过电路图案的掩模或模板照射光线，将图像印在覆盖硅晶圆的光敏层上。然后，晶圆向前移动一步——因此得名“步进机”——以打印下一组芯片。目前的步进机可以打印至少0.8微米或1/125人类头发直径的电路线。这对于4兆位内存芯片来说是足够的。然而，现在上市的16兆位芯片需要将电路线缩小到0.6微米或更小，而64兆位内存则需要更细于0.4微米的线路。

为了超越日本，Perkin-Elmer计划将步进机与早期技术扫描仪结合起来。与其用闪光灯曝光电路，不如用光源扫描移动的掩模（见图，110页）。这种方法具有50%以上更大的“视野”，因此每次曝光通常可以打印三个芯片，而步进机只能打印两个。更高的产出节省了成本。而一种名为“深紫外”的创新新光源，承诺将步进扫描的线宽缩小到0.25微米以下，这是256兆位内存的目标。

制造这样一台机器面临重大问题。尤其困难的是保持光束的紧密聚焦。当PE放弃时，IBM早已停止制造自己的芯片制造设备，也不愿意单独承担这个任务。SVG的主席Papken S. Der Torossian，一个热衷于将美国创新保留在美国的人，站了出来。但他并不打算继续，直到IBM承诺以7600万美元购买19台第一代机器。“主要障碍是说服SVG这可以是一个赚钱的提议，”IBM半导体制造负责人Michael J. Attardo说。

这笔交易花了五个月的时间来构建，并且多次几乎崩溃，Der Torossian回忆道。最终，IBM还同意支付2000万美元用于研发，而Sematech又增加了2000万美元。在1990年底，国防高级研究计划局选择SVGL进行一个项目，目标是刻蚀更细的线条。麻省理工学院林肯实验室的项目负责人David C. Shaver说：“DARPA希望这个行业健康发展。”

在SVGL逐渐取得进展后，SVG总裁Vahe A. Sarkissian回忆道，出现了“重大恐慌”。到1991年3月，工程师们已经生产出可以打印仅0.35微米厚线条的镜头。但这些镜头也留下了鬼影——错误位置的淡线。“天空在崩溃，”Sarkissian说，直到工程师通过改用更纯的玻璃解决了这个问题。

总的来说，SVGL已经向IBM交付了13台第一代步进式扫描仪。它们的线宽为0.5微米，制造IBM的领先16兆位内存芯片，并正在推动到0.4微米，以制作64兆位芯片的原型。另一台机器在Sematech，工程师们正在对其进行评估，来自德州仪器公司和摩托罗拉等公司的工程师参与其中。去年，东芝购买了唯一一台出售给非美国公司的设备。现在，SVGL正准备生产Micrascan II，提供0.35微米的线条。如果DARPA资助的项目成功，下一台SVGL机器将达到0.18微米。

大年。这样的表现使美国重新回到技术领先地位，尽管尼康和佳能的官员指出，只有IBM下了很多订单。日本人还表示，GCA现在提供0.35微米的步进机，可能永远无法摆脱其错误百出的过去。他们还说，在芯片制造商需要低于0.35微米之前，还需要五年时间，而日本现在实现的是0.5微米。到那时，尼康和佳能也将准备好。

这样的谈话让美国人想起了自己的错误。“如果日本人不认真对待这场竞争，他们将走上失去市场份额的道路，”Sematech的光刻负责人戈登·B·麦克米伦宣称。他认为接下来的12个月至关重要。那时，大型生产商将开始为他们的“亚半微米”芯片订购设备。Sematech正在努力向英特尔、摩托罗拉和其他潜在客户证明新的美国工具既可靠又创新。如果成功，那么一个关键的美国行业——在纳税人的一点帮助下——可能会抵挡住日本的强大冲击。