Chip War: The Fight for the World's Most Critical Technology - Chris Miller

с пусковых площадок, разбросанных по американскому Западу, едва могла попасть в Москву. Бортовой компьютер наведения представлял собой громадное чудовище, построенное на дискретных транзисторах, а программа наведения поступала в компьютер наведения через майларовую ленту с пробитыми в ней отверстиями.

Хаггерти пообещал ВВС, что компьютер, использующий интегральные схемы Килби, сможет выполнять вдвое больше вычислений при вдвое меньшем весе. Он представлял себе компьютер, использующий двадцать два различных типа интегральных схем. По его мнению, 95% функций компьютера выполняли бы интегральные схемы, вырезанные в кремнии, которые вместе весили бы 2,2 унции. Оставшиеся 5% аппаратной части компьютера, которые инженеры TI еще не могли придумать, как разместить на чипе, весили 36 кг. "Это был просто вопрос размера и веса", - пояснил один из инженеров, разрабатывавших компьютер, Боб Нис, принимая решение об использовании интегральных схем. " Выбор был невелик".

Выигрыш контракта на Minuteman II изменил бизнес TI по производству микросхем. Если раньше объем продаж интегральных микросхем TI измерялся десятками, то вскоре компания стала продавать их тысячами на фоне страха перед "ракетным разрывом" США с Советским Союзом. Уже через год поставки TI для ВВС составили 60% всех долларов, потраченных на закупку микросхем до настоящего времени. К концу 1964 года Texas Instruments поставила сто тысяч интегральных схем для программы Minuteman. К 1965 году 20 процентов всех проданных в том году интегральных микросхем было поставлено для программы Minuteman. Ставка Пэта Хаггерти на продажу микросхем военным окупалась. Вопрос заключался лишь в том, сможет ли TI научиться их массовому производству.

 

Глава 5. Минометы и массовое производство

Джей Лэтроп приехал на стоянку Texas Instruments на свой первый рабочий день 1 сентября 1958 г., как раз в то время, когда заканчивалось судьбоносное лето Джека Килби, проведенное в лабораториях TI. После окончания Массачусетского технологического института, где он пересекался с Бобом Нойсом, Лэтроп работал в правительственной лаборатории США, где ему было поручено разработать бесконтактный взрыватель, который позволил бы 81-мм минометной мине автоматически взрываться над целью. Как и инженеры компании Fairchild, он испытывал трудности с транзисторами мезаобразной формы, которые оказалось трудно миниатюризировать. Существующие технологические процессы предполагали нанесение на определенные участки полупроводникового материала восковых шариков специальной формы, а затем смывание непокрытых участков с помощью специальных химикатов. Для изготовления транзисторов меньшего размера требовались меньшие шарики воска, но сохранить их правильную форму было очень сложно.

Рассматривая в микроскоп один из своих транзисторов, Лэтроп и его ассистент, химик Джеймс Налл, пришли к мысли: объектив микроскопа может взять что-то маленькое и сделать его больше. Если перевернуть микроскоп вверх ногами, то его линза примет что-то большое и сделает его меньше. Можно ли с помощью объектива взять большой рисунок и "напечатать" его на германии, создав таким образом миниатюрные мезы на блоках германия? Компания Kodak, производящая фотоаппараты, продавала химические вещества, называемые фоторезистами, которые вступали в реакцию при воздействии света.

Лэтроп покрыл блок германия одним из химикатов Kodak - фоторезистом, который исчезал под воздействием света. Затем он перевернул микроскоп вверх дном и покрыл объектив рисунком так, чтобы свет проходил только через область в форме прямоугольника. Свет попадал в шаблон, светил через объектив в форме прямоугольника и уменьшался в размерах под действием перевернутого микроскопа, фокусируясь на германии с фоторезистивным покрытием, при этом лучи света создавали миниатюрную версию прямоугольного шаблона идеальной формы. Там, где свет попадал на слой фоторезиста, химическая структура изменялась, что позволяло смыть его, оставив крошечное прямоугольное отверстие, гораздо меньшее по размеру и более точное по форме, чем мог бы быть любой кусочек воска. Вскоре Лэтроп обнаружил, что может печатать и "провода", добавляя сверхтонкий слой алюминия для соединения германия с внешним источником питания.

Лэтроп назвал этот процесс фотолитографией - печатью с помощью света. Он создал транзисторы гораздо меньших размеров, чем это было возможно ранее: диаметром всего в десятую долю дюйма, с элементами высотой до 0,0005 дюйма. Фотолитография позволила представить себе массовое производство крошечных транзисторов. В 1957 году Лэтроп подал заявку на получение патента на эту технологию. Под звуки армейского оркестра военные вручили ему медаль за проделанную работу и денежную премию в размере 25 000 долларов США, которую он использовал для покупки своей семье универсала Nash Rambler.

Пэт Хаггерти и Джек Килби сразу же поняли, что процесс фотолитографии Лэтропа стоит гораздо больше, чем премия в 25 000 долларов, которую ему вручила армия. Для ракетной программы Minuteman II требовались тысячи интегральных схем. Для космического корабля "Аполлон" требовались десятки тысяч других. Хаггерти и Килби поняли, что световые лучи и фоторезисты могут решить проблему массового производства, механизируя и миниатюризируя изготовление микросхем так, как это не удавалось сделать при пайке проводов вручную.

Внедрение процесса литографии Латропа в компании Texas Instruments потребовало новых материалов и новых процессов. Химикаты фоторезиста компании Kodak были недостаточно чистыми для массового производства, поэтому TI приобрела собственные центрифуги и перерабатывала химикаты, поставляемые Kodak. Лэтроп ездил на поездах по всей стране в поисках "масок", которые можно было бы использовать для проецирования точных световых узоров на покрытые фоторезистом плиты полупроводникового материала для вырезания схем. В конце концов он пришел к выводу, что ни одна из существующих компаний, производящих маски, не обладает достаточной точностью, поэтому TI решила сама производить маски. Плиты кремния, которые требовались для интегральных схем Килби, должны были быть сверхчистыми, что не под силу ни одной компании. Поэтому TI также начала производство собственных кремниевых пластин.

Массовое производство работает, когда все стандартизировано. Компания General Motors вставляла множество одинаковых деталей во все автомобили Chevrolet, сходившие с ее конвейеров. Когда речь шла о полупроводниках, у таких компаний, как TI, не было инструментов, позволяющих определить, все ли компоненты их интегральных схем одинаковы. Химические вещества содержали примеси, которые в то время невозможно было проверить. Перепады температуры и давления вызывали неожиданные химические реакции. Маски, через которые проецировался свет, могли быть загрязнены частицами пыли. Одна примесь могла испортить весь цикл производства. Единственным методом совершенствования был метод проб и ошибок, и компания TI организовала тысячи экспериментов по оценке влияния различных температур, комбинаций химических веществ и производственных процессов. Джек Килби каждую субботу ходил по коридорам TI и проверял эксперименты своих инженеров.

Инженер-технолог компании TI Мэри Энн Поттер в течение нескольких месяцев проводила круглосуточные испытания. Первая женщина, получившая степень по физике в Техасском технологическом институте, Поттер была принята на работу в компанию TI для расширения производства микросхем для ракеты Minuteman. Она часто работала в ночную смену