Bilgi işlemin bir sonraki adımını şekillendirecek olan çip modelleme makineleri

Lathrop, küçük bir şeyi daha büyük göstermek için mikroskopları inceleyerek yıllarını harcamıştı. Transistörlerin nasıl minyatürleştirileceği konusunda kafası karışırken, o ve Nall, ters çevrilmiş mikroskop optiklerinin büyük bir şeyin -bir transistör modelinin- minyatürleştirilmesine izin verip vermeyeceğini merak ettiler. Öğrenmek için, bir parça germanyum malzemeyi, kamera şirketi Eastman Kodak’tan aldıkları fotorezist adı verilen bir kimyasalla kapladılar. Işık, fotodirençle reaksiyona girerek onu daha sert veya daha zayıf hale getirir. Lathrop bu özellikten yararlandı ve mesa şeklinde bir “maske” yarattı ve onu ters optiklerle mikroskoba yerleştirdi. Maskedeki deliklerden geçen ışık, mikroskobun merceği tarafından küçültüldü ve fotodirenç kimyasallarına yansıtıldı. Işığın vurduğu yerde kimyasallar sertleşti. Işığın maske tarafından engellendiği yerlerde, bunlar temizlenebilir ve geriye hassas, minyatür bir germanyum mesa bırakır. Minyatür transistörler üretmenin bir yolu bulundu.

Lathrop, sürece fotolitografi – ışıkla baskı – adını verdi ve o ve Nall bir patent başvurusunda bulundu. 1957’de yıllık Uluslararası Elektron Cihazları Toplantısında konuyla ilgili bir bildiri sundular ve Ordu, buluşu için ona 25.000 $ ödül verdi. Lathrop, ailesine parayla yeni bir istasyon vagonu satın aldı.

Soğuk Savaş’ın ortasında, havan topları pazarı büyüyordu, ancak Lathrop’un litografi süreci yükseldi çünkü sivil elektronik için transistör üreten şirketler onun dönüştürücü potansiyelini fark etti. Litografi, transistörleri benzeri görülmemiş bir hassasiyetle üretmekle kalmadı, aynı zamanda daha fazla minyatürleştirmeye de kapı açtı. Ticari transistör yarışına öncülük eden iki şirket -Fairchild Semiconductor ve Texas Instruments- sonuçları erkenden anladılar. Litografi, milyonlarca transistör imal etmek ve onları bir kitlesel pazar ürününe dönüştürmek için ihtiyaç duydukları araçtı.

ışıkla boyama

Fairchild’in kurucularından biri olan Robert Noyce, her ikisi de MIT’de fizik alanında doktora öğrencisiyken Lathrop ile birlikte çalışmıştı. İkisi, lisansüstü okulda hafta sonlarını New Hampshire’ın dağlarında yürüyüş yaparak geçirmiş ve mezun olduktan sonra da iletişimlerini sürdürmüşlerdi. Noyce, Fairchild’de Lathrop’un laboratuvar ortağı Nall’ı işe almak için hızla harekete geçti ve Bay Area’daki bir fotoğraf dükkanından satın aldığı 20 milimetrelik kamera lensleri setiyle kendi cihazına jüri kurarak şirketinin litografi çabalarına öncülük etti.

Bu arada Lathrop, Fairchild’ın rakibi Texas Instruments’ta bir işe girdi ve yeni istasyon vagonunu Dallas’a sürdü. Tam da yeni meslektaşı ve ömür boyu arkadaşı Jack Kilby, içine inşa edilmiş veya entegre edilmiş birden fazla elektronik bileşen içeren bir yarı iletken malzeme parçası yaratmanın eşiğindeyken geldi. Bu entegre devrelerin ancak Lathrop’un litografi yöntemiyle verimli bir şekilde üretilebileceği kısa sürede anlaşıldı. Çip firmaları, çiplere daha fazla sıkıştırmak için transistörleri küçültmeye çalışırken, fotolitografi minyatür üretimin gerektirdiği hassasiyeti sağladı.

Fairchild ve Texas Instruments ilk litografi makinelerini kendi bünyesinde yaptılar, ancak makinelerin artan karmaşıklığı kısa sürede yeni girenlerin ilgisini çekti. Transistörlerin ölçeği santimetreden milimetreye ve mikrona düştükçe, hassas optiğin önemi arttı. Perkin-Elmer, ABD ordusu için bomba nişangahlarından casus uydulara kadar özel optikler üreten Connecticut merkezli bir firmaydı. 1960’ların sonunda bu uzmanlığın litografi için de kullanılabileceğini fark etti. Maske desenini neredeyse kusursuz bir hassasiyetle hizalarken bir silikon plaka üzerine yansıtabilen bir tarayıcı geliştirdi. Tarayıcı daha sonra ışığı bir fotokopi makinesi gibi gofret boyunca hareket ettirdi ve onu ışık çizgileriyle boyadı. Bu araç, metrenin milyonda biri olan bir mikron kadar küçük transistörler üretebildiğini kanıtladı.

Ancak çip özellikleri daha da küçüldüğü için yaklaşım pratik değildi. 1970’lerin sonunda, tarayıcıların yerini, ışığı bir gofret boyunca ayrı adımlarla hareket ettiren makineler olan kademeli makineler almaya başladı. Adımlayıcının zorluğu, ışığı mikron ölçeğinde hassasiyetle hareket ettirmekti, böylece her flaş çiple mükemmel bir şekilde hizalandı. Kökenleri casus balonlara dayanan Boston merkezli bir firma olan GCA, bildirildiğine göre Texas Instruments yöneticisi Morris Chang’ın -daha sonra bugün dünyanın en büyük çip üreticisi olan TSMC’nin kurucusu olacak- tavsiyesi üzerine ilk adım aracını tasarladı.

New England’ın uzman litografi firmaları kısa sürede yoğun bir rekabetle karşı karşıya kaldı. 1980’lerde, Japon yonga üreticileri bellek yongalarının üretiminde büyük pazar payı kazanmaya başlayınca, iki yerli litografi araçları üreticisi olan Nikon ve Canon’dan satın almaya başladılar. Aynı sıralarda, Hollandalı yonga üreticisi Philips, litografi araçları üreten kendi birimini kurdu ve yeni şirkete ASML adını verdi.