Lathrop había pasado años mirando a través de microscopios para hacer que algo pequeño pareciera más grande. Mientras se preguntaba cómo miniaturizar los transistores, él y Nall se preguntaban si la óptica del microscopio al revés podría permitir que algo grande, un patrón para un transistor, se miniaturizara. Para averiguarlo, cubrieron una pieza de material de germanio con un tipo de químico llamado fotoprotector, que adquirieron de Eastman Kodak, la compañía de cámaras. La luz reacciona con la fotoprotección, haciéndola más dura o más débil. Lathrop aprovechó esta característica y creó una “máscara” en forma de mesa, colocándola en el microscopio con la óptica invertida. La luz que pasaba a través de los agujeros en la máscara era encogida por la lente del microscopio y proyectada sobre las sustancias químicas fotorresistentes. Donde la luz golpeó, los químicos se endurecieron. Donde la luz estaba bloqueada por la máscara, podían ser eliminadas, dejando una mesa de germanio en miniatura precisa. Se había encontrado una forma de fabricar transistores miniaturizados.
Lathrop llamó al proceso fotolitografía (impresión con luz) y él y Nall solicitaron una patente. Entregaron un documento sobre el tema en la Reunión Internacional Anual de Dispositivos de Electrones en 1957, y el Ejército le otorgó un premio de $ 25,000 por la invención. Lathrop le compró a su familia una camioneta nueva con el dinero.
En medio de la Guerra Fría, el mercado de espoletas de mortero estaba creciendo, pero el proceso de litografía de Lathrop despegó porque las empresas que producían transistores para la electrónica civil se dieron cuenta de su potencial transformador. La litografía no solo produjo transistores con una precisión sin precedentes, sino que también abrió la puerta a una mayor miniaturización. Las dos empresas que lideraron la carrera hacia los transistores comerciales, Fairchild Semiconductor y Texas Instruments, entendieron las implicaciones desde el principio. La litografía era la herramienta que necesitaban para fabricar transistores por millones, convirtiéndolos en un bien de mercado masivo.
pintar con luz
Robert Noyce, uno de los cofundadores de Fairchild, había estudiado junto a Lathrop cuando ambos eran estudiantes de doctorado en física en el .. Los dos habían pasado los fines de semana en la escuela de posgrado recorriendo las montañas de New Hampshire y se habían mantenido en contacto después de graduarse. En Fairchild, Noyce actuó rápidamente para contratar a Nall, el socio de laboratorio de Lathrop, y encabezó los esfuerzos de litografía de su empresa al manipular su propio dispositivo con un juego de lentes de cámara de 20 milímetros que había comprado en una tienda de fotografía del Área de la Bahía.
Mientras tanto, Lathrop aceptó un trabajo en Texas Instruments, la competencia de Fairchild, conduciendo su nueva camioneta hasta Dallas. Llegó justo cuando su nuevo colega y amigo de toda la vida, Jack Kilby, estaba a punto de crear una pieza de material semiconductor con múltiples componentes electrónicos incorporados o integrados. Pronto se hizo evidente que estos circuitos integrados solo podían producirse de manera eficiente con el método de litografía de Lathrop. A medida que las empresas de chips se esforzaban por encoger los transistores para meter más de ellos en los chips, la fotolitografía proporcionó la precisión que requería la fabricación miniaturizada.
Fairchild y Texas Instruments fabricaron sus primeras máquinas de litografía internamente, pero la creciente complejidad de las máquinas pronto atrajo a nuevos participantes. A medida que la escala de los transistores se redujo de centímetros a milímetros a micras, aumentó la importancia de la óptica de precisión. Perkin-Elmer era una empresa con sede en Connecticut que producía óptica especializada para el ejército estadounidense, desde visores de bombas hasta satélites espía. A fines de la década de 1960, se dio cuenta de que esta experiencia también podía usarse para la litografía. Desarrolló un escáner que podía proyectar el patrón de la máscara en una oblea de silicio mientras los alineaba con una precisión casi perfecta. Luego, el escáner movió una luz a través de la oblea como una fotocopiadora, pintándola con líneas de luz. Esta herramienta demostró ser capaz de fabricar transistores tan pequeños como una micra, una millonésima parte de un metro.
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Pero el enfoque no fue práctico ya que las características del chip se hicieron aún más pequeñas. A fines de la década de 1970, los escáneres comenzaron a ser reemplazados por motores paso a paso, máquinas que movían la luz en pasos discretos a través de una oblea. El desafío con un paso a paso era mover la luz con una precisión de escala micrométrica, de modo que cada destello estuviera perfectamente alineado con el chip. GCA, una empresa con sede en Boston que tuvo sus orígenes en los globos espía, ideó la primera herramienta paso a paso, supuestamente siguiendo el consejo del ejecutivo de Texas Instruments, Morris Chang, más tarde fundador de TSMC, que hoy es el fabricante de chips más grande del mundo.
Las empresas especializadas en litografía de Nueva Inglaterra pronto se enfrentaron a una fuerte competencia. En la década de 1980, cuando los fabricantes de chips japoneses comenzaron a ganar una importante participación de mercado en la producción de chips de memoria, comenzaron a comprar a Nikon y Canon, dos productores locales de herramientas de litografía. Casi al mismo tiempo, el fabricante de chips holandés Philips creó su propia unidad que fabricaba herramientas de litografía, llamando a la nueva empresa ASML.