17 “运送垃圾”
克莱顿·琼斯（Clayton Jones），《计算机化激光快速制造微芯片电路》（Computerized Laser Swiftly Carves Circuits for Microchips），《基督教科学箴言报》（Christian Science Monitor），1981年3月10日。大卫·桑格（David Sanger），《对小GCA的巨大担忧》（Big Worries Over Small GCA），《纽约时报》，1987年1月19日。莱斯利·柏林，《微芯片背后的人》，第94、119页。感谢克里斯·麦克给我指出这一点。 当日本巨头撕裂美国高科技产业时，不仅仅是生产DRAM芯片的公司陷入困境，它们的许多供应商也面临同样问题。1981年，被誉为美国“最热门的高科技公司”之一的GCA（美国地球物理公司），通过销售使摩尔定律成为可能的设备而迅速发展。 自从物理学家杰伊·莱思罗普首次将显微镜颠倒过来照射光刻胶，并在半导体晶圆上制作图案以来的20年里，光刻过程变得十分复杂。罗伯特·诺伊斯开着老爷车在加利福尼亚州101号公路上来回行驶，为仙童的临时照相设备寻找电影相机镜头的日子早已一去不复返了。 现在，光刻技术是一门大生意，20世纪80年代初，GCA处于领先地位。
尽管光刻技术已经比当时莱思罗普的倒置显微镜精确得多，但原理仍然不变。光线穿过掩模和透镜，将聚焦的形状投射到涂有光刻胶的硅片上。在光线照射的地方，化学物质与光发生反应，然后被溶解，暴露出硅片上的微小凹痕，以去除凹痕下面的材料，或者淀积某种新的材料，再用特殊溶液去除剩余的光刻胶，最终让具有完美凹痕形状的新材料留在硅片上。这个光刻过程通常需要五次、十次或几十次，通过沉积、蚀刻和抛光才能制造出集成电路。每一次光刻都需要与上一次严格对准。随着晶体管的小型化，光刻工艺涉及的每一部分，从化学物质到透镜，再到使硅片与光源完美对准的激光器，都变得更加困难。
采访克里斯·麦克，2021年。采访戴夫·马克尔，2021年。珀金·埃尔默，《Micralign投影掩模对准系统》（Micralign Projection Mask Alignment System），芯片历史中心，https://www.chiphistory.org/154-perkin-elmer-micralign-projection-mask-alignment-system。丹尼尔·P.伯班克（Daniel P. Burbank），《制造几乎不可能的微芯片》（The Near Impossibility of Making a Microchip），《发明与技术》（Invention and Technology），1999年秋季。亚历克西斯·C.马德里加尔（Alexis C. Madrigal），《最高机密：关于美国中央情报局冷战间谍卫星的简报》（TOP SECRET: Your Briefing on the CIA's Cold-War Spy Satellite，“Big Bird”），《大西洋》（Atlantic），2011年12月29日。马克，《光学光刻工具供应商的里程碑》（Milestones in Optical Lithography Tool Suppliers），http://www.lithoguru.com/scientist/litho_history/milestones_tools.pdf。 世界领先的透镜制造商是德国的卡尔·蔡司（Carl Zeiss）和日本的尼康（Nikon），尽管美国也有一些专业的透镜制造商。珀金埃尔默公司（Perkin Elmer）是康涅狄格州诺沃克的一家小型制造商，曾在第二次世界大战期间为美国军方制造炸弹瞄准器，并为冷战时期的卫星和间谍飞机制造透镜。该公司意识到这项技术可以用于半导体光刻，并开发了一种芯片扫描式光刻机，该光刻机可以凭借近乎完美的精度让光刻光源对准硅片，这一点至关重要。这台机器像复印机一样在晶圆上移动光线，将光刻胶覆盖的晶圆逐一曝光。珀金埃尔默公司的扫描式光刻机可以制造出栅长接近1微米（百万分之一米）的芯片。
克雷格·艾迪生采访詹姆斯·E.加拉赫（James E. Gallagher），SEMI，2005年3月9日。克雷格·艾迪生采访阿瑟·W.扎菲罗普洛（Arthur W. Zafiropoulo），SEMI，2006年5月25日。GCA公司，《关于我们公司成员》（About Our Corporation Members），《美国气象学会公报》（Bulletin American Meteorological Society），1962年12月12日。克莱顿·琼斯，《计算机化激光快速制造微芯片电路》（Computerized Laser Swiftly Carves Circuits for Microchips）。 20世纪70年代末，珀金埃尔默公司的扫描式光刻机主导了光刻市场，但到了20世纪80年代，它被GCA公司取代。GCA公司由一位前空军军官领导。他后来成为地球物理学家，名叫米尔特·格林伯格（Milt Greenberg），他是一位雄心勃勃、固执、满嘴脏话的天才。第二次世界大战后，格林伯格和一位空军伙伴利用洛克菲勒兄弟的种子资金成立了GCA。作为一名军事气象学家，格林伯格利用自己对大气层的了解和与空军的联系，成为一名国防承包商，生产高空气球等装备，用于测量和拍摄苏联照片。
采访格里夫·里索，2021年。《格里夫·里索谈光刻》（Griff Resor on Photolithography），半导体历史，YouTube视频，2009年1月30日，https://www.youtube.com/watch?v=OKfdHZCEfmY。 格林伯格的野心很快就变得更大了。半导体行业的增长表明，真正的资金来自大众市场，而不是特别的军事合同。格林伯格认为，其公司用于军事侦察的高科技光学系统可以用在制造民用芯片上。20世纪70年代，在GCA为芯片制造商宣传其产品的一次行业会议上，TI的张忠谋走到GCA展台前，开始查看GCA的设备，并询问设备是否可以一步一步地移动，从而逐个将硅片上的每个芯片曝光，而不是一次扫描整个晶圆。 这样的“步进式光刻机”比当时已有的扫描式准确得多。虽然以前从来没有设计过步进式光刻机，但GCA的工程师相信，他们可以创造出一个，以提供更高分辨率的成像，从而造出更小的晶体管。
《格里夫·里索谈光刻》，半导体历史，YouTube视频，2009年1月30日，https://www.youtube.com/watch?v=OKfdHZCEfmY。《光刻工具供应商的里程碑》，http://www.lithoguru.com/scientist/litho_history/milestones_tools.pdf。《截至1980年9月的GCA伯灵顿分部所有4800 DSW装运历史》（GCA Burlington Division Shipment History ofAll 4800 DSW's as of September 1980），第1页。销售数据来自丽贝卡·玛尔塔·亨德森（Rebecca Marta Henderson），《老牌公司在技术变革面前的失败》（The Failure of Established Firms in the Face of Technical Change），哈佛大学博士论文，1988年，第217页；以及克莱顿·琼斯，《计算机化激光快速制造微芯片电路》（Computerized Laser Swiftly Carves Circuits for Microchips）。 几年后的1978年，GCA推出了第一台步进式光刻机。 销售订单开始滚滚而来。在步进式光刻机出现之前，GCA每年的军事合同收入从未超过5000万美元，直到GCA垄断了这种价值极高的机器，其收入很快达到3亿美元，公司股票价格也开始飙升。
采访彼得·比洛、罗斯·杨和比尔·托比，2021年。克雷格·艾迪生采访加拉赫，SEMI，2005年3月9日。 但随着日本芯片产业的崛起，GCA开始失去优势。首席执行官格林伯格把自己想象成一个商业巨头，打赌自20世纪80年代初开始的半导体繁荣将无限期地持续下去，他破土动工兴建了一座大型的新制造厂。但他花在经营企业上的时间较少，更多的是与政客们来往。结果，管理不善，成本失控。一名员工竟在衣橱里偶然发现了价值100万美元的精密镜片。关于高管们用公司信用卡购买科尔维特（Corvettes）超级跑车的传闻流传开来。格林伯格的一位合伙创始人承认，公司花钱就像“喝醉了的水手”。
采访比尔·托比、吉姆·内罗达和彼得·比洛，2021年。罗斯·杨，《硅相扑》（Silicon Sumo），1994年，第279页。查尔斯·N.皮朱纽斯基（Charles N. Pieczulewski），《领先制造商中半导体光刻设备开发和采购实践的基准》（Benchmarking Semiconductor Lithography Equipment Development & Sourcing Practices Among Leading Edge Manufacturers），硕士论文，麻省理工学院，1995年，第54页。 公司的无节制行为还遭遇了不当时机。半导体行业一直是周期性的。当需求旺盛时，该行业会飙升；当需求不旺盛时，该行业又会回落。即使不需要设计火箭的高明科学家，GCA也有少数工作人员清楚在20世纪80年代初的繁荣之后，经济衰退最终会随之而来。但格林伯格没有听进去。一名员工回忆道：“他不想听到市场部说‘经济将出现下滑’。”因此，该公司进入了20世纪80年代中期半导体行业的低迷期。1984—1986年，光刻设备的全球销售下降了40%。GCA的收入下降了三分之二以上。一位员工回忆道：“如果我们有一位称职的经济学家，那么我们可能会预测到这一点。但我们没有，我们只有米尔特·格林伯格。”
采访格里夫·里索、比尔·托比、吉姆·内罗达和彼得·比洛，2021年。罗斯·杨，《硅相扑》，第279页。 就在市场暴跌之际，GCA失去了可唯一制造步进式光刻机公司的地位。日本的尼康最初是GCA的合作伙伴，为其步进式光刻机提供精密镜头。但格林伯格决定放弃尼康，买下自己的镜头制造商——位于纽约的Tropel（特罗佩尔）公司。该公司曾为U2侦察机制造镜头，但难以生产出GCA所需的高质量镜头。与此同时，GCA的客户服务萎缩。一位分析师回忆道，该公司的态度是“买我们造的东西就行了，不要烦我们”。该公司自己的员工承认“客户受够了”。 这是一个垄断者的态度，但GCA不再是垄断者。在格林伯格停止购买尼康镜头后，这家日本公司决定制造自己的步进式光刻机。尼康从GCA获得了一台机器，对其进行了逆向工程。不久，尼康的市场份额就超过了GCA。
采访格里夫·里索，2021年。 许多美国人将GCA失去光刻领导地位归咎于日本的工业补贴。的确，日本的VLSI计划促进了该国DRAM芯片的生产，也帮助了尼康等设备供应商。随着美国和日本公司相互指责各自政府提供了不公平的帮助，商业紧张关系愈演愈烈。GCA的员工承认，尽管他们的技术是世界级的，但该公司在大规模生产方面举步维艰。精密制造是至关重要的，因为光刻技术现在非常精密，室外阵阵雷雨可能会改变气压，从而改变光线的折射，足以扭曲制作在芯片上的图像。 每年制造数百台步进光刻机需要有人专注于制造和质量控制，但GCA的领导人把注意力都放在了其他地方。
罗伯特·赖克，《下一个美国边疆》（The Next American Frontier），皇冠出版集团，1983年，第159页。 人们普遍将GCA的衰落当成日本崛起和美国衰落的缩影。一些分析家则看到了美国更普遍的制造业衰退证据，这种衰退始于钢铁行业，然后影响汽车行业，后来蔓延到高科技行业。麻省理工学院诺贝尔奖获得者、经济学家罗伯特·索洛（Robert Solow）是生产率和经济增长研究的先驱，他认为芯片行业受到了“不稳定结构”的影响，员工在公司和公司之间跳槽，公司拒绝对员工进行投资。著名经济学家罗伯特·赖克（Robert Reich）对硅谷的“纸上创业主义”表示惋惜，他认为这种做法过于注重对声望和财富的追求，而不是注重技术进步。 他宣称，在美国大学里，“科学和工程项目正在失败”。
采访吉尔·瓦内尔，2021年。丽贝卡·玛尔塔·亨德森，《老牌公司在技术变革面前的失败》，第225页。美国商务部出口管理局、战略产业和经济安全办公室战略分析司，《美国半导体晶圆加工工业设备国家安全评估》（National Security Assessment of the U.S.Semiconductor Wafer Processing Industry Equipment），1991年，第4-10页。 美国DRAM芯片制造商的困境在一定程度上与GCA的市场份额崩溃有关。那些在硅谷竞争中胜出的日本DRAM公司更愿意从日本工具制造商那里购买，这让尼康受益，GCA却因此受损。但GCA的大多数问题是由不可靠的设备和糟糕的客户服务造成的。学者们用了详尽的理论来解释日本的大型企业集团如何比美国的小型初创企业更擅长制造业。但现实是，GCA没有听取客户的意见，尼康却听取了客户的意见。与GCA打交道的芯片公司发现GCA“傲慢”且“反应迟钝”。 但没有人这样评价其日本竞争对手。
亨德森，《老牌公司在技术变革面前的失败》，第220、221、222、227页。采访AMD前高管，2021年。 因此，到了20世纪80年代中期，尼康的设备比GCA的要好得多。尼康的机器所生产的产品成品率明显较高，而且故障率要低得多。例如，在IBM使用尼康步进式光刻机之前，IBM期望的机器平均无故障时间是75小时，而尼康的平均无故障时间是它的十倍。
采访彼得·比洛和比尔·托比，2021年。丽贝卡·玛尔塔·亨德森，《老牌公司在技术变革面前的失败》，第222-225页。杰伊·斯托斯基（Jay Stowsky），《最薄弱的环节：半导体生产设备、联系和国际贸易的限制》（The Weakest Link: Semiconductor Production Equipment，Linkages，and the Limits to International Trade），工作论文，加州大学伯克利分校，1987年9月，第2页。 GCA的首席执行官格林伯格永远不知道如何使公司走上正轨。直到被解雇的那一天，他都没有意识到公司有多少内部问题。当他在头等舱喝着血腥玛丽环游世界进行销售访问时，客户认为该公司是在“运送垃圾”。员工抱怨说，格林伯格欠了华尔街的债，公司与股票价格需要同时关注。为了编制年终报表，GCA与客户串通，在12月份将装有用户手册的空板箱发货，然后在次年交付机器。但这也无法掩盖公司失去的市场份额。1978年，以GCA为龙头的美国公司控制了全球85%的半导体光刻设备市场。十年后，这一数字下降到50%。但GCA没有扭转局面的计划。
克雷格·艾迪生采访阿瑟·W.扎菲罗普洛，SEMI，2006年5月25日。采访彼得·比洛和吉姆·内罗达，2021年。 格林伯格本人将批评矛头对准了公司的员工。一位下属回忆道：“他会使用令人难以置信的四个字母的单词。”另一位员工回忆起了禁止穿高跟鞋的决定，格林伯格认为高跟鞋毁了公司的地毯。随着紧张气氛的加剧，公司接待员与同事们约定了一个暗号，打开天花板上的灯表示格林伯格在大楼里，他离开大楼时，天花板上的灯就会被关掉。当他外出时，每个人都可以呼吸得轻松一点。 但是，这并不能阻止美国光刻技术领导者走向危机。