قد يعتقد بعض الأشخاص الذين لا يفهمون العملية أن تصنيع الرقائق يعتمد فقط على آلات الطباعة الحجرية. قد يعتقدون خطأً أن المصنع يحتاج فقط إلى آلة طباعة حجرية مركزية حيث يتم وضع الرقائق، وتستخدم الآلة الضوء "لحفر" الرقائق، وبالتالي إكمال خطوة المعالجة الرئيسية. على سبيل المثال، قد يقول البعض أن شراء 100 آلة طباعة حجرية يمكن أن يؤدي إلى إنشاء 100 خط إنتاج للرقائق، مما يعني فهم العملية بشكل مبسط بهذه الطريقة.

في الواقع، من الأدق القول أن الترانزستورات الموجودة على الشريحة "محفورة". باستخدام طرق مثل تأثير فيزياء البلازما أو الغمر في المحاليل الكيميائية، يتم تشكيل الأخاديد والخنادق على الرقاقة، مما يؤدي في النهاية إلى تشكيل الترانزستورات. ومع ذلك، ما هي الأجزاء التي تحتاج إلى النقش وتلك التي لا تسترشد بالطباعة الحجرية. يمكن القول أنه قبل إجراء أي نقش، يتم استخدام الطباعة الحجرية لتحديد المكان الذي يجب أن يحدث فيه النقش، وذلك باستخدام "قناع" (قناع ضوئي). علاوة على ذلك، فإن طريقة حفر الأخاديد والخنادق معقدة للغاية، وغالبًا ما تتطلب حفرًا متكررًا وترسيب مواد مختلفة على الرقاقة. بعد كل خطوة، التنظيف ضروري.

الخطوات الفعلية المتبعة في معالجة رقائق FAB معقدة للغاية، وقد يصل مجموعها في بعض الأحيان إلى آلاف الخطوات. يجب إجراء الطباعة الحجرية بشكل متكرر، وغالبًا ما تتطلب آلات طباعة حجرية متعددة. بالنسبة لعملية تصنيع الرقائق المتقدمة والمعقدة، قد تتكون مجموعة الأقنعة الضوئية المستخدمة في الطباعة الحجرية من عشرات الأقنعة. آلات الطباعة الحجرية الدقيقة مطلوبة للخطوات الحاسمة، في حين يمكن استخدام الآلات ذات الدقة الأقل لمهام أقل تطلبًا. بعد الانتهاء من طبقة الترانزستورات على الرقاقة، يتم إنشاء طبقة الترابط المعدنية للتوصيلات في الأعلى. تعد متطلبات الدقة لهذه الطبقة أقل نسبيًا لأنه، تمامًا مثل إنشاء مبنى، يمكن تقسيم الوصلات البينية إلى طبقات متعددة مع تباعد أوسع بين كل طبقة.

من بداية معالجة الرقاقات حتى تسليم القوالب الفردية للعملاء، قد يستغرق الأمر عدة أشهر بسبب الخطوات العديدة المتضمنة. لا تقوم الآلات الموجودة على خط الإنتاج بإنتاج نوع واحد من الرقائق فحسب، بل تقوم أيضًا بمعالجة الرقاقات الأخرى. تعد إدارة كيفية جدولة وتسليم شرائح مختلفة من الرقائق المختلفة إلى آلات محددة في أوقات محددة أمرًا مهمًا في إدارة تدفق إنتاج FAB. حتى إذا تم إعطاء الأولوية القصوى لتدفق المعالجة لشريحة واحدة، بالنسبة للعمليات ذات الخطوات المتعددة، فلا يزال الأمر يستغرق من شهر إلى شهرين لإكمال معالجة شريحة واحدة.

عندما يطلب العميل تصنيع الرقائق من بنك أبوظبي الأول، لا يكون ذلك متاحًا على الفور. حتى لو تم تقديم طلبات إضافية، فسيستغرق الأمر عدة أشهر. ومع ذلك، فإن القدرة على إنتاج عشرات الملايين من الرقائق في غضون بضعة أشهر توضح قدرة الإنتاج الضخم المطلوبة للحفاظ على انخفاض تكاليف الرقائق الفردية. ولذلك، فإن القدرة الإنتاجية لبنك أبوظبي الأول هي المفتاح لتطبيق صناعة الرقائق، ويجب أن تكون قادرة على التعامل مع ما لا يقل عن 10,000 رقاقة شهريًا.

علاوة على ذلك، ليس من الممكن إكمال معالجة الرقاقة بعملية طباعة حجرية واحدة. عادةً ما تكون هناك حاجة إلى تعريضات ضوئية متعددة، تصل أحيانًا إلى أرقام مكونة من رقمين. لذلك، حتى لو تمت معالجة منتج واحد فقط من الرقائق وتم إنتاج 10,000 رقاقة فقط في الشهر، فقد تحتاج آلة الطباعة الحجرية إلى إجراء الطباعة الحجرية عشرات الآلاف من المرات. تعمل مصانع FAB بشكل مستمر، حتى في عطلات نهاية الأسبوع، ويجب ترتيب جداول الإنتاج. في شهر مكون من 30 يومًا، قد تحتاج كل آلة طباعة حجرية إلى إجراء الطباعة الحجرية 3,000 مرة، بمعدل متوسط ​​يبلغ 100 إجراء طباعة حجرية في الساعة وهو المعدل الشائع.

لذلك، من منظور الإنتاج الصناعي، يمكن لآلة الطباعة الحجرية إكمال الطباعة الحجرية لعدة مئات من القوالب على الرقاقة في أقل من دقيقة. مقدار الوقت المخصص للطباعة الحجرية لكل قالب هو في حدود 0.1 ثانية. إذا لم يكن من الممكن التعامل مع عبء العمل، فيجب استخدام آلات طباعة حجرية متعددة في وقت واحد.

يمكنك مشاهدة هذا الفيديو لآلة الطباعة الحجرية أثناء عملها.

تعمل آلات الطباعة الحجرية المتقدمة بمثل هذه السرعات العالية. يتم وضع رقاقة على المسرح، والتي تتحرك باستمرار تحت سيطرة نظام الرفع المغناطيسي، مما يعطي وهم الحركة المستمرة. وهي في الواقع تقوم بعمليات "الخطوة والمسح"، حيث تتحرك المرحلة وفق برنامج آلي. عندما يتوقف، تتم محاذاته بدقة، وفي غضون 0.1 ثانية، يتم تسليط الضوء على المنطقة المحددة (أو اللقطة) من القالب باستخدام النمط الموجود على القناع الضوئي. تؤدي عملية التعريض السريعة هذه إلى حدوث تفاعل كيميائي ضوئي باستخدام مقاوم الضوء الخاص المطبق في الأعلى، مما يكمل عملية الطباعة الحجرية. يكتمل التعريض الضوئي بسرعة، وتنتقل المرحلة بسرعة إلى الموضع التالي، لتظهر كما لو أنها لم تتوقف أبدًا. يعد التسارع أثناء عملية الخطوة والمسح أمرًا كبيرًا، ويتطلب دقة عالية في التحكم في حركة المرحلة وتحديد المواقع، مما يجعلها واحدة من التحديات الأساسية في تصنيع آلات الطباعة الحجرية.

غالبًا ما يُشار إلى آلات الطباعة الحجرية الخاصة بشركة ASML باسم نماذج TWINSCAN، ومن مقاطع الفيديو الخاصة بالعملية، يبدو أن مرحلتين تتحركان بالأسفل. ومع ذلك، فهذه ليست مرحلتين تؤديان الطباعة الحجرية في وقت واحد، ولكنها عبارة عن مرحلة واحدة تؤدي الطباعة الحجرية بالخطوة والمسح بينما تقوم المرحلة الأخرى بإجراء "المحاذاة المسبقة". تتضمن عملية المحاذاة المسبقة مسح مساحات مئات أو آلاف القوالب على الرقاقة باستخدام أداة قياس لتحديد ترتيبها وعدد النانومترات التي يجب أن تكون عليها كل خطوة من أجل المحاذاة بدقة. يتم تسجيل هذه البيانات، وبمجرد الانتهاء من عملية الطباعة الحجرية على مرحلة واحدة، يتم نقل المرحلة المحاذية مسبقًا ويبدأ البرنامج التلقائي للطباعة الحجرية خطوة ومسح ضوئيًا وفقًا للبيانات المقاسة.

يتبع...