Algunas personas que no comprenden el proceso pueden pensar que la fabricación de chips depende únicamente de máquinas de litografía. Pueden creer erróneamente que una fábrica sólo necesita una máquina de litografía central donde se colocan las obleas, y que la máquina utiliza la luz para "grabar" los chips, completando así el paso principal del procesamiento. Por ejemplo, algunos podrían decir que comprar 100 máquinas de litografía pueden crear 100 líneas de producción de chips, entendiendo de esta manera el proceso de manera simplista.

En realidad, es más exacto decir que los transistores de un chip están "grabados". Utilizando métodos como el impacto de la física del plasma o la inmersión en soluciones químicas, se forman ranuras y zanjas en la oblea, que eventualmente dan forma a los transistores. Sin embargo, la litografía determina qué partes deben grabarse y cuáles no. Se puede decir que antes de realizar cualquier grabado, se utiliza la litografía para determinar dónde debe realizarse el grabado, utilizando una "máscara" (una fotomáscara). Además, el método de grabar ranuras y zanjas es muy complejo y a menudo requiere grabado repetido y deposición de diversos materiales sobre la oblea. Después de cada paso, es necesaria la limpieza.

Los pasos reales involucrados en el procesamiento de obleas FAB son extremadamente complejos y a veces suman miles de pasos. La litografía debe realizarse repetidamente y a menudo requiere varias máquinas de litografía. Para un proceso de fabricación de chips avanzado y complejo, un conjunto de fotomáscaras utilizadas para litografía puede constar de docenas de máscaras. Se requieren máquinas de litografía de precisión para pasos críticos, mientras que se pueden utilizar máquinas con menor precisión para tareas menos exigentes. Después de completar la capa de transistores en la oblea, se crea en la parte superior la capa de interconexión metálica para las conexiones. Los requisitos de precisión para esta capa son relativamente menores porque, al igual que en la construcción de un edificio, las interconexiones se pueden dividir en varias capas con un espacio más amplio entre cada capa.

Desde el inicio del procesamiento de las obleas hasta la entrega de los troqueles individuales a los clientes, pueden pasar varios meses debido a los numerosos pasos que implican. Las máquinas de la línea de producción no sólo producen un tipo de chip, sino que también procesan otras obleas. Gestionar cómo programar y entregar diferentes obleas de diferentes chips a máquinas específicas en momentos designados es una cuestión importante en la gestión del flujo de producción de FAB. Incluso si se le da máxima prioridad al flujo de procesamiento de un chip, para procesos con múltiples pasos, todavía se necesitan de uno a dos meses para completar el procesamiento de una sola oblea.

Cuando un cliente solicita la fabricación de chips a una FAB, no está disponible de inmediato. Incluso si se realizan pedidos adicionales, todavía llevará varios meses. Sin embargo, ser capaz de producir decenas de millones de chips en unos pocos meses demuestra la capacidad de producción en masa necesaria para mantener bajos los costos de los chips individuales. Por tanto, la capacidad de producción de un FAB es clave para la aplicación de la industria de chips, y debería ser capaz de manejar al menos 10,000 obleas al mes.

Además, no es posible completar el procesamiento de una oblea con una única acción de litografía. Por lo general, se requieren múltiples exposiciones, que a veces alcanzan cifras de dos dígitos. Por lo tanto, incluso si solo se procesa un producto de chip y solo se producen 10,000 obleas en un mes, una máquina de litografía puede necesitar realizar la litografía decenas de miles de veces. Las fábricas de FAB funcionan continuamente, incluso los fines de semana, y es necesario organizar horarios para la producción. En un mes con 30 días, cada máquina de litografía puede necesitar realizar litografía 3,000 veces, siendo un ritmo promedio de 100 acciones de litografía por hora un ritmo común.

Por lo tanto, desde una perspectiva de producción industrial, una máquina de litografía puede completar la litografía de varios cientos de troqueles en una oblea en menos de un minuto. La cantidad de tiempo asignado para la litografía de cada troquel es del orden de 0.1 segundos. Si no se puede manejar la carga de trabajo, es necesario utilizar varias máquinas de litografía simultáneamente.

Puedes ver este vídeo de la máquina de litografía en acción.

Las máquinas de litografía avanzadas funcionan a velocidades tan altas. Se coloca una oblea en el escenario, que se mueve continuamente bajo el control de un sistema de levitación magnética, dando la ilusión de movimiento constante. En realidad, se trata de realizar operaciones de "paso y escaneo", en las que el escenario se mueve según un programa automatizado. Cuando se detiene, se alinea con precisión y, en 0.1 segundos, la luz se proyecta sobre el área específica (o disparo) de un dado usando el patrón de la fotomáscara. Este rápido proceso de exposición desencadena una reacción fotoquímica con el fotorresistente especial aplicado en la parte superior, completando el proceso de litografía. La exposición se completa rápidamente y el escenario se mueve rápidamente a la siguiente posición, pareciendo como si nunca se hubiera detenido. La aceleración durante el proceso de paso y escaneo es significativa y exige alta precisión en el control y posicionamiento del movimiento de la etapa, lo que lo convierte en uno de los principales desafíos en la fabricación de máquinas de litografía.

Las máquinas de litografía de ASML a menudo se denominan modelos TWINSCAN y, según los videos de funcionamiento, parece que debajo se mueven dos etapas. Sin embargo, no se trata de dos etapas que realizan litografía simultáneamente, sino más bien de una etapa que realiza litografía de paso y escaneo mientras la otra etapa realiza una "prealineación". La prealineación implica escanear las áreas de cientos o miles de matrices en una oblea con una herramienta de medición para determinar su disposición y cuántos nanómetros debe tener cada paso para alinear con precisión. Estos datos se registran y una vez finalizado el proceso de litografía en una etapa, la etapa prealineada se mueve y se inicia el programa automático de litografía paso a paso de acuerdo con los datos medidos.

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