برخی از افرادی که این فرآیند را درک نمی کنند ممکن است فکر کنند که تولید تراشه فقط به ماشین های لیتوگرافی متکی است. آنها ممکن است به اشتباه فکر کنند که یک کارخانه فقط به یک دستگاه لیتوگرافی مرکزی نیاز دارد که در آن ویفرها قرار داده می شود و دستگاه از نور برای "اچ کردن" تراشه ها استفاده می کند و در نتیجه مرحله اصلی پردازش را تکمیل می کند. به عنوان مثال، برخی ممکن است بگویند که خرید 100 دستگاه لیتوگرافی می تواند 100 خط تولید تراشه ایجاد کند، و این فرآیند را به این شکل ساده درک می کند.

در واقعیت، دقیق تر است که بگوییم ترانزیستورهای روی یک تراشه "اچ شده" هستند. با استفاده از روش هایی مانند ضربه فیزیک پلاسما یا غوطه وری در محلول های شیمیایی، شیارها و ترانشه هایی روی ویفر ایجاد می شود و در نهایت به ترانزیستورها شکل می دهند. با این حال، اینکه کدام قسمت ها نیاز به حکاکی دارند و کدام نه، توسط لیتوگرافی هدایت می شود. می توان گفت قبل از انجام هر گونه اچ، از لیتوگرافی برای تعیین محل انجام اچ با استفاده از "ماسک" (فوتوماسک) استفاده می شود. علاوه بر این، روش حکاکی شیارها و ترانشه ها بسیار پیچیده است و اغلب به حکاکی مکرر و رسوب مواد مختلف روی ویفر نیاز دارد. پس از هر مرحله، تمیز کردن ضروری است.

مراحل واقعی درگیر در پردازش ویفر FAB بسیار پیچیده است، گاهی اوقات در مجموع هزاران مرحله است. لیتوگرافی نیاز به انجام مکرر دارد و اغلب به چندین دستگاه لیتوگرافی نیاز دارد. برای یک فرآیند پیچیده ساخت تراشه پیشرفته، مجموعه‌ای از ماسک‌های نوری مورد استفاده برای لیتوگرافی ممکن است از ده‌ها ماسک تشکیل شده باشد. ماشین‌های لیتوگرافی دقیق برای مراحل مهم مورد نیاز هستند، در حالی که ماشین‌هایی با دقت پایین‌تر می‌توانند برای کارهای کم‌تر مورد استفاده قرار گیرند. پس از تکمیل لایه ترانزیستور روی ویفر، لایه اتصال فلزی برای اتصالات در بالا ایجاد می شود. الزامات دقت برای این لایه نسبتاً کمتر است زیرا، درست مانند ساخت یک ساختمان، اتصالات متقابل را می توان به چندین لایه با فاصله بیشتر بین هر لایه تقسیم کرد.

از شروع پردازش ویفر تا تحویل فرد به مشتریان، ممکن است به دلیل مراحل متعددی که در آن وجود دارد، چندین ماه طول بکشد. ماشین های موجود در خط تولید نه تنها یک نوع تراشه را تولید می کنند، بلکه ویفرهای دیگر را نیز پردازش می کنند. مدیریت نحوه زمان‌بندی و تحویل ویفرهای مختلف از تراشه‌های مختلف به ماشین‌های مشخص در زمان‌های مشخص، موضوع مهمی در مدیریت جریان تولید FAB است. حتی اگر جریان پردازش برای یک تراشه در اولویت قرار گیرد، برای فرآیندهایی با چند مرحله، هنوز یک تا دو ماه طول می‌کشد تا پردازش یک ویفر واحد تکمیل شود.

وقتی مشتری از FAB درخواست ساخت تراشه می کند، فوراً در دسترس نیست. حتی در صورت ثبت سفارش های اضافی، باز هم چندین ماه طول می کشد. با این وجود، توانایی تولید ده‌ها میلیون تراشه ظرف چند ماه نشان‌دهنده ظرفیت تولید انبوه مورد نیاز برای پایین نگه داشتن هزینه‌های تراشه‌های فردی است. بنابراین، ظرفیت تولید یک FAB برای کاربرد صنعت تراشه کلیدی است و باید حداقل 10,000 ویفر در ماه را مدیریت کند.

علاوه بر این، نمی توان پردازش یک ویفر را با یک عمل لیتوگرافی کامل کرد. به طور معمول، نوردهی های متعدد مورد نیاز است، که گاهی اوقات به اعداد دو رقمی می رسد. بنابراین، حتی اگر فقط یک محصول تراشه در حال پردازش باشد و تنها 10,000 ویفر در ماه تولید شود، ممکن است یک دستگاه لیتوگرافی ده ها هزار بار نیاز به انجام لیتوگرافی داشته باشد. کارخانه های FAB به طور مداوم حتی در روزهای آخر هفته فعالیت می کنند و باید برنامه هایی برای تولید ترتیب داده شود. در یک ماه با 30 روز، هر دستگاه لیتوگرافی ممکن است نیاز به انجام لیتوگرافی 3,000 بار داشته باشد، با نرخ متوسط ​​100 عمل لیتوگرافی در ساعت یک سرعت معمول است.

بنابراین، از منظر تولید صنعتی، یک دستگاه لیتوگرافی می تواند لیتوگرافی چند صد قالب را روی ویفر در کمتر از یک دقیقه کامل کند. مدت زمان اختصاص داده شده برای لیتوگرافی هر قالب به ترتیب 0.1 ثانیه است. اگر حجم کار قابل رسیدگی نباشد، باید از چندین دستگاه لیتوگرافی به طور همزمان استفاده شود.

شما می توانید این ویدئو از ماشین لیتوگرافی در حال کار را مشاهده کنید.

ماشین های لیتوگرافی پیشرفته با چنین سرعت بالایی کار می کنند. ویفری روی صحنه قرار می گیرد که به طور مداوم تحت کنترل یک سیستم شناور مغناطیسی حرکت می کند و توهم حرکت ثابت را ایجاد می کند. در واقع، عملیات "گام و اسکن" را انجام می دهد، جایی که مرحله طبق یک برنامه خودکار حرکت می کند. هنگامی که متوقف می شود، دقیقاً در یک راستا قرار می گیرد و در عرض 0.1 ثانیه، نور با استفاده از الگوی روی ماسک نوری بر روی ناحیه (یا شات) خاص یک قالب پخش می شود. این فرآیند نوردهی سریع یک واکنش فتوشیمیایی را با مقاومت نوری ویژه اعمال شده در بالا ایجاد می کند و فرآیند لیتوگرافی را تکمیل می کند. نوردهی به سرعت تکمیل می شود و مرحله به سرعت به موقعیت بعدی می رود و به نظر می رسد که هرگز متوقف نشده است. شتاب در طول فرآیند گام و اسکن قابل توجه است و به دقت بالایی در کنترل حرکت مرحله و موقعیت یابی نیاز دارد و آن را به یکی از چالش های اصلی در تولید ماشین های لیتوگرافی تبدیل می کند.

ماشین‌های لیتوگرافی ASML اغلب به عنوان مدل‌های TWINSCAN شناخته می‌شوند و از فیلم‌های عملیاتی، به نظر می‌رسد که دو مرحله از زیر آن در حال حرکت است. با این حال، این دو مرحله انجام لیتوگرافی به طور همزمان نیست، بلکه یک مرحله لیتوگرافی مرحله و اسکن را انجام می دهد در حالی که مرحله دیگر اجرای "پیش تراز" است. پیش تراز کردن شامل اسکن نواحی صدها یا هزاران قالب بر روی یک ویفر با ابزار اندازه گیری برای تعیین آرایش آنها و تعیین تعداد نانومتر هر مرحله به منظور تراز کردن دقیق است. این داده‌ها ثبت می‌شوند و هنگامی که فرآیند لیتوگرافی در یک مرحله به پایان رسید، مرحله از پیش تراز شده به آن منتقل می‌شود و برنامه خودکار برای لیتوگرافی مرحله و اسکن با توجه به داده‌های اندازه‌گیری شده آغاز می‌شود.

ادامه دارد...