Certaines personnes qui ne comprennent pas le processus peuvent penser que la fabrication de puces repose uniquement sur des machines de lithographie. Ils peuvent croire à tort qu’une usine n’a besoin que d’une machine de lithographie centrale où les plaquettes sont placées, et que la machine utilise la lumière pour « graver » les puces, complétant ainsi l’étape principale de traitement. Par exemple, certains pourraient dire que l’achat de 100 machines de lithographie peut créer 100 lignes de production de puces, comprenant ainsi de manière simpliste le processus.

En réalité, il est plus exact de dire que les transistors d’une puce sont « gravés ». À l’aide de méthodes telles que l’impact de la physique des plasmas ou l’immersion dans des solutions chimiques, des rainures et des tranchées sont formées sur la tranche, façonnant finalement les transistors. Cependant, la lithographie détermine quelles parties doivent être gravées et lesquelles ne le font pas. On peut dire qu'avant toute gravure, on utilise la lithographie pour déterminer l'endroit où la gravure doit avoir lieu, à l'aide d'un « masque » (un photomasque). De plus, le procédé de gravure des rainures et des tranchées est très complexe, nécessitant souvent une gravure et un dépôt répétés de divers matériaux sur la tranche. Après chaque étape, un nettoyage est nécessaire.

Les étapes réelles impliquées dans le traitement des plaquettes FAB sont extrêmement complexes, totalisant parfois des milliers d'étapes. La lithographie doit être réalisée à plusieurs reprises, nécessitant souvent plusieurs machines de lithographie. Pour un processus complexe et avancé de fabrication de puces, un ensemble de photomasques utilisés pour la lithographie peut être constitué de dizaines de masques. Des machines de lithographie de précision sont nécessaires pour les étapes critiques, tandis que des machines de moindre précision peuvent être utilisées pour des tâches moins exigeantes. Après avoir terminé la couche de transistors sur la plaquette, la couche d'interconnexion métallique pour les connexions est créée sur le dessus. Les exigences de précision pour cette couche sont relativement moindres car, tout comme pour la construction d'un bâtiment, les interconnexions peuvent être divisées en plusieurs couches avec un espacement plus large entre chaque couche.

Du début du traitement des plaquettes jusqu'à la livraison des puces individuelles aux clients, cela peut prendre plusieurs mois en raison des nombreuses étapes impliquées. Les machines de la chaîne de production ne produisent pas seulement un type de puce, mais traitent également d’autres plaquettes. Gérer la manière de planifier et de livrer différentes tranches de différentes puces à des machines spécifiées à des heures désignées est un problème important dans la gestion des flux de production FAB. Même si le flux de traitement d'une puce est prioritaire, pour les processus comportant plusieurs étapes, il faut encore un à deux mois pour terminer le traitement d'une seule plaquette.

Lorsqu'un client demande la fabrication d'une puce à un FAB, celle-ci n'est pas immédiatement disponible. Même si des commandes supplémentaires sont passées, cela prendra encore plusieurs mois. Néanmoins, être capable de produire des dizaines de millions de puces en quelques mois démontre la capacité de production de masse nécessaire pour maintenir les coûts individuels des puces à un faible niveau. Par conséquent, la capacité de production d’un FAB est essentielle pour l’application de l’industrie des puces, et elle devrait être capable de traiter au moins 10,000 XNUMX plaquettes par mois.

De plus, il n'est pas possible de terminer le traitement d'une plaquette avec une seule action de lithographie. En règle générale, plusieurs expositions sont nécessaires, atteignant parfois des nombres à deux chiffres. Par conséquent, même si un seul produit de puce est traité et que seulement 10,000 30 tranches sont produites en un mois, une machine de lithographie peut avoir besoin d’effectuer des lithographies des dizaines de milliers de fois. Les usines FAB fonctionnent en continu, même le week-end, et des calendriers de production doivent être organisés. Au cours d'un mois de 3,000 jours, chaque machine de lithographie peut avoir besoin d'effectuer des lithographies 100 XNUMX fois, avec une cadence moyenne de XNUMX actions de lithographie par heure étant un rythme courant.

Par conséquent, du point de vue de la production industrielle, une machine de lithographie peut réaliser la lithographie de plusieurs centaines de puces sur une plaquette en moins d’une minute. Le temps alloué à la lithographie de chaque matrice est de l'ordre de 0.1 seconde. Si la charge de travail ne peut pas être gérée, plusieurs machines de lithographie doivent être utilisées simultanément.

Vous pouvez regarder cette vidéo de la machine de lithographie en action.

Les machines de lithographie avancées fonctionnent à des vitesses très élevées. Une plaquette est placée sur la scène, qui se déplace continuellement sous le contrôle d'un système de lévitation magnétique, donnant l'illusion d'un mouvement constant. En réalité, il s'agit d'opérations "step-and-scan", où la scène se déplace selon un programme automatisé. Lorsqu'il s'arrête, il est aligné avec précision et, en 0.1 seconde, la lumière est projetée sur la zone (ou le plan) spécifique d'un dé en utilisant le motif sur le photomasque. Ce processus d'exposition rapide déclenche une réaction photochimique avec la résine photosensible spéciale appliquée sur le dessus, complétant ainsi le processus de lithographie. L'exposition est rapidement terminée et la scène passe rapidement à la position suivante, donnant l'impression qu'elle ne s'est jamais arrêtée. L'accélération au cours du processus d'étape et de numérisation est significative et exige une grande précision dans le contrôle et le positionnement du mouvement de la scène, ce qui en fait l'un des principaux défis de la fabrication de machines de lithographie.

Les machines de lithographie d'ASML sont souvent appelées modèles TWINSCAN, et d'après les vidéos d'opération, il semble que deux étapes se déplacent en dessous. Cependant, il ne s'agit pas de deux étages effectuant une lithographie simultanément, mais plutôt d'un étage effectuant une lithographie par étapes et par balayage tandis que l'autre étage effectue un « pré-alignement ». Le pré-alignement consiste à numériser les zones de centaines ou de milliers de puces sur une plaquette avec un outil de mesure pour déterminer leur disposition et le nombre de nanomètres que doit avoir chaque étape afin de s'aligner avec précision. Ces données sont enregistrées et une fois le processus de lithographie terminé sur une étape, l'étape pré-alignée est déplacée et le programme automatique de lithographie par étapes et par balayage est lancé en fonction des données mesurées.

À suivre...