Beberapa orang yang tidak memahami prosesnya mungkin berpikir bahwa pembuatan chip hanya mengandalkan mesin litografi. Mereka mungkin secara keliru percaya bahwa sebuah pabrik hanya membutuhkan mesin litografi pusat tempat wafer ditempatkan, dan mesin tersebut menggunakan cahaya untuk "menggores" chip, sehingga menyelesaikan langkah pemrosesan utama. Misalnya, beberapa orang mungkin mengatakan bahwa membeli 100 mesin litografi dapat menciptakan 100 jalur produksi chip, dengan memahami prosesnya secara sederhana dengan cara ini.

Pada kenyataannya, lebih akurat untuk mengatakan bahwa transistor pada sebuah chip "tergores". Dengan menggunakan metode seperti dampak fisika plasma atau perendaman dalam larutan kimia, alur dan parit terbentuk pada wafer, yang pada akhirnya membentuk transistor. Namun bagian mana yang perlu digores dan mana yang tidak, berpedoman pada litografi. Dapat dikatakan bahwa sebelum pengetsaan dilakukan, litografi digunakan untuk menentukan di mana pengetsaan harus dilakukan, dengan menggunakan "topeng" (photomask). Selain itu, metode penggoresan alur dan parit sangat kompleks, seringkali memerlukan pengetsaan berulang dan pengendapan berbagai bahan pada wafer. Setelah setiap langkah, pembersihan diperlukan.

Langkah-langkah sebenarnya yang terlibat dalam pemrosesan wafer FAB sangatlah kompleks, terkadang berjumlah ribuan langkah. Litografi perlu dilakukan berulang kali, seringkali memerlukan beberapa mesin litografi. Untuk proses pembuatan chip canggih yang kompleks, satu set masker foto yang digunakan untuk litografi dapat terdiri dari lusinan masker. Mesin litografi presisi diperlukan untuk langkah-langkah penting, sedangkan mesin dengan presisi lebih rendah dapat digunakan untuk tugas-tugas yang tidak terlalu menuntut. Setelah menyelesaikan lapisan transistor pada wafer, lapisan interkoneksi logam untuk koneksi dibuat di atas. Persyaratan presisi untuk lapisan ini relatif lebih rendah karena, seperti halnya membangun sebuah bangunan, interkoneksi dapat dibagi menjadi beberapa lapisan dengan jarak antar lapisan yang lebih lebar.

Dari awal pemrosesan wafer hingga pengiriman individu meninggal ke pelanggan, mungkin memerlukan waktu beberapa bulan karena banyaknya langkah yang harus dilakukan. Mesin-mesin di lini produksi tidak hanya memproduksi satu jenis chip, tetapi juga memproses wafer lainnya. Mengelola cara menjadwalkan dan mengirimkan wafer berbeda dari chip yang berbeda ke mesin tertentu pada waktu yang ditentukan merupakan masalah penting dalam manajemen aliran produksi FAB. Sekalipun alur pemrosesan untuk satu chip diberi prioritas utama, untuk proses dengan banyak langkah, masih diperlukan waktu satu hingga dua bulan untuk menyelesaikan pemrosesan satu wafer.

Ketika pelanggan meminta fabrikasi chip dari FAB, permintaan tersebut tidak segera tersedia. Kalaupun ada pesanan tambahan, masih perlu waktu beberapa bulan. Namun demikian, kemampuan memproduksi puluhan juta chip dalam beberapa bulan menunjukkan kapasitas produksi massal yang diperlukan untuk menjaga biaya chip tetap rendah. Oleh karena itu, kapasitas produksi FAB merupakan kunci penerapan industri chip, dan harus mampu menangani setidaknya 10,000 wafer per bulan.

Selain itu, tidak mungkin menyelesaikan pemrosesan wafer dengan satu tindakan litografi. Biasanya, diperlukan beberapa eksposur, terkadang mencapai angka dua digit. Oleh karena itu, meskipun hanya satu produk chip yang diproses dan hanya 10,000 wafer yang diproduksi dalam sebulan, mesin litografi mungkin perlu melakukan litografi puluhan ribu kali. Pabrik FAB beroperasi terus menerus, bahkan pada akhir pekan, dan jadwal produksi harus diatur. Dalam sebulan dengan 30 hari, setiap mesin litografi mungkin perlu melakukan litografi sebanyak 3,000 kali, dengan kecepatan rata-rata 100 tindakan litografi per jam.

Oleh karena itu, dari perspektif produksi industri, mesin litografi dapat menyelesaikan litografi beberapa ratus cetakan pada wafer dalam waktu kurang dari satu menit. Jumlah waktu yang dialokasikan untuk setiap litografi dadu adalah sekitar 0.1 detik. Jika beban kerja tidak dapat ditangani, beberapa mesin litografi perlu digunakan secara bersamaan.

Anda dapat menonton video cara kerja mesin litografi ini.

Mesin litografi canggih beroperasi pada kecepatan tinggi. Sebuah wafer ditempatkan di atas panggung, yang terus bergerak di bawah kendali sistem levitasi magnetik, memberikan ilusi gerakan konstan. Pada kenyataannya, ia melakukan operasi "langkah-dan-pemindaian", di mana tahapan bergerak sesuai dengan program otomatis. Ketika berhenti, ia sejajar dengan tepat, dan dalam waktu 0.1 detik, cahaya diproyeksikan ke area (atau bidikan) tertentu dari sebuah dadu menggunakan pola pada masker foto. Proses paparan yang cepat ini memicu reaksi fotokimia dengan photoresist khusus yang diterapkan di atasnya, menyelesaikan proses litografi. Eksposur selesai dengan cepat, dan panggung dengan cepat berpindah ke posisi berikutnya, tampak seolah-olah tidak pernah berhenti. Percepatan selama proses langkah-dan-pemindaian sangat signifikan, menuntut presisi tinggi dalam kontrol gerakan dan pemosisian panggung, menjadikannya salah satu tantangan utama dalam pembuatan mesin litografi.

Mesin litografi ASML sering disebut sebagai model TWINSCAN, dan dari video pengoperasiannya, tampak dua tahap bergerak di bawahnya. Namun, ini bukan dua tahap yang melakukan litografi secara bersamaan, melainkan satu tahap melakukan litografi langkah-dan-scan sementara tahap lainnya melakukan "pra-penyelarasan". Pra-penjajaran melibatkan pemindaian area ratusan atau ribuan cetakan pada wafer dengan alat pengukuran untuk menentukan susunannya dan berapa nanometer setiap langkah yang harus dilakukan agar dapat disejajarkan dengan tepat. Data ini dicatat, dan setelah proses litografi selesai pada satu tahap, tahap yang telah diselaraskan sebelumnya dipindahkan dan program otomatis untuk litografi langkah dan pemindaian dimulai sesuai dengan data yang diukur.

Bersambung...