บางคนที่ไม่เข้าใจกระบวนการอาจคิดว่าการผลิตชิปอาศัยเครื่องจักรการพิมพ์หินเพียงอย่างเดียว พวกเขาอาจเข้าใจผิดว่าโรงงานต้องการเพียงเครื่องพิมพ์หินส่วนกลางที่ใช้วางเวเฟอร์ และเครื่องใช้แสงในการ "กัด" ชิป จึงทำให้ขั้นตอนการประมวลผลหลักเสร็จสมบูรณ์ ตัวอย่างเช่น บางคนอาจบอกว่าการซื้อเครื่องพิมพ์หิน 100 เครื่องสามารถสร้างสายการผลิตชิปได้ 100 สายการผลิต ง่ายๆ ก็คือเข้าใจกระบวนการในลักษณะนี้

ในความเป็นจริง จะแม่นยำกว่าหากบอกว่าทรานซิสเตอร์บนชิปนั้น "สลัก" การใช้วิธีต่างๆ เช่น ผลกระทบทางฟิสิกส์ของพลาสมา หรือการแช่ในสารละลายเคมี ร่องและร่องลึกจะเกิดขึ้นบนแผ่นเวเฟอร์ และในที่สุดจะกลายเป็นรูปร่างของทรานซิสเตอร์ อย่างไรก็ตาม ส่วนใดที่ต้องแกะสลัก และส่วนใดที่ไม่ต้องแกะสลัก จะต้องได้รับคำแนะนำจากการพิมพ์หิน อาจกล่าวได้ว่าก่อนที่จะมีการแกะสลักใดๆ เกิดขึ้น การพิมพ์หินจะถูกใช้เพื่อกำหนดว่าการแกะสลักจะเกิดขึ้นที่ใด โดยใช้ "หน้ากาก" (โฟโตมาสก์) นอกจากนี้ วิธีการแกะสลักร่องและร่องลึกมีความซับซ้อนสูง โดยมักต้องมีการกัดและการสะสมวัสดุต่างๆ บนแผ่นเวเฟอร์ซ้ำๆ หลังจากแต่ละขั้นตอน จำเป็นต้องทำความสะอาด

ขั้นตอนจริงที่เกี่ยวข้องกับการประมวลผลเวเฟอร์ FAB นั้นซับซ้อนมาก ซึ่งบางครั้งอาจรวมเป็นพันขั้นตอน การพิมพ์หินจำเป็นต้องดำเนินการซ้ำๆ โดยมักต้องใช้เครื่องพิมพ์หินหลายเครื่อง สำหรับกระบวนการผลิตชิปขั้นสูงที่ซับซ้อน ชุดโฟโตมาสก์ที่ใช้สำหรับการพิมพ์หินอาจประกอบด้วยมาสก์หลายสิบชิ้น เครื่องจักรการพิมพ์หินที่มีความแม่นยำเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับขั้นตอนที่สำคัญ ในขณะที่เครื่องจักรที่มีความแม่นยำต่ำกว่าสามารถนำมาใช้สำหรับงานที่มีความต้องการน้อยลงได้ หลังจากที่ชั้นของทรานซิสเตอร์บนแผ่นเวเฟอร์เสร็จสิ้นแล้ว ชั้นโลหะที่เชื่อมต่อระหว่างกันสำหรับการเชื่อมต่อจะถูกสร้างขึ้นที่ด้านบน ข้อกำหนดด้านความแม่นยำสำหรับชั้นนี้ค่อนข้างต่ำกว่า เนื่องจากเช่นเดียวกับการก่อสร้างอาคาร การเชื่อมต่อระหว่างกันสามารถแบ่งออกเป็นหลายชั้นโดยมีระยะห่างระหว่างแต่ละชั้นกว้างขึ้น

ตั้งแต่เริ่มต้นการประมวลผลเวเฟอร์จนถึงการส่งมอบแม่พิมพ์แต่ละชิ้นให้กับลูกค้า อาจต้องใช้เวลาหลายเดือนเนื่องจากมีขั้นตอนมากมายที่เกี่ยวข้อง เครื่องจักรในสายการผลิตไม่เพียงแต่ผลิตชิปประเภทเดียวเท่านั้น แต่ยังประมวลผลเวเฟอร์อื่นๆ อีกด้วย การจัดการวิธีกำหนดเวลาและส่งมอบเวเฟอร์ต่างๆ ของชิปต่างๆ ไปยังเครื่องจักรที่ระบุตามเวลาที่กำหนดถือเป็นประเด็นสำคัญในการจัดการขั้นตอนการผลิตของ FAB แม้ว่าขั้นตอนการประมวลผลสำหรับชิปตัวเดียวจะได้รับความสำคัญสูงสุด แต่สำหรับกระบวนการที่มีหลายขั้นตอน ยังคงต้องใช้เวลาหนึ่งถึงสองเดือนในการประมวลผลเวเฟอร์ตัวเดียวให้เสร็จสิ้น

เมื่อลูกค้าร้องขอการผลิตชิปจาก FAB จะไม่สามารถดำเนินการได้ในทันที แม้ว่าจะมีการสั่งซื้อเพิ่มเติม แต่ก็ยังต้องใช้เวลาหลายเดือน อย่างไรก็ตาม ความสามารถในการผลิตชิปหลายสิบล้านชิปภายในไม่กี่เดือนแสดงให้เห็นถึงกำลังการผลิตจำนวนมากที่จำเป็นในการรักษาต้นทุนชิปแต่ละตัวให้ต่ำ ดังนั้น กำลังการผลิตของ FAB จึงเป็นกุญแจสำคัญในการใช้งานอุตสาหกรรมชิป และควรจะสามารถรองรับเวเฟอร์ได้อย่างน้อย 10,000 ชิ้นต่อเดือน

ยิ่งไปกว่านั้น การประมวลผลเวเฟอร์ด้วยการพิมพ์หินเพียงครั้งเดียวเป็นไปไม่ได้ โดยทั่วไปแล้ว ต้องมีการเปิดเผยหลายครั้ง ซึ่งบางครั้งอาจถึงเลขสองหลัก ดังนั้น แม้ว่าจะมีการประมวลผลผลิตภัณฑ์ชิปเพียงตัวเดียวและมีการผลิตเวเฟอร์เพียง 10,000 ชิ้นในหนึ่งเดือน เครื่องพิมพ์หินอาจจำเป็นต้องดำเนินการพิมพ์หินนับหมื่นครั้ง โรงงาน FAB ทำงานอย่างต่อเนื่องแม้ในวันหยุดสุดสัปดาห์ และต้องจัดตารางเวลาการผลิต ในหนึ่งเดือนที่มี 30 วัน เครื่องพิมพ์หินแต่ละเครื่องอาจต้องทำการพิมพ์หิน 3,000 ครั้ง โดยมีอัตราเฉลี่ยการพิมพ์หิน 100 ครั้งต่อชั่วโมงซึ่งเป็นอัตราปกติ

ดังนั้นจากมุมมองของการผลิตทางอุตสาหกรรม เครื่องพิมพ์หินสามารถพิมพ์หินหลายร้อยแม่พิมพ์บนแผ่นเวเฟอร์ได้ภายในเวลาไม่ถึงหนึ่งนาที ระยะเวลาที่จัดสรรสำหรับการพิมพ์หินของแม่พิมพ์แต่ละตัวจะอยู่ที่ 0.1 วินาที หากไม่สามารถจัดการปริมาณงานได้ จำเป็นต้องใช้เครื่องพิมพ์หินหลายเครื่องพร้อมกัน

คุณสามารถรับชมวิดีโอการทำงานของเครื่องพิมพ์หินนี้ได้

เครื่องพิมพ์หินขั้นสูงทำงานด้วยความเร็วสูงเช่นนี้ วางแผ่นเวเฟอร์ไว้บนเวที ซึ่งเคลื่อนที่อย่างต่อเนื่องภายใต้การควบคุมของระบบแม่เหล็กลอย ทำให้เกิดภาพลวงตาของการเคลื่อนไหวอย่างต่อเนื่อง ในความเป็นจริง กำลังดำเนินการ "ขั้นตอนและสแกน" โดยที่ระยะจะเคลื่อนที่ตามโปรแกรมอัตโนมัติ เมื่อหยุด มันจะจัดตำแหน่งอย่างแม่นยำ และภายใน 0.1 วินาที แสงจะถูกฉายไปยังพื้นที่เฉพาะ (หรือช็อต) ของแม่พิมพ์โดยใช้ลวดลายบนโฟโตมาสก์ กระบวนการเปิดรับแสงอย่างรวดเร็วนี้จะกระตุ้นให้เกิดปฏิกิริยาโฟโตเคมีคอลโดยใช้โฟโตรีซิสต์แบบพิเศษที่ด้านบน เสร็จสิ้นกระบวนการพิมพ์หิน การเปิดรับแสงเสร็จสิ้นอย่างรวดเร็ว และเวทีจะเคลื่อนไปยังตำแหน่งถัดไปอย่างรวดเร็ว ราวกับว่าไม่เคยหยุดนิ่ง การเร่งความเร็วในระหว่างกระบวนการขั้นตอนและสแกนมีความสำคัญ โดยต้องการความแม่นยำสูงในการควบคุมการเคลื่อนที่และการวางตำแหน่งบนเวที ทำให้เป็นหนึ่งในความท้าทายหลักในการผลิตเครื่องจักรการพิมพ์หิน

เครื่องพิมพ์หินของ ASML มักเรียกกันว่าโมเดล TWINSCAN และจากวิดีโอการทำงาน ปรากฏว่ามีสองขั้นตอนเคลื่อนอยู่ข้างใต้ อย่างไรก็ตาม นี่ไม่ใช่ขั้นตอนสองขั้นตอนในการดำเนินการพิมพ์หินพร้อมกัน แต่เป็นขั้นตอนเดียวในการดำเนินการขั้นตอนและสแกน ในขณะที่อีกขั้นตอนหนึ่งดำเนินการ "การจัดตำแหน่งล่วงหน้า" การจัดตำแหน่งล่วงหน้าเกี่ยวข้องกับการสแกนพื้นที่ของดายหลายร้อยหรือหลายพันตัวบนเวเฟอร์ด้วยเครื่องมือวัด เพื่อระบุการจัดเรียงและแต่ละขั้นตอนควรมีขนาดกี่นาโนเมตรเพื่อจัดตำแหน่งอย่างแม่นยำ ข้อมูลเหล่านี้จะถูกบันทึก และเมื่อกระบวนการพิมพ์หินเสร็จสิ้นในขั้นตอนเดียว ขั้นตอนที่จัดไว้ล่วงหน้าจะถูกย้ายออกไป และโปรแกรมอัตโนมัติสำหรับการพิมพ์หินแบบขั้นตอนและสแกนจะเริ่มต้นตามข้อมูลที่วัดได้

ยังมีต่อ...