このプロセスを理解していない人の中には、チップ製造はリソグラフィー装置のみに依存していると考える人もいるかもしれません。彼らは、工場にはウェーハを配置する中央リソグラフィー機械のみが必要であり、その機械は光を使用してチップを「エッチング」し、主な処理ステップが完了すると誤解している可能性があります。たとえば、100 台のリソグラフィー マシンを購入すると 100 個のチップ生産ラインが作成できると言う人もいるかもしれません。このようにプロセスを単純化して理解します。

実際には、チップ上のトランジスタが「エッチングされている」と言ったほうが正確です。プラズマ物理衝撃や化学溶液への浸漬などの方法を使用して、ウェーハ上に溝やトレンチが形成され、最終的にトランジスタが形成されます。ただし、どの部分をエッチングする必要があり、どの部分をエッチングしない必要があるかは、リソグラフィーによって決まります。エッチングが行われる前に、リソグラフィーを使用して「マスク」(フォトマスク) を使用してエッチングが行われる場所が決定されると言えます。さらに、溝やトレンチをエッチングする方法は非常に複雑であり、多くの場合、ウェーハ上にさまざまな材料を繰り返しエッチングおよび堆積する必要があります。各ステップの後には洗浄が必要です。

FAB ウェーハ処理に含まれる実際のステップは非常に複雑で、合計で数千のステップに及ぶ場合もあります。リソグラフィーは繰り返し実行する必要があり、多くの場合、複数のリソグラフィー装置が必要になります。複雑で高度なチップ製造プロセスでは、リソグラフィーに使用されるフォトマスクのセットが数十枚のマスクで構成される場合があります。重要なステップには高精度のリソグラフィー装置が必要ですが、それほど要求の厳しいタスクには精度の低い機械を使用できます。ウェハ上にトランジスタの層が完成したら、その上に接続用の金属相互接続層が作成されます。建物を建設するのと同じように、相互接続を複数の層に分割し、各層間の間隔を広くすることができるため、この層の精度要件は比較的低くなります。

ウェーハの加工開始から個々のダイをお客様へお届けするまでには多くの工程が含まれるため、数か月かかる場合があります。生産ラインの機械は 1 種類のチップを生産するだけでなく、他のウェーハも処理します。異なるチップの異なるウェーハを指定された時間に指定されたマシンにスケジュールして配送する方法を管理することは、FAB の生産フロー管理における重要な問題です。たとえ1チップの処理フローを最優先しても、複数の工程にわたるプロセスの場合、ウェハ1枚の処理が完了するまでに1～2か月かかります。

顧客が FAB にチップ製造を要求した場合、すぐには利用できるわけではありません。追加注文しても数か月かかります。それにもかかわらず、数か月以内に数千万個のチップを生産できるということは、個々のチップのコストを低く抑えるために必要な大量生産能力を証明しています。したがって、FAB の生産能力はチップ産業の応用にとって重要であり、月あたり少なくとも 10,000 枚のウェーハを処理できる必要があります。

さらに、10,000 回のリソグラフィー操作でウェーハの処理を完了することはできません。通常、複数回の露出が必要で、場合によっては 30 桁の露出に達します。したがって、3,000 つのチップ製品だけを処理し、月に 100 枚のウェハしか生産しない場合でも、リソグラフィー装置は数万回のリソグラフィーを実行する必要がある場合があります。 FAB 工場は週末であっても継続的に稼働しており、生産のためにスケジュールを調整する必要があります。 XNUMX か月に XNUMX 日がある場合、各リソグラフィー マシンは XNUMX 回リソグラフィーを実行する必要がある場合があり、XNUMX 時間あたり XNUMX 回のリソグラフィー アクションが一般的なペースです。

したがって、工業生産の観点から見ると、リソグラフィー装置は 0.1 分未満でウェーハ上の数百のダイのリソグラフィーを完了できます。各ダイのリソグラフィーに割り当てられる時間は、XNUMX 秒程度です。ワークロードに対応できない場合は、複数のリソグラフィー装置を同時に使用する必要があります。

リソグラフィー機械の動作をビデオでご覧いただけます。

先進的なリソグラフィー装置は非常に高速で動作します。ウエハはステージ上に置かれ、ステージは磁気浮上システムの制御下で連続的に移動し、一定の動きをしているかのような錯覚を与えます。実際には、自動化されたプログラムに従ってステージが移動する「ステップ アンド スキャン」操作を実行しています。停止すると正確に位置合わせされ、0.1 秒以内にフォトマスクのパターンを使用してダイの特定の領域 (またはショット) に光が投影されます。この急速露光プロセスにより、上に塗布された特殊なフォトレジストとの光化学反応が引き起こされ、リソグラフィープロセスが完了します。露光はすぐに終了し、ステージはまるで止まっていないかのように次の位置へ急速に移動します。ステップ アンド スキャン プロセス中の加速は著しく、ステージの動作制御と位置決めに高い精度が要求されるため、リソグラフィー マシン製造における中心的な課題の XNUMX つとなっています。

ASML のリソグラフィー装置は TWINSCAN モデルと呼ばれることが多く、動作ビデオを見ると、下で 2 つのステージが動いているように見えます。ただし、これはリソグラフィーを同時に実行する 2 つのステージではなく、むしろ 1 つのステージがステップ アンド スキャン リソグラフィーを実行し、もう 1 つのステージが「プリアライメント」を実行します。プリアライメントでは、測定ツールを使用してウェーハ上の数百または数千のダイの領域をスキャンして、それらの配置と、正確に位置合わせするために各ステップが何ナノメートルであるかを決定します。これらのデータは記録され、1 つのステージでリソグラフィー プロセスが終了すると、事前に位置合わせされたステージが移動し、測定データに従ってステップ アンド スキャン リソグラフィーの自動プログラムが開始されます。

つづく...