프로세스를 이해하지 못하는 일부 사람들은 칩 제조가 리소그래피 기계에만 의존한다고 생각할 수도 있습니다. 공장에는 웨이퍼를 배치하는 중앙 리소그래피 기계만 필요하고 이 기계는 빛을 사용하여 칩을 "에칭"하여 주요 처리 단계를 완료한다고 잘못 생각할 수도 있습니다. 예를 들어, 리소그래피 기계 100대를 구입하면 칩 생산 라인 100개를 만들 수 있다고 말하는 사람들도 있습니다. 이렇게 프로세스를 단순화하면 됩니다.

실제로는 칩의 트랜지스터가 "에칭"되었다고 말하는 것이 더 정확합니다. 플라즈마 물리학 충격이나 화학 용액에 담그는 등의 방법을 사용하여 웨이퍼에 홈과 트렌치를 형성하고 결국 트랜지스터를 형성합니다. 그러나 어떤 부분을 에칭해야 하고 어떤 부분을 에칭하지 말아야 하는지는 리소그래피를 통해 결정됩니다. 에칭이 발생하기 전에 "마스크"(포토마스크)를 사용하여 에칭이 발생해야 하는 위치를 결정하기 위해 리소그래피가 사용된다고 말할 수 있습니다. 더욱이, 그루브와 트렌치를 에칭하는 방법은 매우 복잡하여 웨이퍼에 다양한 재료를 반복적으로 에칭하고 증착해야 하는 경우가 많습니다. 각 단계 후에는 청소가 필요합니다.

FAB 웨이퍼 처리에 관련된 실제 단계는 매우 복잡하며 때로는 총 수천 단계에 이릅니다. 리소그래피는 반복적으로 수행되어야 하며, 종종 여러 대의 리소그래피 기계가 필요합니다. 복잡한 고급 칩 제조 공정의 경우 리소그래피에 사용되는 포토마스크 세트는 수십 개의 마스크로 구성될 수 있습니다. 중요한 단계에는 정밀 리소그래피 기계가 필요한 반면, 덜 까다로운 작업에는 정밀도가 낮은 기계를 사용할 수 있습니다. 웨이퍼에 트랜지스터 층을 완성한 후 연결을 위한 금속 상호 연결 층이 맨 위에 생성됩니다. 이 레이어에 대한 정밀도 요구 사항은 건물을 건설하는 것과 마찬가지로 상호 연결을 각 레이어 사이의 간격이 더 넓은 여러 레이어로 나눌 수 있기 때문에 상대적으로 낮습니다.

웨이퍼 처리 시작부터 개별 다이가 고객에게 전달될 때까지 수많은 단계로 인해 몇 개월이 걸릴 수 있습니다. 생산 라인의 기계는 한 가지 유형의 칩을 생산할 뿐만 아니라 다른 웨이퍼도 처리합니다. 지정된 시간에 다양한 칩의 다양한 웨이퍼를 지정된 기계로 예약하고 배송하는 방법을 관리하는 것은 FAB 생산 흐름 관리에서 중요한 문제입니다. 하나의 칩에 대한 처리 흐름을 최우선으로 생각하더라도 여러 단계의 공정의 경우 단일 웨이퍼 처리를 완료하는 데 여전히 1~2개월이 걸립니다.

고객이 FAB에 칩 제조를 요청하면 즉시 제공되지 않습니다. 추가 주문을 해도 몇 달이 걸립니다. 그럼에도 불구하고 몇 달 안에 수천만 개의 칩을 생산할 수 있다는 것은 개별 칩 비용을 낮게 유지하는 데 필요한 대량 생산 능력을 입증합니다. 따라서 FAB의 생산 능력은 칩 산업 적용의 핵심이며, 월 최소 10,000장의 웨이퍼를 처리할 수 있어야 합니다.

더욱이, 단일 리소그래피 작업으로 웨이퍼 처리를 완료하는 것은 불가능합니다. 일반적으로 다중 노출이 필요하며 때로는 두 자리 숫자에 도달합니다. 따라서 한 달에 하나의 칩 제품만 처리하고 웨이퍼 10,000장만 생산하더라도 리소그래피 기계는 리소그래피를 수만 번 수행해야 할 수도 있습니다. FAB 공장은 주말에도 계속 가동되기 때문에 생산 일정을 조율해야 합니다. 30일이 있는 한 달 동안 각 리소그래피 기계는 리소그래피를 3,000회 수행해야 하며, 시간당 평균 100회의 리소그래피 작업 속도가 일반적인 속도입니다.

따라서 산업 생산 관점에서 볼 때 리소그래피 기계는 0.1분 이내에 웨이퍼에 수백 개의 다이 리소그래피를 완료할 수 있습니다. 각 다이의 리소그래피에 할당된 시간은 XNUMX초 정도입니다. 작업 부하를 처리할 수 없는 경우 여러 리소그래피 기계를 동시에 사용해야 합니다.

리소그래피 기계가 작동하는 모습을 동영상으로 시청해 보세요.

고급 리소그래피 기계는 매우 빠른 속도로 작동합니다. 웨이퍼는 자기 부상 시스템의 제어 하에 지속적으로 움직이는 스테이지 위에 배치되어 일정한 움직임의 환상을 제공합니다. 실제로는 자동화된 프로그램에 따라 스테이지가 이동하는 '스텝 앤 스캔' 작업을 수행하고 있습니다. 멈추면 정확하게 정렬되고 0.1초 안에 포토마스크의 패턴을 이용해 다이의 특정 영역(또는 샷)에 빛이 투사됩니다. 이 빠른 노광 공정은 위에 도포된 특수 포토레지스트와 광화학 반응을 유발하여 리소그래피 공정을 완료합니다. 노출은 빠르게 완료되고, 무대는 결코 멈추지 않은 듯 빠르게 다음 위치로 이동한다. 스텝 앤 스캔 프로세스 중 가속은 상당하며 스테이지 모션 제어 및 위치 지정에서 높은 정밀도를 요구하므로 리소그래피 기계 제조의 핵심 과제 중 하나입니다.

ASML의 리소그래피 기계는 종종 TWINSCAN 모델로 불리며, 작동 영상을 보면 아래에 두 개의 스테이지가 움직이는 것으로 보입니다. 그러나 이것은 동시에 리소그래피를 수행하는 두 단계가 아니라 오히려 한 단계가 스텝 앤 스캔 리소그래피를 수행하고 다른 단계가 "사전 정렬"을 수행하는 것입니다. 사전 정렬에는 측정 도구를 사용하여 웨이퍼에 있는 수백 또는 수천 개의 다이 영역을 스캔하여 배열을 결정하고 정확하게 정렬하기 위해 각 단계가 몇 나노미터가 되어야 하는지 결정하는 작업이 포함됩니다. 이러한 데이터는 기록되며, 한 스테이지에서 리소그래피 공정이 완료되면 사전 정렬된 스테이지가 위로 이동되고 측정된 데이터에 따라 스텝 앤 스캔 리소그래피를 위한 자동 프로그램이 시작됩니다.

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