Algumas pessoas que não entendem o processo podem pensar que a fabricação de chips depende exclusivamente de máquinas de litografia. Eles podem acreditar erroneamente que uma fábrica só precisa de uma máquina de litografia central onde os wafers são colocados, e a máquina usa luz para "gravar" os chips, completando assim a etapa principal do processamento. Por exemplo, alguns podem dizer que comprar 100 máquinas de litografia pode criar 100 linhas de produção de chips, compreendendo o processo de forma simplista.

Na realidade, é mais correto dizer que os transistores de um chip estão “gravados”. Usando métodos como impacto físico de plasma ou imersão em soluções químicas, sulcos e trincheiras são formados no wafer, eventualmente moldando os transistores. No entanto, quais partes precisam ser gravadas e quais não são guiadas pela litografia. Pode-se dizer que antes de qualquer gravação ocorrer, a litografia é utilizada para determinar onde a gravação deve ocorrer, por meio de uma “máscara” (uma fotomáscara). Além disso, o método de gravação de ranhuras e trincheiras é altamente complexo, muitas vezes exigindo gravação repetida e deposição de vários materiais na bolacha. Após cada etapa é necessária a limpeza.

As etapas reais envolvidas no processamento do wafer FAB são extremamente complexas, às vezes totalizando milhares de etapas. A litografia precisa ser executada repetidamente, muitas vezes exigindo múltiplas máquinas de litografia. Para um processo complexo e avançado de fabricação de chips, um conjunto de fotomáscaras usadas para litografia pode consistir em dezenas de máscaras. Máquinas de litografia de precisão são necessárias para etapas críticas, enquanto máquinas com menor precisão podem ser usadas para tarefas menos exigentes. Após completar a camada de transistores no wafer, a camada metálica de interconexão para conexões é criada na parte superior. Os requisitos de precisão para esta camada são relativamente mais baixos porque, tal como na construção de um edifício, as interligações podem ser divididas em múltiplas camadas com espaçamento maior entre cada camada.

Desde o início do processamento do wafer até a entrega das matrizes individuais aos clientes, pode levar vários meses devido às inúmeras etapas envolvidas. As máquinas na linha de produção não produzem apenas um tipo de chip, mas também processam outros wafers. Gerenciar como programar e entregar diferentes wafers de diferentes chips para máquinas específicas em horários designados é uma questão importante no gerenciamento do fluxo de produção da FAB. Mesmo que o fluxo de processamento de um chip receba prioridade máxima, para processos com múltiplas etapas, ainda leva de um a dois meses para concluir o processamento de um único wafer.

Quando um cliente solicita a fabricação de chips de uma FAB, ela não está imediatamente disponível. Mesmo que sejam feitos pedidos adicionais, ainda levará vários meses. No entanto, ser capaz de produzir dezenas de milhões de chips em poucos meses demonstra a capacidade de produção em massa necessária para manter baixos os custos de chips individuais. Portanto, a capacidade de produção de uma FAB é fundamental para a aplicação da indústria de chips, devendo ser capaz de movimentar pelo menos 10,000 mil wafers por mês.

Além disso, não é possível completar o processamento de um wafer com uma única ação de litografia. Normalmente, são necessárias múltiplas exposições, às vezes atingindo números de dois dígitos. Portanto, mesmo que apenas um produto de chip esteja sendo processado e apenas 10,000 wafers sejam produzidos por mês, uma máquina de litografia pode precisar realizar a litografia dezenas de milhares de vezes. As fábricas da FAB funcionam continuamente, mesmo nos finais de semana, e devem ser acertados horários de produção. Em um mês com 30 dias, cada máquina de litografia pode precisar realizar litografia 3,000 vezes, sendo uma taxa média de 100 ações de litografia por hora um ritmo comum.

Portanto, do ponto de vista da produção industrial, uma máquina de litografia pode completar a litografia de várias centenas de matrizes em um wafer em menos de um minuto. A quantidade de tempo alocada para a litografia de cada dado é da ordem de 0.1 segundos. Se a carga de trabalho não puder ser tratada, várias máquinas de litografia precisarão ser usadas simultaneamente.

Você pode assistir a este vídeo da máquina de litografia em ação.

Máquinas avançadas de litografia operam em altas velocidades. Uma bolacha é colocada no palco, que se move continuamente sob o controle de um sistema de levitação magnética, dando a ilusão de movimento constante. Na realidade, trata-se de operações de “passo e varredura”, onde o palco se move de acordo com um programa automatizado. Quando ele para, ele é alinhado com precisão e, em 0.1 segundos, a luz é projetada na área específica (ou foto) de uma matriz usando o padrão da máscara fotográfica. Este processo de exposição rápida desencadeia uma reação fotoquímica com o fotorresiste especial aplicado no topo, completando o processo de litografia. A exposição é concluída rapidamente e o palco move-se rapidamente para a próxima posição, parecendo que nunca parou. A aceleração durante o processo step-and-scan é significativa, exigindo alta precisão no controle e posicionamento do movimento da platina, tornando-se um dos principais desafios na fabricação de máquinas de litografia.

As máquinas de litografia da ASML são frequentemente chamadas de modelos TWINSCAN e, a partir dos vídeos de operação, parece que dois estágios estão se movendo por baixo. No entanto, não se trata de dois estágios realizando a litografia simultaneamente, mas sim de um estágio realizando a litografia step-and-scan enquanto o outro estágio realiza o "pré-alinhamento". O pré-alinhamento envolve a varredura das áreas de centenas ou milhares de matrizes em um wafer com uma ferramenta de medição para determinar seu arranjo e quantos nanômetros cada etapa deve ter para um alinhamento preciso. Esses dados são registrados e, uma vez concluído o processo de litografia em um estágio, o estágio pré-alinhado é movido e o programa automático para litografia step-and-scan é iniciado de acordo com os dados medidos.

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