Một số người không hiểu quy trình có thể nghĩ rằng việc sản xuất chip chỉ dựa vào máy in thạch bản. Họ có thể lầm tưởng rằng nhà máy chỉ cần một máy in thạch bản trung tâm nơi đặt các tấm bán dẫn và máy sử dụng ánh sáng để “khắc” chip là hoàn thành bước xử lý chính. Ví dụ, một số người có thể nói rằng việc mua 100 máy in thạch bản có thể tạo ra 100 dây chuyền sản xuất chip, hiểu một cách đơn giản về quy trình theo cách này.

Trên thực tế, nói chính xác hơn là các bóng bán dẫn trên chip được "khắc". Sử dụng các phương pháp như tác động vật lý plasma hoặc ngâm trong dung dịch hóa học, các rãnh và rãnh được hình thành trên tấm bán dẫn, cuối cùng là định hình các bóng bán dẫn. Tuy nhiên, phần nào cần khắc và phần nào không được hướng dẫn bằng in thạch bản. Có thể nói rằng trước khi bất kỳ quá trình khắc nào diễn ra, kỹ thuật in thạch bản được sử dụng để xác định vị trí xảy ra quá trình khắc bằng cách sử dụng "mặt nạ" (photomask). Hơn nữa, phương pháp khắc rãnh và rãnh rất phức tạp, thường đòi hỏi phải khắc nhiều lần và lắng đọng nhiều vật liệu khác nhau trên tấm bán dẫn. Sau mỗi bước, việc vệ sinh là cần thiết.

Các bước thực tế liên quan đến quá trình xử lý tấm wafer FAB cực kỳ phức tạp, đôi khi có tổng cộng hàng nghìn bước. Việc in thạch bản cần phải được thực hiện nhiều lần, thường đòi hỏi nhiều máy in thạch bản. Đối với quy trình sản xuất chip tiên tiến phức tạp, một bộ mặt nạ ảnh được sử dụng cho in thạch bản có thể bao gồm hàng chục mặt nạ. Cần có máy in thạch bản chính xác cho các bước quan trọng, trong khi máy có độ chính xác thấp hơn có thể được sử dụng cho các nhiệm vụ ít đòi hỏi hơn. Sau khi hoàn thành lớp bóng bán dẫn trên tấm wafer, lớp kết nối kim loại để kết nối sẽ được tạo ở trên cùng. Yêu cầu về độ chính xác cho lớp này tương đối thấp hơn vì giống như việc xây dựng một tòa nhà, các kết nối có thể được chia thành nhiều lớp với khoảng cách giữa mỗi lớp rộng hơn.

Từ khi bắt đầu xử lý tấm wafer cho đến khi giao từng khuôn cho khách hàng, có thể mất vài tháng do có nhiều bước liên quan. Các máy móc trên dây chuyền sản xuất không chỉ sản xuất một loại chip mà còn xử lý các tấm bán dẫn khác. Quản lý cách lên lịch và phân phối các tấm bán dẫn khác nhau của các chip khác nhau đến các máy được chỉ định vào thời điểm được chỉ định là một vấn đề quan trọng trong quản lý quy trình sản xuất FAB. Ngay cả khi quy trình xử lý cho một chip được ưu tiên hàng đầu thì đối với các quy trình có nhiều bước, vẫn phải mất từ ​​một đến hai tháng để hoàn tất quá trình xử lý một tấm bán dẫn.

Khi khách hàng yêu cầu chế tạo chip từ FAB, nó sẽ không được đáp ứng ngay lập tức. Ngay cả khi có thêm đơn đặt hàng, vẫn sẽ mất vài tháng. Tuy nhiên, việc có thể sản xuất hàng chục triệu con chip trong vòng vài tháng chứng tỏ năng lực sản xuất hàng loạt cần thiết để giữ chi phí cho từng con chip ở mức thấp. Do đó, năng lực sản xuất của FAB là chìa khóa cho ứng dụng của ngành công nghiệp chip và nó phải có khả năng xử lý ít nhất 10,000 tấm bán dẫn mỗi tháng.

Hơn nữa, không thể hoàn thành quá trình xử lý tấm bán dẫn chỉ bằng một thao tác in thạch bản. Thông thường, cần phải chụp nhiều lần phơi sáng, đôi khi đạt tới con số hai chữ số. Do đó, ngay cả khi chỉ có một sản phẩm chip được xử lý và chỉ sản xuất 10,000 tấm wafer trong một tháng, một máy in thạch bản có thể cần thực hiện in thạch bản hàng chục nghìn lần. Các nhà máy của FAB hoạt động liên tục kể cả cuối tuần và phải sắp xếp lịch trình sản xuất. Trong một tháng có 30 ngày, mỗi máy in thạch bản có thể cần thực hiện in thạch bản 3,000 lần, với tốc độ trung bình là 100 thao tác in thạch bản mỗi giờ là tốc độ phổ biến.

Do đó, từ góc độ sản xuất công nghiệp, một máy in thạch bản có thể hoàn thành việc in thạch bản của hàng trăm khuôn trên tấm bán dẫn trong vòng chưa đầy một phút. Lượng thời gian được phân bổ cho mỗi lần in thạch bản là khoảng 0.1 giây. Nếu khối lượng công việc không thể xử lý được thì cần sử dụng đồng thời nhiều máy in thạch bản.

Bạn có thể xem video này về hoạt động của máy in thạch bản.

Máy in thạch bản tiên tiến hoạt động ở tốc độ cao như vậy. Một tấm wafer được đặt trên sân khấu, nó chuyển động liên tục dưới sự điều khiển của hệ thống bay lên từ trường, tạo ra ảo giác về chuyển động liên tục. Trên thực tế, nó đang thực hiện các hoạt động "bước và quét", trong đó bệ di chuyển theo một chương trình tự động. Khi dừng lại, nó sẽ được căn chỉnh chính xác và trong vòng 0.1 giây, ánh sáng sẽ được chiếu lên khu vực (hoặc ảnh chụp) cụ thể của khuôn bằng cách sử dụng mẫu trên mặt nạ ảnh. Quá trình phơi sáng nhanh này kích hoạt phản ứng quang hóa với chất quang dẫn đặc biệt được phủ lên trên, hoàn thành quá trình in thạch bản. Quá trình phơi sáng nhanh chóng được hoàn thành và giai đoạn này nhanh chóng chuyển sang vị trí tiếp theo, xuất hiện như thể nó chưa bao giờ dừng lại. Khả năng tăng tốc trong quá trình quét và quét là rất đáng kể, đòi hỏi độ chính xác cao trong điều khiển và định vị chuyển động của giai đoạn, khiến nó trở thành một trong những thách thức cốt lõi trong sản xuất máy in thạch bản.

Các máy in thạch bản của ASML thường được gọi là mô hình TWINSCAN và từ các video hoạt động, có vẻ như hai giai đoạn đang chuyển động bên dưới. Tuy nhiên, đây không phải là hai giai đoạn thực hiện in thạch bản đồng thời mà là một giai đoạn thực hiện in thạch bản từng bước và quét trong khi giai đoạn còn lại thực hiện "căn chỉnh trước". Căn chỉnh trước bao gồm việc quét các khu vực của hàng trăm hoặc hàng nghìn khuôn trên tấm bán dẫn bằng công cụ đo lường để xác định cách sắp xếp của chúng và mỗi bước cần có bao nhiêu nanomet để căn chỉnh chính xác. Những dữ liệu này được ghi lại và sau khi quá trình in thạch bản hoàn tất ở một giai đoạn, giai đoạn được căn chỉnh trước sẽ được chuyển qua và chương trình tự động dành cho in thạch bản từng bước và quét được bắt đầu theo dữ liệu đo được.

Còn tiếp...