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Il processo di produzione dei semiconduttori è estremamente complesso: avviene in fabbriche altamente specializzate, dove i chip vengono creati utilizzando tecniche avanzate. Vi abbiamo raccontato nel dettaglio tutto il processo in due articoli dedicati, Come si fabbrica un chip? Dalla sabbia di quarzo al cuore dei nostri dispositivi e Dove avviene l'assemblaggio e test dei chip? Scopriamo come un wafer diventa un processore, ma come sono fatte le Fab in cui avvengono questi processi?
Le fabbriche di semiconduttori, comunemente note come "fab", sono solitamente composte da quattro livelli principali, ognuno con una funzione specifica. Il primo livello, noto come “interstitial e fan deck”, ospita i sistemi di ventilazione per mantenere un ambiente sterile e controllato nella camera bianca o “clean room”, a sua volta situata al secondo livello. Questa è l'area più importante, dove si svolge la produzione dei chip: nella camera bianca i wafer di silicio, dischi grandi quanto una pizza, vengono trasformati in centinaia di chip.
La camera bianca è progettata per ridurre al minimo la contaminazione e mantenere rigorose condizioni ambientali. I lavoratori indossano indumenti protettivi per evitare di introdurre particelle in questo ambiente controllato, poiché anche i detriti microscopici possono influire sulla produzione dei semiconduttori. Oltre a dover indossare queste "bunny suits", nelle clean room vengono usate anche delle luci gialle, per proteggere i wafer dalla luce ultravioletta, che potrebbe esporre accidentalmente i materiali fotosensibili utilizzati nella fotolitografia.
Il terzo livello, chiamato “clean subfab”, ospita i sistemi di supporto come pompe e trasformatori, che alimentano la camera bianca. Infine, al quarto livello si trovano i principali impianti elettrici e di utilità.
La creazione di una fabbrica di semiconduttori richiede un'enorme quantità di risorse. Una singola fab può costare circa 10 miliardi di dollari e richiede tra i tre e i cinque anni per essere completata. La costruzione comporta l'utilizzo di 600.000 metri cubi di calcestruzzo e 35.000 tonnellate di acciaio strutturale, oltre alla rimozione di più di un milione di metri cubi di terreno, inoltre durante la sua realizzazione, sono impiegati circa 6.000 lavoratori specializzati. Per questo è fondamentale per aziende come Intel e TSMC ottenere sovvenzioni e sussidi governativi, in modo da ridurre i costi esorbitanti appena descritti e poter espandere più rapidamente la propria capacità produttiva.
Nelle Fab vengono impiegati i macchinari più avanzati per la produzione di chip, tra cui quello per la litografia EUV. Questa tecnologia ha segnato un balzo in avanti significativo nella produzione di semiconduttori, ma il sistema High NA EUV rappresenta la prossima frontiera di questa tecnologia.
Si tratta di un macchinario che offre un’apertura della lente più grande, che assicura ancor più precisione nella proiezione delle immagini e permette di creare chip ancora più avanzati, con transistor ancora più piccoli, più efficienti e più veloci.
L'implementazione della High NA EUV non è ovviamente priva di sfide, prima tra tutte la complessità dell'attrezzatura stessa. Il macchinario è enorme, pesa oltre 165 tonnellate e ha l'altezza di un edificio di due piani. Inoltre, opera esclusivamente all’interno di una camera bianca e usa potenti laser per generare la luce EUV, che viene poi focalizzata attraverso una serie di specchi e proiettata sul wafer di silicio.
Una Fab moderna è dotata anche di molti altri macchinari avanzati, come quelli per la deposizione chimica da vapore (CVD), che vengono usati per depositare sottili strati di materiali sui wafer. Gli incisori al plasma rimuovono invece il materiale indesiderato con alta precisione, mentre gli strumenti di metrologia misurano lo spessore e l'uniformità di questi strati per garantire la coerenza durante l'intero processo di produzione. Infine, i sistemi robotici automatizzati trasportano i wafer tra le diverse fasi di produzione, minimizzando l'intervento umano e riducendo il rischio di contaminazione. Insomma, una fabbrica di semiconduttori è una struttura intricata ed estremamente avanzata, essenziale per lo sviluppo e l’evoluzione tecnologica di tutti gli strumenti che usiamo quotidianamente, dagli smartphone alle auto, passando per qualsiasi dispositivo che abbia al suo interno un chip.