Los equipos de litografía para semiconductores se utilizan para proyectar patrones de circuitos eléctricos en obleas de silicio. Capaces de grabar patrones extremadamente detallados a escala de nanómetros (1 nm = una milmillonésima parte de un metro), estos dispositivos emplean tecnologías ópticas e ingeniería de ultraprecisión.

Los componentes electrónicos como los microprocesadores y las memorias contienen circuitos eléctricos a nivel nanométrico que han sido diseñados mediante equipos de litografía para semiconductores. Un haz láser se dirige hacia una "máscara fotográfica", o patrón original del circuito, para crear una imagen del circuito en una oblea de silicio. La creación de circuitos a este nivel nanométrico requiere lentes y platillos para obleas de ultraprecisión, que se utilizan para transportar las obleas de silicio que sirven como base para los dispositivos semiconductores.

El equipo de litografía para semiconductores proyecta una imagen reducida de la máscara fotográfica, el patrón original del circuito, sobre la oblea de silicio, que está recubierta con una capa fotosensible denominada resistencia. Proyectar el patrón del circuito sobre la resistencia deja una imagen del circuito en ésta, de manera similar a como la luz que pasa a través de una película negativa deja una imagen latente en el papel fotográfico.

Después de la exposición, la oblea se somete a procesos de revelado, grabado, dopaje y otros que dejan únicamente el circuito en la oblea.

• Revelado: Inmersión de las obleas en un revelador para disolver y eliminar la resistencia no expuesta y no necesaria
• Grabado: Eliminación de la membrana superficial de dióxido de silicio mediante una reacción química
• Dopaje: Adición de impurezas conductoras mediante irradiación iónica

Esta serie de procesos se repite más de 30 veces para completar un solo chip IC. El diagrama siguiente muestra los pasos involucrados en la fabricación de un transistor simple.

En el transistor terminado, se ha incrustado silicio tipo n en silicio tipo p mediante dopaje, después de lo cual se incorporan el no conductor (aislante) y el conductor. Si pasa corriente eléctrica a través de este circuito, los electrones se acumulan mediante inducción electrostática en el área del silicio tipo p opuesta al conductor, permitiendo que la corriente pase entre los puntos de silicio tipo n. La forma en que el silicio tipo p se ve afectado por el campo eléctrico del conductor, a pesar de estar aislado por el no conductor, se conoce como efecto de campo. Este transistor funciona mediante el encendido y apagado de la corriente.

Este tipo de transistor, en el que un no conductor (aislante) y un conductor metálico se colocan sobre un semiconductor, se conoce como MOS (Metal Oxide Semiconductor), y un MOS que utiliza el efecto de campo se conoce más específicamente como MOS FET.

La precisión con la que se posiciona el platillo de la oblea, que transporta las obleas de silicio, es de crucial importancia en los equipos de litografía para semiconductores, ya que la oblea debe moverse a alta velocidad pero con mucha precisión durante el proceso de exposición. El grabado de un circuito de 130 nanómetros de ancho requiere un factor de error de no más de 10 nanómetros. Para alcanzar tal precisión, los platillos de oblea de los equipos de litografía para semiconductores de Canon emplean un sistema de guiado neumático sin contacto que utiliza cojinetes cerámicos porosos de presión estática y un motor lineal, con el platillo de la oblea flotando neumáticamente. Esto elimina la fricción y permite un posicionamiento de alta velocidad y precisión. Este platillo de oblea puede controlar la posición de la oblea en las tres dimensiones con una precisión de unos pocos nanómetros.

En el futuro, los circuitos se miniaturizarán aún más, y se requerirán platillos para obleas con precisión subnanométrica. Los equipos de litografía para semiconductores del futuro probablemente requerirán un vacío para aumentar aún más la precisión del diseño de circuitos, y Canon está trabajando actualmente en el desarrollo de tecnología de cojinetes de aire para vacío para permitir el uso de cojinetes de aire en condiciones de vacío.

Debido a que los aparatos ópticos de fotolitografía proyectan patrones de circuitos muy detallados sobre obleas, necesitan utilizar fuentes de luz de longitud de onda muy corta. Los dispositivos actuales utilizan láseres excimeros KrF de 248 nm (fluoruro de criptón) o ArF de 193 nm (fluoruro de argón) como fuentes de luz, capaces de crear patrones de circuitos de aproximadamente 100 nanómetros de ancho. Actualmente se están estudiando varias otras fuentes de luz para reducir este tamaño a los 50 nanómetros que se requerirán en el futuro. Además de los láseres excimeros de dimero de fluoruro con longitudes de onda de 157 nm y los láseres de rayos X, las fuentes de luz EUV (Ultravioleta Extremo) están atrayendo una atención especial.

• Longitud de onda: 13 nanómetros
• Capacidad para crear patrones por debajo de los 50 nanómetros
• Desafío: casi todos los materiales absorben EUV
• Solución: espejos especiales con recubrimientos multicapa
• Tecnología: capas alternadas de materiales con índices de refracción ligeramente diferentes para proporcionar una reflectividad de resonancia al EUV
• Requisito: tecnologías de recubrimiento de alta precisión para depositar capas con espesores a nivel atómico

La tecnología de exposición también se utiliza en la fabricación de grandes paneles de cristal líquido, exactamente lo opuesto a los pequeños chips de silicio, como los utilizados para crear televisores LCD de gran tamaño. Los paneles de cristal líquido se fabrican proyectando un patrón de píxeles detallado dibujado en una máscara óptica para grabar (exponer) y desarrollar un sustrato de vidrio grande. Se utilizan espejos y lentes en el proceso de proyección, pero los sistemas ópticos reflectantes que utilizan espejos tienen una composición más simple que los sistemas ópticos transparentes que utilizan lentes, proporcionando beneficios como la ausencia de aberración cromática y sin deterioro del rendimiento de imagen.

Para exponer patrones que miden apenas varios micrómetros de tamaño, los espejos utilizados en los alineadores de proyección por espejo deben ser extremadamente precisos. Específicamente, espejos cóncavos de gran diámetro capaces de garantizar el ancho de exposición y la distancia de barrido requeridos para exponer de forma continua pantallas grandes en un solo paso. Además, debido al tamaño de los sustratos de vidrio utilizados, algunos de los cuales miden hasta 2.200 x 2.500 mm (sustratos de "8ª generación"), también se requiere un platillo de tamaño ultra grande que se mueva con precisión.