Instituut stelt efficiëntere methode voor snijden van chip uit wafers voor

Onderzoekers van een Singaporees onderzoeksinstituut hebben een nieuwe methode ontwikkeld om dies uit plakken silicium te snijden. Ze gebruiken een laser met nagenoeg infrarood licht om de dies los te 'breken'. Dit zou sneller en efficiënter werken dan huidige methodes.

De wetenschappers van het Agency for Science, Technology and Research, of Astar, van het Singapore Institute of Manufacturing Technology melden een nieuwe techniek voor waferdicing ontwikkeld te hebben. Dicing is het opdelen van het waferoppervlak in dies en dat gebeurt momenteel door middel van zagen of snijden met lasers. De die is het kleine oppervlak waarop de structuren aangebracht worden die uiteindelijk de chip vormen.

Volgens de Singaporese onderzoekers lopen wafers bij de huidige dicing-technieken het risico te breken of kleine scheurtjes langs de randen van dies op te lopen. Bovendien zorgt zagen voor restmateriaal wat verontreinigingen op en problemen met chips kan veroorzaken. De technieken om deze problemen op te lossen zorgen voor extra kosten. De wetenschappers claimen dat hun laser-induced thermal cracking-technologie aanzienlijk efficiënter werkt.

Een laser die werkt met nabij-infrarood licht verhit hierbij het silicium, waardoor het uitzet. Bij het koelen krimpt het silicium weer, waardoor het, door de kristallijne structuur, breekt, precies op de lijn van de laserbelichting. "Het resultaat is een siliciumchip zonder scheuren met een glad oppervlak", aldus het Astar.

De methode zou 10 tot 20 keer sneller kunnen 'snijden' dan huidige technieken en hogere opbrengsten en dunnere chips mogelijk maken, zo luidt de claim. De dunnere chips zouden met de huidige snijtechnieken niet uit wafers te snijden zijn zonder schade aan de dies. Dunnere chips zouden goedkoper kunnen zijn door minder materiaalgebruik en hogere kloksnelheden mogelijk maken.

Reacties (39)

[Gamebuster]

Waarom wordt dit op ronde platen gemaakt? Vierkant is toch efficienter qua ruimte?

[ArnevdS]

Dat heeft te maken met de manier waarop deze silicium gevormd wordt. Dit wordt als het ware opgetrokken vanuit een silica-bad, waar het 'aangroeit' aan 1 siliciumatoom. Omdat het in alle richtingen groeit, ontstaat een ronde structuur. Vanuit de kegel worden dan deze plakken gezaagd.

[iMispel]

Meer info: Czochralski process

[exorbitex]

Het ontstaat niet vanuit 1 siliciumatoom, maar vanuit 1 kristal, en vervolgens groeit het aan als 1 geheel kristal. Daarom heet het single crystal silicon of monocrystalline silicon.

[Reactie gewijzigd door exorbitex op 23 juli 2024 19:44]

[Teijgetje]

Vanwege het fabricageproces dat "crystal-pulling" heet. Dit levert cilindrische "staven" silicium* op, zgn Ingots.
De puntige koppen van de Ingot worden voor verwerking tot wafers er af gezaagd en aan de hand hiervan stellen ze de kwaliteit vast,
De plakjes Ingot zijn de wafers, die daarna gepolijst worden voor ze verder geprocessed worden.
En tussendoor gekeurd, gekeurd en gekeurd.
Maar door dit proces zijn wafers dus altijd rond met een diameter van ca 150mm of ca 200 mm.

Gezien het lange proces voordat je een wafer hebt van de hoogste kwaliteit, zonder insluitingen, als basis voor de beste/snelste/energiezuinigste processoren, dan wil je daar zo min mogelijk afval van overhouden en deze in zoveel mogelijk die`s verdelen.
Daar komt deze snijtechniek dus pas bij om de hoek kijken.

* het is geen pure silicium, Ingots zijn van een complexe molecuulstructuur waar aan het pure silicium, dat niet geleidt, allerlei toevoegingen zijn gedaan om het geleidend te maken.
Ook zitten er beperkingen aan de molecuulstructuur,waardoor je geen vierkante Ingots zou willen hebben..

[Reactie gewijzigd door Teijgetje op 23 juli 2024 19:44]

[Petertyuh]

Mooi stukje over de fabrikage, maar oud. Ondertussen zijn 300 mm wafer de standaard en zijn er zelfs 450 mm wafers (de zogenaamde 12 en 18 inch).
Meer info staat natuurlijk op Wikipedia.

[RoadRunner84]

Bij ons niet onze machines kunnen schrijven op 150mm en 200mm.
Nou is dat niet zo'n probleem, want ze worden voornamelijk voor onderzoek gebruikt....

[Caseman]

zie ook https://nl.wikipedia.org/wiki/Zonesmelten daar komt een cylindrische staaf Silicium uit.

[Sardia]

Als je van de cirkel een vierkant wilt maken moet je de helft wegsnijden, dat is niet handig.

Verder is deze techniek oud nieuws. 7 jaar geleden werkte dit al bij IME in Singapore.

[obimk1]

Ronde wafers, mits goed gemaakt zijn 'mechanisch' spannings-vrij.

Bij vierkante wafers heb je ALTIJD mechanische spanningen in de hoeken.
Bij de chips op de wafer geven deze spanningen onacceptabele vervormingen.

Daarom worden er geen vierkante wafers gemaakt.

[hardwareaddict]

pak eens een zaklamp en schijn op een plaat. Lukt dat makkelijker rond of vierkant?

[JanusJaap]

Leg uit, ik snap je opmerking niet. Wat heeft het schijnen met licht op het oppervlak te maken met de vorm van de wafer?

[hardwareaddict]

http://nl.wikipedia.org/wiki/ASML

"ASML-systemen - wafersteppers en step-and-scan-machines - gebruiken een fotografisch proces om patronen op siliciumwafers aan te brengen. Een lichtbron als een laser projecteert een afbeelding van dit patroon via een verkleinende lens op de wafer. Deze is bedekt met een laagje lichtgevoelig materiaal (fotoresist). De wafer wordt daarna ontwikkeld en verder behandeld, waarna de eerste laag van het transistorpatroon verschijnt. Deze procedure wordt 30 tot 40 keer herhaald en laagje voor laagje wordt een wafer vol met IC’s gebouwd. "

Hoe wilde je efficient een vierkante lens maken zonder dat die beschadigingen heeft aan de zijkanten?

In zo'n geval kun je veel efficienter het ding rond maken en dan aan de buitenkanten daar nog efficient wat kleine zaken plannen die laaggeklokt zijn.

Vergis je niet in de enorme nauwkeurigheid waarmee dit alles gebeurt. Op die nauwkeurigheden heb je vaak minder keuze welke vorm je bouwen mag.

Stel we willen met de hand heel nauwkeurig een telescoopspiegeltje slijpen. Dan projecteer je ook met een laser interferometer, of zelfs een handgemaakte interferometer, op 't glas wat je slijpt. Die projectie is ROND natuurlijk. Dan weet je waar je nog wat dient weg te halen. Dat lukt rond makkelijker dan vierkant natuurlijk. Dat gaat faliekant fout vierkant, want je slijpbeweging is rond.

Nu wordt dat al redelijk nauwkeurig geslepen zo'n telescoopspiegel. Ik heb hier lambda / 12 = 635 nm / 12 = 53 nm nauwkeurigheid ongeveer.

Die wafermachines zijn nog veel nauwkeuriger dan dat. Genoeg slechtbetaald ASML-personeel op dit forum om daar wat meer over te vertellen

Maar principe is dus simpel. Je hebt al een ronde vorm. Als je van die ronde vorm een vierkante vorm maakt - dan is dat vierkant aanzienlijk kleiner dan die ronde vorm. Dus je verliest veel productiecapaciteit door een vierkant te belichten.

[Reactie gewijzigd door hardwareaddict op 23 juli 2024 19:44]

[JanusJaap]

Als ik je goed begrijp, begrijp je het lithografie proces of de werking van een ASML machine (nog) niet...
Je legt een link tussen de vorm van de lens en die van een wafer. Die link is er niet.

Volgens mij ga je er van uit dat de hele wafer in 1 keer wordt belicht en dat oa daarom de lens rond is en ook de wafer. Dat is niet zo.
ASML machines belichten rechthoekjes, die noemt men dies. (spreek uit: daais) Op een wafer van 300mm staan een X aantal dies. De grootte van zo'n die is afhankelijk van de maat van het IC dat men wil produceren.

(zowat) de enige reden dat de wafer rond is, is vanwege de productiemethode van de wafer. (al enkele malen uitgelegd hierboven in andere antwoorden)

Misschien een leuke toevoeging: een lens voor een fotocamera is ook rond, toch schiet je rechthoekige foto's mbv een rechthoekige sensor.

Vanaf 4:20 kijken, dan zie je de rechthoekige dies geschoten worden 1 voor 1. (Wat zelfs nog leuker is, ze worden niet eens in 1 keer geschoten, maar al 'scannend'. Maakt het nog uitdagender.)
https://youtu.be/C4gYf-eaZTE

[Reactie gewijzigd door JanusJaap op 23 juli 2024 19:44]

[g4wx3]

omdat het net als een cd, heel snel rondspint. Tijdens het spinnen worden er dan chemicalien over gegoten. Dan spint het rond om ze eraf te zwieren. Dan stopt het, word het belicht, en zo enkele keren, tot de transistors klaar zijn

[eL_Jay]

Snelheid zal ongetwijfeld belangrijk zijn (tijd==geld).
Het feit dat zonder schade een die kan worden uitgesneden lijkt me veel belangrijker, want of het afvalpercentage daalt, of het aantal die's per wafer kan toenemen/de die die grootte kan groter waardoor er krachtiger chips gemaakt kunnen worden.

Ik mis even hoe de chips dunner worden. Zou het zijn doordat er geen mechanische 'dicing' plaatsvind met fysiek contact van vaste stoffen waardoor de wafer geen mechanische weerstand hoeft te hebben?

[Reactie gewijzigd door eL_Jay op 23 juli 2024 19:44]

[Mraedis]

Vermoedelijk inderdaad omdat er dan geen mechanische stress is bij het snijden.

[JanusJaap]

Om de wafer te kunnen snijden volgens de huidige technieken, moet deze een basis sterkte hebben. Deze sterkte is oa een product van de materiaaldikte van de wafer.
Als ie te dun is, breekt ie eerder in een vorm die je niet wil.

Het nieuwe snij proces kan met minder spanning in het materiaal toch 'snijden'. Dus de wafer kan in basis al dunner, dus de chip wordt dunner. Scheelt materiaal om mee te beginnen.

[Anoniem: 511810]

Ik vraag me af of dit echt relevant is voor het aantal dies per Wafer. In de sawlanes worden nu veelvuldig markers geëtst om, laten we het maar wafervervorming noemen, te meten. Hiervoor is dus sowieso ruimte tussen de dies nodig.

[JanusJaap]

Die markers zijn erg klein.(minder dan 50micron meen ik)

[Anoniem: 511810]

Klopt, echter bij de vervolgstappen van het litho process (baking, etching, cvd, etc) wil je de markers ongemoeid laten en zul je ruimte nodig hebben voor masking van deze gebiedjes.
De achtergrond is dat wafers niet lineair vervormen tijdens de productieprocessen en daarom is het nodig de vervorming te meten mbv diverse referenties op de Wafer. Deze referenties wil je typisch eenmalig definiëren en daarna niet meer beïnvloeden.

[JanusJaap]

Ik ken de materie... (zeg ik voorzichtig)

Je vergeet denk ik dat de markers na het los snijden van de dies niet meer nodig zijn. En na het los snijden van de dies vind er geen litho stap meer plaats waarbij de markers nodig zijn.

Oftewel: zolang de snijlijn kleiner is dan de ruimte tussen de dies die nodig is om markers te kunnen plaatsen is het proces ok.

[Reactie gewijzigd door JanusJaap op 23 juli 2024 19:44]

[Anoniem: 511810]

Hoi Michael

Wat ik bedoel is dat tijdens de verschillende litho stappen er voldoende ruimte moet zijn om bij de layer deposition stappen geen markeeshifi optreedt. Daarvoor is ruimte nodig en daardoor is de ruimte tussen d dies eindig

[JanusJaap]

Kan niet anders reageren dan dat als je dat bedoelt, je goed zit... ;-)

[Zuaro]

Iemand enig idee op hoeveel nm deze technologie werkt?

[aadje93]

dit heeft niets met de transistorgrootte in de chip te maken, maar de die (de basis) voor de chip uitsnijden uit een wafer (plaat zeer zuiver silicium). "vroeger" werden deze via snijden/zagen eruit gehaald nu kan het dus met een laser waardoor een soort breuklijntje ontstaat. Bijna hetzelfde principe als een traditionele glas-snijder. Door een klein lijntje wat "zwakker" is dan het materiaal te trekken creër je een hele strakke breuk als je het afbreekt.

[rjberg]

Lasersnijden hadden we al. Deze techniek werkt met verhitting en afkoeling. Ze laten een stukje van het materiaal uitzetten, klemmen het materiaal vast, en laten de boel weer afkoelen zodat het materiaal zichzelf kapot trekt.

[loekf2]

Kan me nog herinneren dat we vroeger met "saw lanes" rekening hielden (tienden van millimeters ??). Dit zou dus voor iets meer dies per wafer leiden, immers bij litho (en maskerset) houd je al rekening met de sawlanes.

[Idunno_WhyNoT]

Ik moest even diep nadenken, maar toe herinnerde ik me de 'Mahoh laser dicers' weer die een jaar of 6-7 geleden een hebben bekeken. Die vormen een zwakke lijn in de wafer door lokale oxidatie van het silicium. Door het focusseren van een IR lichtbundel op/in de wafer kun je over de dikte van de wafer een breukvlak definiëren.

Daarna kun je door trekken aan de wafer / of (lokaal) buigen van de wafer de chip losmaken van elkaar.

[rjberg]

nm wordt gebruikt voor transistorgrootte, hier gaat het om dies, wat net wat anders is. Een die is van wat ik er van begrijp het grondvlak van de chip.

[Reactie gewijzigd door rjberg op 23 juli 2024 19:44]

[GewoonWatSpulle]

nm is slechts een eenheid voor lengte, licht werkt op golflengte welke ook aangeduid word in nanometers.

[GewoonWatSpulle]

Ik neem aan tussen de 700 en 900 nm, want dat is wat men Near Infrared noemt.
Bron: Wikipedia: Functional near-infrared spectroscopy

Edit: er zijn wel grote verschillen over wat nu precies NIR is en voor welk vakgebied.

[Reactie gewijzigd door GewoonWatSpulle op 23 juli 2024 19:44]

[rjberg]

Vraag me af of deze truc ( een materiaal verhitten en vervolgens afkoelen op het punt waar je het wil breken) ook werkt voor andere materialen.

[Teijgetje]

silicium is "gewoon" glas,
Of zand als je het zo wil zeggen, je zou heel fijn zand kunnen snijden.
Alle glassoorten op basis van silicium kan je dus zo snijden.
Bij de normale beglazingen (ruiten, horlogeglazen etc) maakt een nanometertje meer of minder echter niet zo veel uit.

Bij de wafers die gemaakt worden van extreem gezuiverd silicium, met daarin toevoegingen om het geleidend te maken, wel.

[Anoniem: 511810]

Wafer silicon is geen glas! Het is zoals boven meermaals uitgelegd een monokristal

[Teijgetje]

Nee maar hij had het niet over wafer silicium, wat ik inderdaad uitgelegd heb dat dat een kristal is.
Hij had het over andere materialen die zo gebroken kunnen worden, en glas wordt in den beginnen van dezelfde grondstof gemaakt als wafers (of andersom), nl. zand.

[Staartmees]

Ja, met glazen flessen bijvoorbeeld: https://www.youtube.com/watch?v=_vILNflmwFw

[mutley69]

slecht nieuws voor staaldraadproducent Bekaert - die maken o.a. draad waarmee die chips gezaagd worden...