Industrie moet beginnen met ontwikkeling 450mm-wafers

De EE Times meldt dat de chipindustrie volgens Paolo Gargini, directeur technologische strategie bij Intel, plannen moet maken om de 450mm-wafers tegen 2012 te kunnen produceren. Dit jaartal werd ook al genoemd in de International Technology Roadmap for Semiconductors (ITRS), maar daar werd tot nog toe weinig aandacht aan besteed en daar zal nu waarschijnlijk verandering in gebracht worden. Verschillende deelnemers aan de conferentie waar Gargini zijn oproep lanceerde, zijn echter van mening dat grote bedrijven als Intel, die grote volumes produceren, wel gebaat zijn bij de grotere formaten, maar dat het grootste deel van de chipindustrie niet zo enthousiast zal zijn. In 2001 werd de 300mm-wafer gelanceerd en hoewel tegenwoordig veertien procent van de capaciteit ingevuld wordt door wafers met deze afmeting, is het meeste materiaal dat ontwikkeld wordt gericht op grotere wafers, aldus Applied Materials.

Volgens Gargini duurt het echter zeker vijf jaar voor de nodige standaarden en prototypes ontwikkeld worden en pas dan kan de eigenlijke uitrusting gebouwd worden. Niet iedereen is er echter van overtuigd dat 450mm-wafers wel nodig zijn. Een 300mm-wafer kan nu al 10.000 dies bevatten en één fabriek waar dergelijke wafers geproduceerd kunnen worden betekent een investering die veel bedrijven zich niet kunnen veroorloven. Volgens een onderzoek moet een bedrijf jaarlijks een omzet van vijf miljard dollar halen om de bouw van een 300mm-fab te rechtvaardigen.

Reacties (32)

[YellowCube]

wat is het voordeel van meer dies op 1 wafer (als ik zo dom mag zijn)?

[Verwijderd]

Wafers zijn rond, maar chips niet. Daardoor verlies je het stuk aan de rand:

http://games.tiscali.cz/hardware/tema/athlon64/wafer.jpg

Het gaat om de verhouding bruikbare / totale oppervlakte.
Een grotere wafer betekend een betere verhouding.
Dus neemt de yield toe. Maar de investeringen zijn groot. Dus alleen een bedrijf als Intel heeft er echt baat bij.

[thanx]

De chips in het midden zijn vaak beter van kwaliteit, omdat de lenzen hier zuiverder zijn. Aan de randen is er meer verstooiing van het licht met alle gevolgen van dien.

Bij een 450mm wafer wordt dit probleem groter. Ook het maken van een homogeen silicium plakje op 450mm doorsnee is nog niet zo eenvoudig. Er zal dus nog heel wat ontwikkeld moeten worden voordat 450mm wafers ook echt toegepast kunnen worden. Bij de overstap van 200mm wafers naar 300mm wafers was hier ook veel tijd voor nodig. (dus duur)

De randverliezen worden naar verhouding kleiner als de wafer groter wordt. Hier is dus niet evenveel winst te behalen als bij de overstap van 200mm wafers naar 300mm wafers. De te behalen voordelen door meer processors uit een wafer te halen zijn ook kleiner. De winst moet vooral komen uit het snellere productieproces per chip, waardoor er in totaliteit minder fabrieken nodig zijn.

Het gaat hierbij om enorme bedragen, dus het is logisch dat kleinere bedrijven nog niet in de rij staan voor nieuwe apparatuur.

[Ralph Smeets]

Dat klopt tegenwoordig al lang niet meer wat je zegt.

Zo goed als alle wafers worden belicht met een waferstepper. Dit is een apparaat dat chip per chip de wafer belicht. Het zijn dus niet alle chips die tegelijkertijd worden belicht, maar enkel een of in de meeste gevallen een aantal.

Daarnaast is het silicium in het midden van de wafer een tikkeltje minder zuiver dan aan de rand. Het voordeel dat je dus beschrijft (de lens die scherper is in het midden), wordt dus teniet gedaan door onzuiverheden in het midden. Met de scherpte van de lens kun je rekening houden, sterker nog, daar wordt al rekening mee gehouden. Een lens die voor 130nm geschikt is, is in het midden waarschijnlijk zelfs voor 45nm geschikt (scherper is meer detail!).

In de praktijk blijkt echter dat de scherpte van de lens in het midden en de verontreinigingen in de wafer in het midden beiden te verwaarlozen zijn. De meeste chips vallen uit door stof dat op de wafer valt.

[Verwijderd]

In de praktijk blijkt echter dat de scherpte van de lens in het midden en de verontreinigingen in de wafer in het midden beiden te verwaarlozen zijn. De meeste chips vallen uit door stof dat op de wafer valt.

Kun je dan de conclusie trekken dat een grotere wafer/oppervlakte ook een grotere risico met zich meeneemt dat er stof op de wafer terecht komt? Dan lijkt een wafer van 450mm misschien toch niet zo'n goed idee.

[curry684]

Kun je dan de conclusie trekken dat een grotere wafer/oppervlakte ook een grotere risico met zich meeneemt dat er stof op de wafer terecht komt? Dan lijkt een wafer van 450mm misschien toch niet zo'n goed idee.

Dat ene stofdeeltje in de vrijwel stofvrije ruimte is nog steeds even groot en raakt dus nog steeds maar 1 core. En wat je aan extra 'raakoppervlak' voor stofdeeltjes hebt zal alleen statistisch verantwoord een procentueel identiek verlies opleveren.

[fsfikke]

Een grotere productiecapacieteit lijkt mij. Als je meer dies op een wafer hebt kan je dus meer chips maken en er meer verkopen.

[Fingerprint88]

Ligt het nou aan mij of kan je net zo goed één 450mm wafer maken als twee 300 mm wafers?
Misschien zeg ik wel iets heel doms

[Sardia]

Dat kan. De kosten worden echter exorbitant veel hoger. Je ziet nu al dat veel fabs op 200mm blijven zitten omdat de 300mm te duur is.
Een 300mm fab kost (correct me if i'm wrong) zo'n 2 miljard euri.
Een 200mm fab kost 1 miljard euri(give or take een paar procent).

Stel dat de yields ed hetzelfde blijven, dan neemt de productiecapaciteit met 225% toe. Je kunt dus hogere winsten behalen als je 300mm fabriceert.
Als je echter maar <75% van je capaciteit gebruikt, dan had je beter een 200mm fab kunnen neerzetten.

Komt ook nog eens bij dat als minder fabs 450mm willen hebben, de R&D kosten ook over minder klanten uitgesmeerd kunnen worden.

<#include disclaimer.h>:
getalletjes kloppen volgens mij wel, maar zijn slechts rekenvoorbeelden.

[fsfikke]

Je kan natuurlijk ipv een 450mm, 2 300mm wafers maken. Maar je kan natuurlijk ook ipv 2 300mm wafers in dezelfde tijd 2 450mm wafers maken .

[PuzzleSolver]

Yields worden ook beter bij een grotere diameter omdat er (in verhouding) minder cores op de rand komen. Ik stel voor om vierkante wafers te gaan gebruiken

[Countess]

het is niet de afstand tot de rand die bepaalde hoe goed de cores worden maar meer de afstand tot het midden, waar het meest zuiveren materiaal zit.

[apa]

het is niet de afstand tot de rand die bepaalde hoe goed de cores worden maar meer de afstand tot het midden, waar het meest zuiveren materiaal zit.

Dat komt er nog bij, maar Puzzle Solver heeft ook gelijk: cores zijn rechthoekig en je kan er dus geen produceren aan de rand van de wafer (aangezien de wafer rond is). Daar heb je dus zowieso al verlies waardoor zelfs de theoretische yield geen 100% kan zijn.

Jij hebt het eerder over de effectieve yield en dan is het idd zo dat cores die van de buitenste regionen van de wafer komen een grotere kans hebben om uit te vallen.

[Verwijderd]

Het wafer materiaal is niet significant zuiverder naar het midden. Ook de meeste depositie methoden zijn niet zo gevoelige voor de locatie.
Maar simpele dingen als het spincoaten van resist e.d. worden wel minder nauwkeurig als je verder naar de rand komt.

[Verwijderd]

Het is goedkoper.

[Verwijderd]

Dat is ben ik bang niet (helemaal) waar. Ik neem aan dat de variable kosten per geproduceerde eenheid met een 300mm wafer lager zullen zijn, maar kostprijs per eenheid is niet enkel afhankelijk van deze kosten. Je moet ook het bouwen van de fabriek en de aanschaf of eigenlijk de afschrijvingen van je (specifieke) productie apparatuur er bij optellen en dan ook specifieke overhead kosten gelieerd aan het gebruik van de 300mm wafers. En het verschil (percentage) in uitval van eenheden (dit kan zowel positief als negatief uitpakken) per waffer en de kosten die hier mee verbonden zijn.

En als je al deze zaken in beschouwing hebt genomen dan kun je pas echt zeggen ofdat het goedkoper is of niet in vergelijking met kleine wafers.

[Verwijderd]

(sorry kan het niet laten hoor, deze typo is te grappig)

Stop jij je hond ook in de oven dan?

Waffer

[Verwijderd]

Als er grotere wafers gebruikt worden dan worden er relatief meer chips geproduceerd van de rand van een wafer. Heeft dit niet tot gevolg dat er relatief meer chips van een lagere kwaliteit geproduceerd gaan worden?

[MM]

Nee die wordt juist kleiner, ga maar na:

De omtrek van een cirkel (wafer) heeft een 1e graads vergelijking: 2(pi)r
De oppervlakte van een cirkel heeft een 2e graads vergelijking: (pi)r²

Als je een beetje wiskunde hebt gehad kun je concluderen dat de 2e formule wint en dat daarom de randverliezen relatief gezien kleiner worden. Absoluut worden ze natuurlijk groter want de eerste vergelijking is wel degelijk progressief.

[Verwijderd]

Maar door het gebruikte productieproces zijn de chips aan de buitenkant van de wafer van slechtere kwaliteit. Hoe verder naar buiten hoe lager de kwaliteit Dus mindere chips

Waarom eigenlijk geen vierkante wafers?

[Ralph Smeets]

Hoe groter de wafer, hoe slechter de kwaliteit is aan de binnenkant. Dit komt door het proces, genaamd zonnestralen, dat er gebruikt wordt om silicium staven te maken waaruit de wafers worden gezaagd.

In het kort houdt het in dat je de staaf aan een kant opwarmt en de warmte bron dan langzaam richting de andere kant brengt. Hierdoor worden alle vervuilingen richting een kant verplaatst. Dit gaat heel goed voor de buitenkant (dicht bij de warmtebron) maar een stuk slechter voor de binnenkant (ver van de warmtebron). Net zoals rosted beef van de binnenkant nog bloederig is, blijft er ook altijd wat vervuiling achter bij het zonnenstralen. Het uiteinde waar alle vervuiling naar toe is gebracht, wordt natuurlijk niet gebruikt.

[Krankenstein]

Dat heeft te maken met de manier waarop wafers geproduceerd worden. Ff snel gezocht:
http://www.tocera.co.jp/en/products/wafer/process.html

Hier staat hoe schijven van silicium worden gemaakt. Het zijn ronde cylinders waar wafers uit gezaagd worden.

[samvanbrussel]

Juist omdat alles bij optica rond is!
De kwaliteit hangt af (door verstrooiing) van de afstand van het middelpunt van de wafer, dus zal je zoveel mogelijk die's willen creeëren die binnen een bepaalde kwaliteitsgrens liggen en die is ook fysiek, nl de afstand tot het middelpunt.
Met een vierkant zouden de hoeken het slechtst zijn, maar nog steeds goed genoeg. Als de hoeken nog steeds goed genoeg zijn, kan je dus alles binnen de afstand tot die hoek gebruiken, gemeten van het middelpunt, en dat is nu juist een cirkel.

[Verwijderd]

Lijkt mij: meer produceren in minder tijd (massa productie) == goedkoper product.

Of dit nu te rechtvaardigen valt betwijfel ik aangezien er al 10.000 dies op een 300mm gaan...

edit:

was reactie op YellowCube
wat zijn we toch ook weer snel

[Schapie]

Maar meer dies op een wafer heeft ook weer een nadeel.
Als er iets mis is gegaan met de productie betekent dat er meer dies weg gegooid/als goedkoper model verkocht moeten worden.
Dus het kan goedkoper zijn maar als er net zoals bij intel pas een foutje zit in een chip zouden dat er nu anderhalf keer zoveel zijn met evenveel wafers maar een grotere productie capiciteit.

[Luxx]

bedenk je ook dat met de verkleiningen van productietechnologie ook al meer dies uit een wafer komen. Dus als je 45nm technologie toepast op 450mm wafers haal je globaal 8x zoveel dies uit een wafer als bij het huidige 90nm@300mmwafer...
Natuurlijk worden chips steeds complexer, en bevatten dies meer transistoren waardoor er weer steeds minder dies uit een wafer komen... ook dat moet je meenemen.. Kortom, er valt nog niet veel te zeggen over de "noodzaak" van 450mm dies

[Wim-Bart]

[off-topic]
Waarom maken we niet gewoon ronde cores van 200mm/300mm en straks 450mm? lekker veel cache op je cpu en veel registers.....

Zelfs multicore cpu's zijn dan mogelijk. Lijkt me wel wat, 1 wafer voorzien van een 1024 128-bit cores met een super level 1 en mega level 2 cache. Alleen een paar pinnetjes voor voeding en I/O en de PC uit 1 Wafer is geboren :-)
[still off-topic]

[JanWillem32]

Ja! meer dan tienduizend euro per composiete computer betalen (destijd waren dat computers met alle onderdelen op de core, zoals GPU, CPU, geheugens e.d.) - Dit idee werkte in het verleden al niet, simpelweg omdat je die dingen niet kan upgraden. Daarnaast is koeling een probleem met capacitators e.d. overal bovenop de core. Toch wel een leuk idee

[Fairy]

ronde cores? dan heb je dus 'slack space' tussen élke core zitten, ongebruikte ruimte en dat is pas verspilling.

[Verwijderd]

Het grote voordeel van 300 mm ten opzichte van 200 mm is het veel grotere aantal dies per wafer. Een wafer een groot aantal keren belicht moet worden (de gemiddelde processor bestaat uit een laag of 30). Na iedere laag moet de wafer geprocessed worden (etsen, baken, etc). Dit gaat echter per wafer, niet per die. Dus, je processed in 1 keer een hoop dies meer. Belichten gaat per die, dus daar zit het verschil tussen 200 en 300 mm niet in.

Overigens, een gemiddelde 300 mm wafer bevat zo'n 100 dies en niet 10.000, zoals het artikel meldt.

[Verwijderd]

Precies. In weze krijg je het extra oppervlakte van de grote wafer gratis. MITS de apparatuur niet wezenlijk anders wordt.

Voor een groot deel van de apparatuur maakt het inderdaad niet zo erg veel uit, en is een grotere wafer prettig.
Maar gezien de 300mm wafer toch niet zo erg snel is doorgebroken, lijkt er toch ergens een bottleneck te zitten die de oppervlakte winst financieel teniet zit te doen. Ik vermoed dat het probleem bij de belichting zit...

[The Jester]

Wat ik mij afvraag is hoe je met 450mm in godsnaam acceptabele yields moet realiseren.
Nu al zijn de processors die uit de buitenste schil komen dermate brak, dat als low-end de markt op worden gegooid.
Bij een wafer van 1,5 keer de diameter wordt dat probleem alleen maar groter.