Intel, Samsung en TSMC stappen in 2012 over naar 450mm-wafers

Intel, Samsung en TSMC hebben deze week bekendgemaakt dat de bedrijven een tijdlijn hebben afgesproken wanneer gestart wordt met de overstap naar 450mm-wafertechnologie. De grotere wafers moeten zorgen voor goedkopere chips.

De drie bedrijven, behorend tot ’s werelds grootste chipfabrikanten, hebben ervoor gekozen om in 2012 te beginnen met het omzetten van de productie van 300mm-wafers naar 450mm-wafers. Dit heeft indirect ook tot gevolg dat andere chipfabrikanten eveneens rond deze periode moeten overstappen, als ze gebruik willen blijven maken van de nieuwste technieken. Het is namelijk de verwachting dat de fabrikanten van apparatuur voor het bakken van chips niet zullen blijven investeren in het ontwikkelen van nieuwe 300mm-apparatuur, aldus Ars Technica.

De overstap van 300mm naar 450mm heeft potentieel een aantal grote voordelen. Doordat het oppervlak van de wafers ruim verdubbelt, kunnen er meer dan tweemaal zoveel chips uit een enkele wafer gezaagd worden, hetgeen resulteert in lagere productiekosten. Daarnaast zijn de grotere wafers beter voor milieu, omdat er gemiddeld minder energie, water en andere grondstoffen nodig zijn voor de productie van een chip.

De overstap van 300mm-wafers naar 450mm-wafers in 2012 is historisch gezien geen verrassing. Gemiddeld worden elke tien jaar de wafers groter gemaakt. In 1991 werd begonnen met 200mm-wafers, de eerste 300mm-wafers zagen in 2001 het daglicht. Hiermee komt de overstap naar 450mm elf jaar na de vorige overgang.

Reacties (42)

[dinoballz]

Waarom hebben ze in eerste instantie dan gekozen voor 200mm? Waarom zijn ze vroeger niet begonnen met 500mm wafers bijvoorbeeld?

[thunderbird2k]

Het is veel lastiger machines voor grote wafers te maken. De machines moeten nauwkeurigheden van enkele nanometers halen, er moet gecompenseerd worden voor de kromming van de wafer, het etsen van grotere wafers is lastiger (sommige delen van de wafer etsen beter dan andere) enzovoort. Het is heel lastig. Daarom betwijfel ik ook of het de investering wel waard is aangezien het echt een flinke berg werk is.

[Thomix]

Zeker is dat het wel waard: in de IC industrie betaal je per operatie stap en één stap behandelt een hele wafer. Met andere woorden, als je de wafer anderhalf keer zo groot maakt haal je voor dezelfde kosten (na aftrek investeringen) 2.25x zoveel chips = geld!

Het grootste probleem bij het opschalen van wafergrootte is het belichten van de wafer (om de photoresist laag, de beschermlaag bij etsen uit te harden): 45 nm is tamelijk ruk om dingen mee te doen. Extreem UV licht wordt door pretty much alles geabsorbeerd (ook lucht en glas) en grotere 'lenzen' zijn absurd veel duurder.

[thunderbird2k]

Een grotere lens heb je hier gelukkig niet voor nodig aangezien je toch nooit de hele wafer belicht met je master. Het belichten is een probleem, deponeren van lagen (je krijgt nooit goed een uniforme laag over de hele wafer), hetzelfde probleem als bij het deponeren van lagen heb je bij technieken als reactive ion etching (botweg de wafer bombarderen met ionen).

Natuurlijk krijg je uiteindelijk veel meer chips, maar de extra investeringen zijn groot en daarnaast wordt het ook voor elke chipgeneratie veel ordes lastiger. Persoonlijk vind ik het overschakelen naar grotere wafers erg riskant zeker aangezien ze in 2012 al ergens rond 25nm of kleiner willen zitten alleen dat al is moeilijk zat.

[SCRAP]

Ze hebben niet in eerste instantie gekozen voor 200mm. Er staat duidelijk in het bericht dat ze in 1991 overgingen naar 200mm, en aangezien er al vanaf de jaren 60 IC worden gefabriceerd, zullen de wafers aanvankelijk wel kleiner dan 200mm zijn geweest.

Na wat Googlen kwam ik deze timeline tegen, wat de informatie uit het bericht overigens tegenspreekt. MEMC produceert al vanaf 1991 300mm wafers. De 200mm wafer productie ging in samenwerking met IBM al in 1984 van start! Tweakers.net zit er dus naast. De eerste wafers van MEMC uit 1959 waren overigens maar 19mm... Nou ja, check zelf maar.

MEMC Firsts

1959 MEMC was the first merchant manufacturer of silicon wafers. First silicon wafer in mass production: 19mm.
1962 MEMC was the first to develop chemical-mechanical polishing for the semiconductor industry.
1966 MEMC discovers readily observable faceted growth lines are real-time indicators of dislocation free crystal in Czochralski Si growth.
1975 First to commercially produce 100mm wafers.
1979 First wafer supplier to control oxygen.
1979 First to commercially produce 125mm wafers.
1981 First to commercially produce 150mm wafers.
1982 MEMC pioneered epi wafers for CMOS applications.
1983 First ozonated DI water for wafer cleaning.
1983 First non-Japanese Silicon Manufacturer to build in Japan.
1984 MEMC was the first to commercialize 200mm wafers in partnership with IBM.
1985 First to develop polysilicon gettering.
1991 MEMC begins commercial production of 300mm wafers.
1991 MEMC developed the first process using granular polysilicon.
1995 MEMC trades on the New York Stock Exchange as an Initial Public Offering (IPO) under the stock symbol "WFR."
1999 MEMC developed MDZ®, a breakthrough thermal processing technique in the mid 90's and was granted the first patent on this technology in 1999. MEMC developed the first defect-free silicon wafer and was granted the first patent on this technology in 1999. This is now marketed as the OPTIAª product line.
1999 Perfect SiliconTM brand wafers are yet another breakthrough in silicon technology by eliminating crystal defects at the wafer surface and throughout the wafer bulk.
2001 Texas Pacific Group purchases MEMC from E.ON AG.
2005 TPG Wafer Holdings LLC, completes the sale(s) of 85,000,000 shares of common stock. TPG's beneficial ownership of the company's common stock is reduced from 63% to approximately 25%.
2005 MEMC becomes the world's first company to produce 300mm wafers in Taiwan.

[aap]

De 300 mm wafers mogen dan misschien al sinds 1991 gemaakt zijn, de lithografiemachines die deze grootte aankonden kwamen toch echt pas eind jaren negentig in produktie.

Ik weet niet waar die 300 mm wafers in de jaren 90 voor waren, maar in ieder geval niet voor massaproduktie.

(De ASML Twinscan werd in 2000 gepresenteerd; de eerste ASML 300 mm machine was niet veel eerder marktrijp.)

[Reactie gewijzigd door aap op 23 juli 2024 15:27]

[Pe Nis]

Intel, Samsung en TSMC mogen dit wel willen, echter de overstap naar 450mm en tegelijkertijd EUV technology levert kosten per machine van honderden miljoenen PER STUK. En overigens worden de huidige wafers slechts belicht door 26x33 mm gebieden per keer. De lens slit is nog kleiner.

[Auredium]

Grotere wafers lijkt me een logische keus. Tuurlijk als een wafer helemaal 'stuk' gaat verlies je meer dan een kleine wafer, dat lijkt me logisch. maar ik denk niet dat de uitval van wafers als geheel zo groot is dat het de productiewinst teniet doet. (en schijnbaar Intel, Samsung en TSMC ook niet)
Ik denk dat het milieu een minder belangrijke rol speelt in de beslissing van de drie bedirjven.

Ik denk ook dat de honger van chips goed symboliseerd hoe snel de technologie groeit. Zolang de mens controle over deze groei heeft lijkt me dat niet een enorm probleem voor de toekomst.

[Olaf van der Spek]

Grotere wafers lijkt me een logische keus.

Maar waarom dan geen 600? Of nog hoger?

[0rbit]

Dat maakt het belichten steeds moeilijker. Dat bepalen de wetten van de optica. Iedere fotocamera produceert optimale scherpte rond het midden van het beeld. In de praktijk kan de optische as enkele tientallen tot honderden pixels afwijken van het midden van de sensor. Dat is vervelend voor computer vision toepassingen maar dus ook bij het belichten van wafers. De chips aan de rand zijn dan minder "scherp" en dan sluipen er vaker foutjes in en de maximale kloksnelheid van chips aan de rand is over het algmeen lager dan die van die in het midden.

[freaq]

beweeg je tch gewoon de wafer oof de optiche zooi erboven
dan is het altijd in het midden.
ik heb die verjlaring vaker gehoord maar ik vindt hem raar.

logischer lijkt me dat ze niet staven van die dikete kunnen maken zonder kwaliteit op te offeren van het silicon. al weet ik ook niet of dat waar is.

[knirfie244]

Je hebt gelijk, het heeft meer met de productie en handling van de wafers te maken.

Het bewegen van het masker gebeurt al lang. Een masker bevat maar het patroon voor aantal IC's, deze wordt dan op meerdere plaatsen op de wafer gezet...

Simpel uitgelegf worden wafers gemaakt door het silicium te smelten, dit wordt dan in een bad gegooid. Hier laten ze een stukje kristal aan een ketting in zakken, en deze trekken ze zeer langzaam weer uit het bad. Het gesmolten Silicium stolt rondom het kristal en doordat deze langzaam uit het bad getrokken wordt vormt zich een staaf. Deze staaf, met een doorsnee van 30 inch een een lengte tot 1,5 meter wordt daarna in plakken gezaagd. Na nog wat handelingen zijn dit kale wafers.

Bij 30" heb je een staaf silicium van +/- 250 kilo, bij 45" wordt dit meer dan het dubbele: 550 kilo!!! Hoewel dit allemaal machinaal gaat is dit natuurlijk moeilijker te hanteren. Daarnaast kunnen er ook meer problemen ontstaan bij het groeiprocess, zoals haarlijnbreuken, of onzuiverheden...

[Reactie gewijzigd door knirfie244 op 23 juli 2024 15:27]

[NoepZor]

Het zijn trouwens geen inches maar centimeters (in de tekst millimeters). Verder wel een goede vooruitgang, met een 50% grotere doorsnede een dubbel oppervlak terug krijgen. Daarnaast lijkt me dat er minder verliezen zijn omdat de omtrek groter is en daardoor meer chips aan de randen kunnen worden geplaatst zonder dat er een stuk weg zou vallen door de buiging.

[OddesE]

Die beweging veroorzaakt ook weer afwijkingen. Als je bedenkt hoe klein de details op een chip zijn is het eigenlijk een wonder dat het überhaupt werkt.

[Teigetje!]

Zo gebeurdt het anders nu wel, de wafer beweegt. Maar de redenering gaat nog steeds op mbt die scherpte. Eigenlijk is er maar 1 oneindig klein punt (brandpunt) onder de lens scherp. Hoe verder je van dat punt komt hoe onscherper hij wordt. Dat effect treed ook op als je maar 20nm van dat brandpunt verwijderd zit. En met de grootte van de schakelingen op huidige chips speelt dat effect al wel een rol.

[aap]

De wafer wordt echt niet in zijn geheel belicht, maar in honderden stapjes. Voor de optica maakt het dus echt niets uit.

Het probleem zit het hem er waarschijnlijk vooral in dat het moeilijk is een wafer te maken die voldoende vlak is over zijn gehele diameter. Verder zijn er gewoon de praktische overwegingen dat grote stukken materiaal lastiger te behandelen en transporteren zijn.

[drZymo]

Om nog maar even duidelijk te maken. De wafer wordt niet meer in 1 keer belicht. Het apparaat heet niet voor niets een wafer stepper ;):

When the wafer is processed in the stepper, the pattern on the reticle (which may contain a number of individual chip patterns) is exposed repeatedly across the surface of the wafer in a grid. The stepper gets its name from the fact that it moves or "steps" the wafer from one shot location to another. This is accomplished by moving the wafer back and forth and left and right under the lens of the stepper. Previous generations of photolithographic equipment used to expose the entire wafer at once: a stepper, working on a limited area, is capable of higher resolution.
(bron: http://en.wikipedia.org/wiki/Stepper)

[Reactie gewijzigd door drZymo op 23 juli 2024 15:27]

[FreezeXJ]

Hoho, dit is de diameter van de plak silicium waarop je chipjes etst, niet de grootte van je details op die chip (die inmiddels op 45nm tot 90nm zit)

Groter is wel lastiger fabriceren, omdat je je Si-kristal nog veel groter moet laten groeien zonder breuklijnen, fouten en ander ongemak. An sich netjes dat ze dit voor elkaar gekregen hebben (is nog altijd een kristal van pak-em-beet een halve meter diameter en een lengte van 1 tot 1.5 meter... oef!)

[stereohead]

lengte van 1 tot 1.5 meter? bedoel je de omtrek?

[FreezeXJ]

nee, echt de lengte

While the largest silicon ingots produced today are 400 mm in diameter and 1 to 2 metres in length, 200 mm and 300 mm diameter crystals are standard industrial processes. Thin silicon wafers are cut from these ingots (typically about 0.2 - 0.75 mm thick) and can be polished to a very high flatness for making integrated circuits, or textured for making solar cells.

bron

[BruT@LysT]

hey beetje offtopic maar hier valt me ineens iets aparts op. Ik zie "Ingot" staan, ik dacht altijd dat het "Ignot" was. In "Lord of the Rings online" benoemen ze staven Zilver, Goud, etc ook als Ignot's.
Als ik op Google kijk zie ik telkens ignot en ingot door elkaar. Wat is nou de juiste benaming eignelijk en waarom wordt dit door elkaar heen gebruikt? kan dan alleen nog bedenken dat een staaf zoals Silicium een ingot genoemd wordt, en een gegoten trapezium vormige blok een ignot. Of dat het een taalverschil is met engels en amerikaans oid. Ik ben even de kluts kwijt!, help!

[Reactie gewijzigd door BruT@LysT op 23 juli 2024 15:27]

[RedPixel]

Ingot is het goede woord, Ignot lijkt mij een ingeburgerde typfout op sommige sites...

Voor info over Ingots verwijs ik graag even naar wikipedia http://en.wikipedia.org/wiki/Ingot

[Reactie gewijzigd door RedPixel op 23 juli 2024 15:27]

[Pruts0r]

Het is Ingot ook in de UK.

[bigbadbull]

even een betrouwbaardere bron dan wiki geraadpleegd, ik zou een ignot artikel kunnen aanmaken tot een purist het ziet.;)

dus maar een UK & US woordenboek geraadpleegd (oxfords & Websters)
beide vinden ignot niet ! lijkt mij dus een duidelijke zaak.

http://www.askoxford.com/concise_oed/ingot?view=uk
ingot
• noun a rectangular block of steel, gold, or other metal.

— ORIGIN originally denoting a mould: perhaps from an Old English word meaning pour, cast.

[YopY]

De platen / wafers worden gezaagd van een grote cylinder siliciumkristal. Was laatst op televisie (how it's made ofzo), was wel interresant om te zien.

[de_nille]

je krijgt ongeveer 2,22 keer meer oppervlakte uit je wafer => 2,22 keer zoveel profijt
maar ik dacht dat het retolen van je fab zo extreem duur was dat je helemaal geen winst kreeg ten opzichte van de oppervlakte vergroting Zoals iemand aanhaalde met die belichting etc. Die toestellen zijn allemaal pokke pokke duur en voor grote oppervlaktes worden ze er zeker niet goedkoper op.

Volgens mij gaat dit enkel gebruikt worden als men van plan is een nieuwe fab te maken. Het upgraden van een bestaande fab naar deze wafers is veel en veel te duur.
Natuurlijk is het een goede evolutie maar het lijkt me geen optie om een bestaande fab te retoolen zodat het kan omgaan met deze wafers.

[knirfie244]

De machines moeten op gegeven moment toch vervangen worden als er naar nieuwe technieken of een kleiner procede overgestapt wordt. Daarnaast worden er ook nog altijd nieuwe fabs bijgebouwd...

[the squaler1]

het gaat toch om het oppervlak van de wafer.
Waar ze de chips uit halen

[Jackybeer]

Gezien de 3 grootste wafer makers bekend hebben gemaakt om over te stappen op 450mm-wafertechnologie, ben ik benieuwd of de kleinere leveranciers ook zullen overstappen, gezien ze toen twijfelden van het nut ervan. Zie: nieuws: Industrie twijfelt over nut 450mm-wafers

edit: typo

[Reactie gewijzigd door Jackybeer op 23 juli 2024 15:27]

[pasz]

Vraag me af of dit logisch is. De mask-less lithography neigt meer naar 150 mm

[Reactie gewijzigd door pasz op 23 juli 2024 15:27]

[ILT]

Daarnaast zijn de grotere wafers beter voor milieu, omdat er gemiddeld minder energie, water en andere grondstoffen nodig zijn voor de productie van een chip.

Wat na "omdat" staat is geen reden te concluderen dat "grotere wafers beter voor milieu" zijn aangezien milieu een subjectieve term is. De vraag is dus: voor wiens milieu?

[Shark.Bait]

Ik weet dat Nikon met intel samenwerkt in de design van de steppers die nikon uiteindelijk bouwt, ik vraag me af of de anderen ook nikon gebruiken...

[Pe Nis]

Steppers, ja leuk, vooral voor lens heating induced aberrations. Have fun.

[knirfie244]

Dit heeft indirect ook tot gevolg dat andere chipfabrikanten eveneens rond deze periode moeten overstappen, als ze gebruik willen blijven maken van de nieuwste technieken. Het is namelijk de verwachting dat de fabrikanten van apparatuur voor het bakken van chips niet zullen blijven investeren in het ontwikkelen van nieuwe 300mm-apparatuur, aldus Ars Technica.

Lijkt me een zeer rare conclusie. De grootte van de wafer is maar een zeer klein aspect van de ontwikkeling die er in nieuwe machines gaat zitten. Als er machines met de nieuwste technieken voor 45mm wafers gemaakt worden, dan kan er heel goedkoop en snel ook machines voor 30mm wafers ontworpen worden met diezelfde nieuwe technieken.