Výroba polovodičů
Bez TRUMPF žádná UI. Naše řešení s lasery a plazmou jsou podstatou moderní výroby polovodičů. Od EUV litografie až po Advanced Packaging: Naše technologie se používají všude tam, kde vzniká budoucnost. Ať se jedná o povlakování, osvětlování nebo leptání – kdo chce inovaci a pokrok, neobejde se bez TRUMPF. Při tom myslíme dále: Naše řešení umožňují nejenom nejvyšší výkon, nýbrž také procesy šetrné ke zdrojům. Společně s předními technologickými partnery vyvíjíme inovace, které pozmění celé obory.
Polovodiče bez TRUMPF? Nepředstavitelné.
Inovace začínají s lidmi. Neboť základem každého pokroku jsou nápady, náruživost a odvaha. Pomáháme při výrobě nové generace čipů. TRUMPF činí výrobu polovodičů rychlejší, trvale udržitelnější a výkonnější. Pro výrobce, kteří chtějí konstruovat špičkové čipy, je TRUMPF nejenom dodavatelem – jsme strategickým partnerem.
Jak společnost TRUMPF pohání kupředu výrobu polovodičů
Naše technologie zajišťují nejvyšší disponibilitu ve všech podstatných procesních krocích. Tím společnost TRUMPF uvádí výrobu polovodičů na vyšší úroveň – rychlejší, efektivnější a trvale udržitelnější.
1. Ingot Slicing
Z křemíkového krystalu se řežou velmi tenké plátky. S laserem to výrobci čipů mohou u materiálu provést zvláště šetrně.
2. Bare Wafer
Na holou křemíkovou destičku se nanášejí všechny struktury polovodičových čipů.
3. Deposition
Na destičku se nanese velmi tenká vrstva materiálu, např. z izolátorů nebo vodičů. Je základem pro tranzistory a spoje.
4. TGV/Via Drilling
Laserové paprsky vrtají nepatrná kontaktování (Vias) skrz izolační a polovodičové vrstvy. Umožňují např. vertikální spoje u úrovní zapojení v 3D čipech.
5. Photoresist coating
Na destičku se nanese vrstva laku citlivá na světlo, aby bylo možné určité oblasti cíleně osvětlovat a zpracovávat.
6. EUV litografie
Světlo je prostřednictvím obrazovky promítáno na lak, vytváří nepatrné vzory struktur a předurčuje tím pozdější spínací okruhy.
7. Etching
Uvolněné oblasti jsou chemicky nebo fyzikálně odleptány a vznikají drážky, kontaktování skrz materiál a vodivé dráhy.
8. Ion Implant
Cizí atomy jsou s vysokou rychlostí vneseny do křemíku (dotovány). To změní elektrickou vlastnost a tranzistory mohou spínat.
9. Chemical Mechanical Polishing (CMP)
Povrch destičky je chemicko-mechanicky uhlazen. To umožňuje vícevrstvou strukturu u zvláště pokročilých čipů.
10. Wafer Dicing
Destička je oddělována do takzvaných dies. Z každé die je později jeden samostatný mikročip. Dies jsou zvláště precizně vytvářeny pomocí laseru nebo plazmy.
11. Testing
Každý čip je elektricky kontrolován – nejdříve funkčně, později také pod zatížením a teplotou.
Naše produkty pro výrobu polovodičů
Naše lasery a aplikace plazmy jsou používány ve všech podstatných výrobních krocích výroby čipů.
Nyní se dozvědět více o používání laseru!
Před, po a během téměř každého jednotlivého výrobního kroku ve výrobě čipů může být přínosem laserová technologie. Každý výrobce polovodičů a další zpracovatel má svůj vlastní procesní řetězec, ve kterém může na různých místech používat laser.
Jak společnost TRUMPF utváří průmysl polovodičů
Jak vysoce výkonné lasery od společnosti TRUMPF umožňují EUV litografii.
Naše globální partnerství
Nové generace čipů mají spotřebovat tak málo energie jak je možné. Také samotné čipy mají být pokud možno vyráběny energeticky úsporně a zařízení mají být v chodu 24 hodin denně 365 dní v roce. Společnost TRUMPF splňuje tento požadavek, tím že všechny relevantní dodavatele poskytující vybavení do továren na čipy podporuje při jejich řešení výroby. Jako přední inovátor poskytujeme řešení s elektronikou a lasery pro větší efektivitu a udržitelnost při výrobě mikročipů. Již po mnoho desetiletí společnost TRUMPF udržuje úzká partnerství s předními dodavateli průmyslu polovodičů v Asii, USA a Evropě. Tato důvěryhodná a úzká spolupráce nám umožňuje vyvíjet inovativní řešení, která splňují vysoké nároky našich zákazníků.
Příkladem úspěšné spolupráce je dlouholetá a intenzivní spolupráce s ASML, na celém světě největším výrobcem litografických systémů. Společnost TRUMPF dodává vysoce výkonné lasery pro technologii EUV a tím hlavní technologii pro výrobu nejvýkonnějších mikročipů světa. Také při výrobě křemíkových destiček generátory TRUMPF spolehlivě a precizně dodávají energii pro procesy povlakování a leptání. Laserová technologie od společnosti TRUMPF se používá v mnoha aplikacích, třeba při kontrole kvality fotomasek a nejmenších struktur čipů.
Svět superlativů
Jako firma s vyspělou technologií aktivně spoluutváříme budoucnost průmyslu polovodičů a našimi inovacemi směrodatně přispíváme k digitální revoluci. K dalším krokům patří vývoj ještě efektivnějších řešení výroby a vytváření partnerství, aby se meze technologie posouvaly dále.
Get inspired! Semicon - news, TRUMPF ‑ updates, technika ‑ insight
Chcete se dozvědět více?
Tak si zde stáhněte zajímavé odborné články a whitepaper ze světa výroby polovodičů nebo nás kontaktujte.
Co jste již dříve chtěli vědět...
Polovodič je materiál, jehož elektrická vodivost se nachází mezi elektrickou vodivostí vodiče (např. měď) a izolátoru (např. sklo). Typické materiály polovodičů jsou křemík nebo germánium. Elektrickou vodivost lze cíleně změnit dotováním (vnesením cizích atomů) a vnějšími vlivy jako teplota nebo světlo. Díky tomu jsou polovodiče ideálně vhodné pro elektronické konstrukční prvky jako tranzistory, diody a integrované spínací okruhy. Obor polovodičů se silně rozrůstá, poháněn Data Warehouses, UI a miniaturizací. Trend přechází ke stále výkonnějším a zároveň menším polovodičům. Experti nazývají tento vývoj Nanometer Race. Laserové a plazmové technologie od TRUMPF jsou zásadní pro procesy jako EUV litografie, povlakování, osvětlování a leptání. Bez těchto technologií by nebyla možná výroba nejnovější generace čipů.
Tranzistor je elektronický konstrukční prvek, který slouží jako spínač nebo zesilovač pro elektrické signály. Je hlavní částí moderní mikroelektroniky a tvoří základ pro procesory, paměťové čipy a téměř všechny digitální přístroje. Více tranzistorů v jednom čipu je souznačné s vyšším výpočetním výkonem.
Jeden polovodič zpravidla projde několika sty, někdy i více než tisícem kroků výroby. Trvá měsíce ho vyrobit. Velmi zjednodušeně lze proces výroby polovodičů popsat v deseti krocích:
1. Výroba začíná s destičkou, která je tažena z velmi čistého křemíku a nařeže se na tenké plátky.
2. Destička se vyleští, aby byl pro následné procesy vytvořen absolutně hladký povrch.
3. V litografii se nanese vrstva citlivá na světlo (fotorezistentní), která později předurčuje strukturu spínacích okruhů.
4. Pomocí extrémně precizních postupů osvětlování jako EUV litografie jsou nepatrné vzory promítány na destičku.
5. Následně jsou osvětlené oblasti podrobeny chemickému vývoji, a tím jsou požadované struktury viditelné.
6. Pomocí procesů leptání (např. plazmové leptání) jsou odstraněny vrstvy materiálu kvůli formování vodivých drah a tranzistorů.
7. Potom následují procesy dotování, při kterých jsou vneseny cizí atomy kvůli změně elektrických vlastností křemíku.
8. Poté je naneseno více vrstev kovů a izolátorů k vytvoření komplexních spojů mezi tranzistory.
9. Po stovkách takových kroků je destička testována a rozřezána na jednotlivé čipy (dies) – tento postup se nazývá Wafer Dicing.
10. Nakonec jsou čipy zabaleny (Packaging), zkontrolovány a schváleny pro používání v přístrojích jako smartphony, počítače nebo auta.
1. Informační a komunikační technologie
Polovodiče řídí výpočetní procesy v počítačích, serverech a smartphonech. Jsou nepostradatelné pro digitální komunikaci, cloud computing a internet věcí (IoT).
2. Umělá inteligence a výpočetní střediska
Výkonné čipy umožňují zpracování obrovského množství dat pro aplikace UI a big-data analýzy.
3. Automobilový průmysl
Ve vozidlech jsou polovodiče podstatné pro asistenční systémy řidiče, E-mobilitu, infotainment a autonomní jízdu.
4. Lékařská technika
Umožňují precizní zobrazování, diagnostické systémy a dokonce implantovatelné přístroje.
5. Průmysl a automatizace
Polovodiče pohánějí senzory, řízení a robotiku v průmyslové výrobě.
Aplikace UI potřebují enormní výpočetní výkon. Čím výkonnější jsou čipy, tím rychleji a efektivněji lze trénovat a používat modely UI. Pokrok v technologii polovodičů tím směrodatně pohání kupředu vývoj UI. Pro výrobu nejvýkonnějších čipů se používá technologie TRUMPF jako třeba EUV.
Čipy UI jsou speciálně vyvinuté procesory, které přímo na čipu provádějí kompelxní algoritmy pro strojní učení a umělou inteligenci. Od klasických procesorů se liší svou schopností paralelně zpracovávat velká množství dat.
Čipy UI vznikají ve vysoce komplexním výrobním procesu, který klasické technologie polovodičů kombinuje s inovativními postupy Packaging. Nejdříve se vyrobí vlastní výpočtová jádra, většinou na bázi křemíku, v nanometrových strukturách.
Čipy musí být extrémně výkonné a energeticky efektivní kvůli zpracování velkého množství dat v reálném čase. Proto výrobci stále více sázejí na Advanced Packaging. Při tom je více čipů kombinováno na takzvaných Interposer, které slouží jako spojovací vrstva.
Zatímco křemíkové Interposer byly dlouho standardem, v oblasti velikosti a nákladů již dosahují svých mezí. Řešení: Skleněné Interposer. Sklo je cenově příznivější, lze ho zpracovávat ve velkých panelech a umožňuje komplexní pakety čipů pro systémy UI. K vytvoření elektrických spojů mezi vrstvami, je nutné do skla vyvrtat miliony nepatrných otvorů, takzvané Through Glass Vias (TGV). Také zde se používá laserová technika od společnosti TRUMPF.
Moorův zákon stanovuje, že se počet tranzistorů na jednom mikročipu zdvojnásobí každé dva roky, zatímco náklady na výpočetní operaci se sníží. Tím se kontinuálně zvyšuje výkonnost čipů, aniž by se zvětšovala jejich velikost. Pro pokračování miniaturizace se používají technologie jako EUV litografie a nové architektury čipů (např. 3D struktury). Zákon byl formulován v roce 1965 Gordonem Moorem, spoluzakladatelem Intelu. Není to přírodní zákon, nýbrž výsledek pozorování, který uvádí rychlost inovace v oboru.
1. Miniaturizace a preciznost
Obor je pod velkým tlakem kvůli vyrábění stále menších struktur v oblasti nanometrů. EUV litografie a plazmové generátory musí pracovat extrémně precizně kvůli vytváření 3D struktur na křemíkových destičkách. I nejmenší odchylky vedou ke zmetkovitosti a vysokým nákladům. Kontrola kvality (metrologie) je stále komplexnější, protože tolerance jsou v oblasti nanometrů.
2. Spotřeba energie a udržitelnost
Energetická efektivita je rozhodující ke snížení provozních nákladů a k dosažení cílů trvalé udržitelnosti. Plazmové generátory a laserová zařízení proto musí pracovat pokud možno energeticky efektivně.
3. Dodací řetězce a zajišťování jakosti
Celý dodací řetězec musí zaručit bezchybnou kvalitu. Slabá místa u dodavatelů mohou ohrozit výrobu. Společnost TRUMPF požaduje od partnerů a dodavatelů přísné standardy kvality.
4. Disponibilita výrobních zařízení
Výroba polovodičů je silně soustředěna v Asii. Dodavatelé poskytující vybavení musí výrobcům čipů na celém světě dodávat v nejvyšší servisní kvalitě, aby se zabránilo dobám výpadku. Společnost TRUMPF proto investuje do regionálních servisních středisek a technických středisek, například na Tchaj-wanu.
Litografie je centrální proces ve výrobě polovodičů, při kterém jsou struktury pro elektronická zapojení přenášeny na křemíkovou destičku. Při tom speciální nanášecí přístroj nanáší na destičku vrstvu citlivou na světlo (fotorezistentní). Následně litografický systém osvětlí požadované vzory pomocí světla a podrobí je chemickému vývoji. Tyto struktury tvoří základ pro tranzistory a jiné konstrukční prvky na čipu. Nejpokrokovější technologie v této oblasti je EUV litografie. Využívá extrémně krátkovlnné světlo k vytváření jemných nanometrových struktur. Bez EUV litografie nelze vyrobit nejvýkonnější mikročipy. Je rozhodující pro uplatnění Moorova zákona, který stanovuje zdvojnásobení počtu tranzistorů každé dva roky.
Destička je výchozí bází pro výrobu mikročipů. Sestává z velmi čistého křemíku, ze kterého je nejdříve tažen monokrystal a následně je nařezán na tenké plátky. Tyto plátky jsou vyleštěny, aby byl vytvořen absolutně hladký povrch. Na destičce pomocí litografie, osvětlování, procesů leptání a dotování vznikají struktury spínacích okruhů. Po stovkách procesních kroků je destička testována a rozřezána na jednotlivé čipy („dies“).
Wafer Dicing označuje oddělování polovodičových čipů z jedné destičky. To je centrální krok v Back-end procesního řetězce polovodičů.
Mechanická pila, Stealth Dicing, ablativní Laser Dicing a Plasma Dicing.
Plazmové leptání je postup, při kterém je pomocí ionizovaného plynu (plazma) odstraněn materiál z povrchu destičky nebo je strukturován. Tento proces je základní pro precizní strukturu čipu.
Přístroj, který dodává vysokofrekvenční elektrickou energii k vytváření a ovládání plazmy.
Through Glass Vias (TGV) jsou nepatrná, vodivá kontaktování skrz sklo, která umožňují elektrické spoje mezi různými vrstvami Chip Package. Jsou rozhodující pro vysoce výkonné aplikace, protože zkracují dráhy signálů a minimalizují ztráty energie.
Výroba polovodičů potřebuje hodně energie. Firmy vyrábějící polovodiče však mohou svou CO₂ stopu značně snížit, tím že vsadí na energeticky efektivní technologie a oběhové hospodářství, technologie od TRUMPF zde má klíčovou úlohu. Udržitelnost je pro společnost TRUMPF jako rodinnou firmu součástí její DNA. Proto u technologií zaměřených na budoucnost jako je EUV litografie klademe největší důraz na efektivní a úsporné používání materiálu.
