Halfgeleiderproductie
Zonder TRUMPF geen AI. Onze laser- en plasmaoplossingen vormen de ruggengraat van de moderne halfgeleiderproductie. Van de EUV-lithografie tot Advanced Packaging: onze technologieën worden overal toegepast waar de toekomst wordt bepaald. Of het nu gaat om coaten, belichten of etsen: wie innovatie en vooruitgang wil, kan niet om TRUMPF heen. Wij denken verder: onze oplossingen maken niet alleen topprestaties, maar ook grondstofbesparende processen mogelijk. Samen met toonaangevende technologiepartners ontwikkelen wij innovaties die volledige sectoren veranderen.
Halfgeleiders zonder TRUMPF? Ondenkbaar.
Innovaties beginnen bij mensen. Want achter elke vooruitgang schuilen ideeën, passie en moed. Wij helpen om een nieuwe generatie chips te produceren. TRUMPF zorgt voor een snellere, duurzamere en efficiëntere productie van halfgeleiders. Voor fabrikanten die topchips willen bouwen, is TRUMPF niet alleen een leverancier, maar vooral een strategische partner.
Hoe TRUMPF de halfgeleiderproductie stimuleert
Onze technologieën zorgen voor een maximale beschikbaarheid in alle belangrijke processtappen. Hiermee tilt TRUMPF de halfgeleiderproductie naar een hoger niveau: sneller, efficiënter en duurzamer.
1. Ingot Slicing
Uit het siliciumkristal worden flinterdunne schijfjes gesneden. Met de laser kunnen chipfabrikanten dit bijzonder materiaalvriendelijk uitvoeren.
2. Bare Wafer
Alle structuren van de halfgeleiderchips worden op het blanke siliciumschijfje aangebracht.
3. Deposition
Een dunne laag materiaal, bijvoorbeeld isolatoren of geleiders, wordt op de wafer aangebracht. Die vormt de basis voor transistors en verbindingen.
4. TGV/Via Drilling
Laserstralen boren minuscule doorvoergaten (vias) in isolatie- en halfgeleiderlagen. Ze maken bijvoorbeeld verticale verbindingen tussen schakelingsniveaus in 3D-chips mogelijk.
5. Photoresist coating
De wafer wordt bedekt met een lichtgevoelige laklaag, zodat bepaalde delen gericht kunnen worden belicht en bewerkt.
6. EUV-lithografie
Licht wordt door een masker op de lak geprojecteerd, zorgt voor minuscule structuurpatronen en tekent zo de latere schakelcircuits voor.
7. Etching
De blootgelegde delen worden chemisch of fysisch weggeëtst, waardoor sleuven, doorvoergaten en geleiderbanen in het materiaal ontstaan.
8. Ion Implant
Vreemde atomen worden aan hoge snelheid in het silicium ingebracht (gedoteerd). Dit verandert de elektrische eigenschappen en de transistors kunnen schakelen.
9. Chemical Mechanical Polishing (CMP)
Het oppervlak van de wafer wordt chemisch-mechanisch gladgemaakt. Dit maakt een meerlaagse structuur bij bijzonder geavanceerde chips mogelijk.
10. Wafer Dicing
De wafer wordt in zogenaamde dies gescheiden. Elke die wordt later een eigen microchip. Dit kan bijzonder nauwkeurig worden uitgevoerd met behulp van een laser of plasma.
11. Testing
Elke chip wordt elektrisch getest, eerst functioneel en later ook onder belasting en temperatuur.
Onze producten voor de halfgeleiderproductie
Onze laser- en plasmatoepassingen worden in alle belangrijke productiestappen van de chipproductie gebruikt.
Ontdek nu meer over het gebruik van de laser!
Lasertechnologie kan voor, na en tijdens bijna elke afzonderlijke stap in de chipproductie een bijdrage leveren. Elke halfgeleiderfabrikant en verwerker heeft zijn eigen procesketen, waarin hij op verschillende plaatsen lasers kan inzetten.
De invloed van TRUMPF op de chipindustrie
Hoe de krachtige lasers van TRUMPF de EUV-lithografie mogelijk maken.
Onze wereldwijde samenwerkingen
De nieuwe generaties chips moeten zo weinig mogelijk energie verbruiken. Ook de chips zelf moeten zo energiezuinig mogelijk worden geproduceerd en de installaties moeten dag in dag uit 24 uur draaien. TRUMPF voldoet aan deze eis door alle relevante leveranciers van chipfabrieken te ondersteunen bij hun productieoplossingen. Als innovatieleider leveren wij elektronische en laseroplossingen voor meer efficiëntie en duurzaamheid bij de productie van microchips. TRUMPF werkt al tientallen jaren nauw samen met toonaangevende toeleveranciers van de halfgeleiderindustrie in Azië, de Verenigde Staten en Europa. Deze vertrouwensvolle en nauwe samenwerking maakt het mogelijk om innovatieve oplossingen te ontwikkelen die aan de hoge eisen van onze klanten voldoen.
Een voorbeeld van de succesvolle samenwerking is de langdurige en intensieve samenwerking met ASML, de grootste fabrikant van lithografiesystemen ter wereld. TRUMPF levert de krachtige laser voor de EUV-technologie en daarmee de kerntechnologie voor de productie van de krachtigste microchips ter wereld. Ook bij de productie van siliciumwafers leveren generatoren van TRUMPF betrouwbaar en nauwkeurig energie voor de coating- en etsprocessen. Lasertechnologie van TRUMPF wordt in talrijke toepassingen gebruikt, bijvoorbeeld bij de kwaliteitscontrole van fotomaskers en de kleinste chipstructuren.
Een wereld van superlatieven
Als hoogtechnologisch bedrijf bepalen we mee de toekomst van de halfgeleiderindustrie en leveren we met onze innovaties een aanzienlijke bijdrage aan de digitale revolutie. De volgende stappen omvatten onder meer de ontwikkeling van nog efficiëntere productieoplossingen en de uitbreiding van samenwerkingen om de grenzen van de technologie verder te verleggen.
Get inspired! Semicon‑News, TRUMPF‑updates, Technik‑Insight
Wilt u meer informatie?
Download dan hier interessante vakartikelen en papers uit de wereld van de halfgeleiderproductie of neem contact met ons op.
Wat u altijd al wilde weten...
Een halfgeleider is een materiaal waarvan het geleidende vermogen tussen dat van een geleider (bijv. koper) en een isolator (bijv. glas) ligt. Typische halfgeleidermaterialen zijn silicium of germanium. Het geleidende vermogen kan door dotering (toevoeging van vreemde atomen) en externe invloeden zoals temperatuur of licht gericht worden aangepast. Daardoor zijn halfgeleiders ideaal voor elektronische componenten zoals transistors, diodes en geïntegreerde schakelcircuits. De halfgeleiderindustrie groeit sterk, gedragen door datawarehouses, AI en miniaturisering. De trend gaat naar steeds krachtigere en tegelijkertijd kleinere halfgeleiders. Experts noemen deze ontwikkeling de nanometerrace. Laser- en plasmatechnologieën van TRUMPF zijn essentieel voor processen zoals EUV-lithografie, coaten, belichten en etsen. Zonder deze technologieën zou de productie van de nieuwste generatie chips niet mogelijk zijn.
Een transistor is een elektronische component die dient als schakelaar of versterker voor elektrische signalen. Hij vormt het hart van de moderne micro-elektronica en de basis voor processoren, geheugenchips en nagenoeg alle digitale apparaten. Meer transistors in een chip staan gelijk aan een hogere rekenkracht.
Een halfgeleider doorloopt doorgaans enkele honderden en soms zelfs meer dan duizend productiestappen. Het duurt maanden om een halfgeleider te maken. Het productieproces van halfgeleiders kan, sterk vereenvoudigd, in tien stappen worden beschreven:
1. De productie begint met een wafer die uit zeer zuiver silicium wordt getrokken en in dunne plakjes wordt gesneden.
2. De wafer wordt gepolijst om een absoluut glad oppervlak voor de volgende processen te verkrijgen.
3. In de lithografie wordt een lichtgevoelige laag (fotoresist) aangebracht, die later de structuur van de schakelcircuits bepaalt.
4. Met extreem nauwkeurige belichtingsprocessen oals EUV-lithografie worden minuscule patronen op de wafer geprojecteerd.
5. Vervolgens worden de belichte delen chemisch ontwikkeld, zodat de gewenste structuren zichtbaar worden.
6. Met etsprocessen (bijv. plasma-etsen) worden materiaallagen verwijderd om de geleiderbanen en transistors te vormen.
7. Daarna volgen doteringsprocessen, waarbij vreemde atomen worden toegevoegd om de elektrische eigenschappen van het silicium te veranderen.
8. Er worden meerdere lagen metalen en isolatoren aangebracht om complexe verbindingen tussen de transistors tot stand te brengen.
9. Na honderden van dergelijke stappen wordt de wafer getest en in afzonderlijke chips (dies) gesneden. Dit proces wordt Wafer Dicing genoemd.
10. Tot slot worden de chips verpakt (packaging), getest en vrijgegeven voor gebruik in apparaten zoals smartphones, computers of auto's.
1. Informatie- en communicatietechnologie
Halfgeleiders sturen de rekenprocessen in computers, servers en smartphones aan. Ze zijn onmisbaar voor digitale communicatie, cloud computing en het internet der dingen (IoT).
2. Artificiële intelligentie en datacentra
Krachtige chips maken de verwerking van enorme hoeveelheden gegevens voor AI-toepassingen en big data-analyses mogelijk.
3. Auto-industrie
In voertuigen zijn halfgeleiders essentieel voor rijhulpsystemen, e-mobiliteit, infotainment en autonoom rijden.
4. Medische techniek
Ze maken een nauwkeurige beeldvorming, diagnosesystemen en zelfs implanteerbare apparaten mogelijk.
5. Industrie en automatisering
Halfgeleiders sturen sensoren, besturingen en robotica in de industriële productie aan.
AI-toepassingen vereisen een enorme rekenkracht. Hoe krachtiger de chips, hoe sneller en efficiënter AI-modellen kunnen worden getraind en gebruikt. De vooruitgang in de halfgeleidertechnologie levert dus een aanzienlijke bijdrage aan de ontwikkeling van AI. Voor de productie van de krachtigste chips wordt TRUMPF-technologie gebruikt, zoals EUV.
AI-chips zijn speciaal ontwikkelde processoren die complexe algoritmen voor machine learning en artificiële intelligentie rechtstreeks op de chip uitvoeren. Ze onderscheiden zich van klassieke processoren door hun vermogen om grote hoeveelheden gegevens parallel te verwerken.
AI-chips ontstaan in een zeer complex productieproces, waarbij de klassieke halfgeleidertechnologieën worden gecombineerd met innovatieve verpakkingsprocessen. Eerst worden de eigenlijke rekenkernen, meestal op basis van silicium, in nanometerstructuren geproduceerd.
De chips moeten extreem krachtig en energie-efficiënt zijn om enorme hoeveelheden gegevens in real time te kunnen verwerken. Daarom zetten fabrikanten steeds meer in op Advanced Packaging. Daarbij worden meerdere chips gecombineerd op zogenaamde interposers, die als verbindingslaag dienen.
Hoewel siliciuminterposers lange tijd de norm waren, botsen ze nu op hun grenzen wat de grootte en de kosten betreft. De oplossing: glasinterposers. Glas is goedkoper, kan in grote panelen worden verwerkt en maakt complexe chippakketten voor AI-systemen mogelijk. Om de elektrische verbindingen tussen de lagen tot stand te brengen, moeten miljoenen minuscule gaatjes, zogenaamde Through-Glass-Vias (TGV), in het glas worden geboord. Ook hier wordt lasertechniek van TRUMPF gebruikt.
De wet van Moore stelt dat het aantal transistors op een microchip ongeveer elke twee jaar verdubbelt, terwijl de kosten per rekenbewerking dalen. Hierdoor nemen de prestaties van chips voortdurend toe, zonder dat hun omvang toeneemt. Om de miniaturisering voort te zetten, worden technologieën zoals EUV-lithografie en nieuwe chiparchitecturen (bijv. 3D-structuren) gebruikt. De wet werd in 1965 geformuleerd door Gordon Moore, medeoprichter van Intel. Het is geen natuurwet, maar een observatie die de innovatiesnelheid van de branche weerspiegelt.
1. Miniaturisering en precisie
De branche staat onder een enorme druk om steeds kleinere structuren op nanometerschaal te produceren. EUV-lithografie en plasmageneratoren moeten extreem nauwkeurig werken om 3D-structuren op siliciumwafers te produceren. Zelfs de kleinste afwijkingen leiden tot uitval en hoge kosten. De kwaliteitscontrole (metrologie) wordt steeds complexer, omdat de toleranties slechts een nanometer bedragen.
2. Energieverbruik en duurzaamheid
Energie-efficiëntie is cruciaal om de bedrijfskosten te verlagen en de duurzaamheidsdoelstellingen te behalen. Plasmageneratoren en lasersystemen moeten daarom zo energie-efficiënt mogelijk werken.
3. Toeleveringsketen en kwaliteitscontrole
De volledige toeleveringsketen moet een foutloze kwaliteit garanderen. Zwakke punten bij toeleveranciers kunnen de productie in gevaar brengen. TRUMPF eist strenge kwaliteitsnormen van zijn partners en toeleveranciers.
4. Beschikbaarheid van productie-installaties
De productie van halfgeleiders is sterk geconcentreerd in Azië. De leveranciers moeten de chipfabrikanten wereldwijd de hoogste servicekwaliteit bieden om uitvaltijden te voorkomen. TRUMPF investeert daarom in regionale servicehubs en technologiecentra, bijvoorbeeld in Taiwan.
Lithografie is een centraal proces in de halfgeleiderproductie, waarbij de structuren voor elektronische schakelingen op siliciumwafers worden overgedragen. Daarbij brengt een speciaal coatingapparaat een lichtgevoelige laag (fotoresist) op de wafer aan. Vervolgens belicht het lithografiesysteem de gewenste patronen met behulp van licht en zorgt het voor de chemische ontwikkeling. Deze structuren vormen de basis voor transistors en andere componenten op de chip. De meest geavanceerde technologie in dit bereik is EUV-lithografie. Die gebruikt extreem kortgolvig licht om structuren met de grootte van nanometers te creëren. Zonder EUV-lithografie kunnen de krachtigste microchips niet worden geproduceerd. Ze is cruciaal voor de toepassing van de wet van Moore, die een verdubbeling van het aantal transistors om de twee jaar voorziet.
Een wafer vormt de uitgangsbasis voor de productie van microchips. Hij bestaat uit zeer zuiver silicium dat eerst tot een monokristal wordt getrokken en vervolgens in dunne plakjes wordt gesneden. Deze plakjes en worden gepolijst om een absoluut glad oppervlak te verkrijgen. Lithografie, belichting, etsprocessen en dotering zorgen voor de structuren van de schakelcircuits op de wafer. Na honderden processtappen wordt de wafer getest en in afzonderlijke chips (“dies”) gesneden.
Wafer Dicing betekent het scheiden van halfgeleiderchips uit een wafer. Dit is een centrale stap in de backend van de halfgeleiderprocesketen.
Mechanische zaag, Stealth Dicing, ablatieve Laser Dicing en plasmadicing.
Plasma-etsen is een proces waarbij met behulp van geïoniseerd gas (plasma) materiaal van het waferoppervlak wordt verwijderd of gestructureerd. Dit proces is essentieel voor een nauwkeurige chipstructuur.
Een apparaat dat hoogfrequente elektrische energie levert om plasma te genereren en te regelen voor de productie van chips.
Through-Glass-Vias (TGV) zijn minuscule, geleidende doorvoergaten in glas die elektrische verbindingen tussen verschillende lagen van een chipverpakking mogelijk maken. Ze zijn cruciaal voor krachtige toepassingen omdat ze signaalwegen verkorten en energieverlies minimaliseren.
De productie van halfgeleiders vereist veel energie. Halfgeleiderbedrijven kunnen hun CO₂-voetafdruk echter aanzienlijk verkleinen door in te zetten op energie-efficiënte technologieën en circulaire economie, waarbij de technologie van TRUMPF een sleutelrol speelt. Duurzaamheid zit in het DNA van het familiebedrijf TRUMPF. Daarom hechten we bij toekomstgerichte technologieën zoals EUV-lithografie veel waarde aan een efficiënt en zuinig gebruik van energie en materialen.
