Produkcja półprzewodników
Bez TRUMPF nie byłoby sztucznej inteligencji. Nasze rozwiązania laserowe i plazmowe stanowią podstawę nowoczesnej produkcji półprzewodników. Od litografii EUV po zaawansowane rozwiązania w zakresie pakowania: Państwa technologie są stosowane wszędzie tam, gdzie kreuje się przyszłość. Niezależnie od tego, czy chodzi o powlekanie, naświetlanie czy żrące działanie – jeśli zależy Państwu na innowacyjności i postępie, nie mogą Państwo pominąć firmy TRUMPF. Myślimy jednak znacznie szerzej: nasze rozwiązania umożliwiają nie tylko osiągnięcie najwyższej wydajności, ale także oszczędne wykorzystanie zasobów. Wspólnie z wiodącymi partnerami technologicznymi opracowujemy innowacje, które zmieniają całe branże.
Półprzewodniki bez TRUMPF? Nie do pomyślenia.
Innowacje zaczynają się od ludzi. Za każdym postępem stoją bowiem pomysły, pasja i odwaga. Pomagamy w produkcji nowej generacji chipów. TRUMPF sprawia, że produkcja półprzewodników jest szybsza, bardziej wydajna i promuje zrównoważony rozwój. Dla producentów, którzy chcą wytwarzać najnowocześniejsze chipy, TRUMPF jest nie tylko dostawcą, ale także partnerem strategicznym.
W jaki sposób firma TRUMPF przyczynia się do rozwoju produkcji półprzewodników
Nasze technologie zapewniają najwyższą dostępność na wszystkich istotnych etapach procesu. W ten sposób firma TRUMPF przenosi produkcję półprzewodników na wyższy poziom – szybszy, bardziej wydajny i promujący zrównoważony rozwój.
1. Ingot Slicing
Z kryształu krzemu wycina się bardzo cienkie płytki. Dzięki laserowi producenci chipów mogą to robić w sposób wyjątkowo oszczędny dla materiału.
2. Surowe wafle
Na czystej płytce krzemowej naniesione są wszystkie struktury chipów półprzewodnikowych.
3. Napawanie
Na wafel nakłada się cienką warstwę materiału, np. izolatora lub przewodnika. Stanowi podstawę tranzystorów i połączeń.
4. TGV/Via Drilling
Promienie lasera wiercą maleńkie przelotki (vias) w warstwach izolacyjnych i półprzewodnikowych. Umożliwiają one na przykład pionowe połączenia poziomów obwodów w układach 3D.
5. Photoresist coating
Wafel jest pokrywany warstwą światłoczułej powłoki, aby można było precyzyjnie naświetlać i obrabiać określone obszary.
6. Litografia EUV
Światło jest rzutowane na lakier przez okienko, tworząc drobne wzory strukturalne i wyznaczając w ten sposób przyszłe obwody.
7. Etching
Odsłonięte obszary są usuwane chemicznie lub fizycznie, tworząc rowki, przelotowe połączenia i ścieżki przewodzące w materiale.
8. Ion Implant
Atomy obce są wprowadzane do krzemu z dużą prędkością (domieszkowane). Zmienia to właściwości elektryczne i tranzystory mogą się przełączać.
9. Chemical Mechanical Polishing (CMP)
Powierzchnia wafla jest wygładzana chemicznie i mechanicznie. Umożliwia to uzyskanie wielowarstwowej struktury w przypadku szczególnie zaawansowanych chipów.
10. Cięcie wafla (Wafer Dicing)
Wafel jest dzielony na tak zwane matryce. Każda matryca otrzyma później własny mikrochip. Szczególnie precyzyjnie można to osiągnąć za pomocą lasera lub plazmy.
11. Testowanie
Każdy chip jest sprawdzany elektrycznie – najpierw pod kątem funkcjonalności, a następnie pod kątem obciążenia i temperatury.
Nasze produkty do produkcji półprzewodników
Nasze zastosowania laserowe i plazmowe są stosowane we wszystkich istotnych etapach produkcji chipów.
Dowiedz się więcej o stosowaniu lasera!
Technologia obróbki laserowej może znaleźć zastosowanie przed, po i podczas niemal każdego etapu produkcji chipów. Każdy producent półprzewodników i przetwórca posiada własne procesy produkcyjne, w których może stosować lasery w różnych miejscach.
Jak firma TRUMPF kształtuje branżę chipów
W jaki sposób lasery o dużej mocy firmy TRUMPF umożliwiają litografię EUV.
Nasze globalne partnerstwa
Nowe generacje chipów powinny zużywać jak najmniej energii. Również same chipy powinny być produkowane w sposób jak najbardziej energooszczędny, a urządzenia powinny działać przez całą dobę, 365 dni w roku. Firma TRUMPF spełnia te wymagania, wspierając wszystkich istotnych dostawców wyposażenia dla fabryk chipów w zakresie rozwiązań produkcyjnych. Jako lider innowacji dostarczamy rozwiązania elektroniczne i laserowe zapewniające większą wydajność i zrównoważony rozwój w produkcji mikrochipów. Od wielu dziesięcioleci firma TRUMPF utrzymuje ścisłą współpracę z wiodącymi dostawcami branży półprzewodników w Azji, Stanach Zjednoczonych i Europie. Ta oparta na zaufaniu i ścisła współpraca pozwala nam opracowywać innowacyjne rozwiązania, które spełniają wysokie wymagania naszych klientów.
Przykładem pomyślnej współpracy jest wieloletnia i intensywna współpraca z ASML, największym na świecie producentem systemów litograficznych. Firma TRUMPF dostarcza wysokowydajne lasery do technologii EUV, która stanowi podstawę produkcji najwydajniejszych mikrochipów na świecie. Również podczas produkcji wafli krzemowych generatory TRUMPF niezawodnie i precyzyjnie dostarczają energię do procesów powlekania i wytrawiania. Technologia obróbki laserowej firmy TRUMPF jest stosowana w wielu dziedzinach, np. w kontroli jakości fotomasek i najmniejszych struktur chipów.
Świat superlatywów
Jako przedsiębiorstwo zajmujące się zaawansowanymi technologiami aktywnie kształtujemy przyszłość branży półprzewodników, a dzięki naszym innowacjom wnosimy znaczący wkład w rewolucję cyfrową. Kolejne kroki obejmują opracowanie jeszcze bardziej wydajnych rozwiązań produkcyjnych oraz rozszerzenie współpracy partnerskiej w celu dalszego przesuwania granic technologii.
Get inspired! Semicon‑News, TRUMPF‑Updates, Technik‑Insight
Chcą Państwo dowiedzieć się więcej?
W takim razie zapraszamy do pobrania interesujących artykułów specjalistycznych i opracowań dotyczących produkcji półprzewodników lub do kontaktu z nami.
Wszystko, co zawsze chcieli Państwo wiedzieć...
Półprzewodnik to materiał, którego przewodność elektryczna plasuje się pomiędzy przewodnością przewodnika (np. miedzi) a izolatora (np. szkła). Typowymi materiałami półprzewodnikowymi są krzem lub german. Przewodność można celowo zmieniać poprzez domieszkowanie (wprowadzanie atomów obcych) oraz czynniki zewnętrzne, takie jak temperatura lub światło. Dzięki temu półprzewodniki idealnie nadają się do elementów elektronicznych, takich jak tranzystory, diody i obwody. Branża półprzewodników rozwija się dynamicznie, napędzana przez hurtownie danych, sztuczną inteligencję i miniaturyzację. Trend zmierza w kierunku coraz bardziej wydajnych, a jednocześnie coraz mniejszych półprzewodników. Eksperci nazywają ten proces wyścigiem nanometrowym. Technologie laserowe i plazmowe firmy TRUMPF mają zasadnicze znaczenie dla procesów takich jak litografia EUV, powlekanie, naświetlanie i wytrawianie. Bez tych technologii produkcja chipów najnowszej generacji nie byłaby możliwa.
Tranzystor to element elektroniczny służący jako przełącznik lub wzmacniacz sygnałów elektrycznych. Jest centralnym elementem nowoczesnej mikroelektroniki i stanowi podstawę procesorów, układów pamięci i niemal wszystkich urządzeń cyfrowych. Większa liczba tranzystorów w chipie oznacza większą moc obliczeniową.
Półprzewodnik przechodzi zazwyczaj kilkaset, a czasem nawet ponad tysiąc etapów produkcji. Jego produkcja trwa miesiące. W dużym uproszczeniu proces produkcji półprzewodników można opisać w dziesięciu krokach:
1. Produkcja rozpoczyna się od wafla, który jest wytwarzany z krzemu o wysokiej czystości i cięty na cienkie płytki.
2. Wafel jest polerowany w celu uzyskania idealnie gładkiej powierzchni do dalszych procesów.
3. W litografii nakłada się warstwę światłoczułą (fotorezyst), która później określa strukturę obwodów.
4. Dzięki niezwykle precyzyjnym procesom naświetlania, takim jak litografia EUV, na waflu projektowane są miniaturowe wzorce.
5. Następnie naświetlone obszary są poddawane obróbce chemicznej, dzięki czemu widoczne stają się pożądane struktury.
6. W procesie wytrawiania (np. wytrawiania plazmowego) usuwa się warstwy materiału, aby uformować ścieżki przewodzące i tranzystory.
7. Następnie przeprowadza się procesy domieszkowania, w których wprowadza się atomy obcych pierwiastków w celu zmiany właściwości elektrycznych krzemu.
8. Aby stworzyć złożone połączenia między tranzystorami, nakłada się kilka warstw metali i izolatorów.
9. Po wykonaniu setek takich czynności wafel jest testowany i cięty na pojedyncze chipy (matryce) – ta procedura nazywa się cięciem wafla.
10. Na koniec chipy są pakowane (packaging), sprawdzane i zatwierdzane do stosowania w urządzeniach takich jak smartfony, komputery lub samochody.
1. Technologie informacyjne i komunikacyjne
Półprzewodniki sterują procesami obliczeniowymi w komputerach, serwerach i smartfonach. Są one niezbędne do komunikacji cyfrowej, przetwarzania w chmurze i Internetu rzeczy (IoT).
2. Sztuczna inteligencja i centra danych
Wydajne chipy umożliwiają przetwarzanie ogromnych ilości danych dla zastosowań sztucznej inteligencji i analizy dużych zbiorów danych.
3. Przemysł motoryzacyjny
W pojazdach półprzewodniki mają zasadnicze znaczenie dla systemów wspomagania kierowcy, elektromobilności, systemów informacyjno-rozrywkowych oraz autonomicznej jazdy.
4. Technika medyczna
Umożliwiają one precyzyjne obrazowanie, systemy diagnostyczne, a nawet urządzenia wszczepialne.
5. Przemysł i automatyzacja
Półprzewodniki napędzają czujniki, sterowanie i robotykę w produkcji przemysłowej.
Aplikacje AI wymagają ogromnej mocy obliczeniowej. Im wydajniejsze są chipy, tym szybciej i bardziej efektywnie można szkolić i wdrażać modele sztucznej inteligencji. Postępy w technologii półprzewodników mają zatem decydujący wpływ na rozwój sztucznej inteligencji. Do produkcji najbardziej wydajnych chipów stosuje się technologię TRUMPF, taką jak EUV.
Układy AI to specjalnie zaprojektowane procesory, które wykonują złożone algorytmy wyuczania maszynowego i sztucznej inteligencji bezpośrednio na chipie. Różnią się one od klasycznych procesorów możliwością równoległego przetwarzania dużych ilości danych.
Chipy AI powstają w ramach wysoce złożonego procesu produkcji, który łączy klasyczne technologie półprzewodnikowe z innowacyjnymi metodami pakowania. Najpierw wytwarza się właściwe rdzenie obliczeniowe, zazwyczaj na bazie krzemu, w strukturach nanometrowych.
Chipy muszą być niezwykle wydajne i energooszczędne, aby przetwarzać ogromne ilości danych w czasie rzeczywistym. Dlatego producenci coraz częściej stawiają na zaawansowane rozwiązania w zakresie pakowania. W tym celu kilka chipów łączy się na tak zwanych rozdzielaczach, które służą jako warstwa łącząca.
Chociaż rozdzielacze krzemowe były przez długi czas standardem, to jednak ich rozmiar i koszt sprawiają, że osiągają one swoje granice. Rozwiązanie: szklane rozdzielacze. Szkło jest tańsze, można je przetwarzać w dużych panelach i umożliwia tworzenie złożonych pakietów chipów dla systemów sztucznej inteligencji. Aby utworzyć połączenia elektryczne między warstwami, w szkle należy wywiercić miliony maleńkich otworów, tzw. Through-Glass-Vias (TGV). Również w tym przypadku stosowano technikę laserową firmy TRUMPF.
Prawo Moore’a mówi, że liczba tranzystorów na mikrochipie podwaja się mniej więcej co dwa lata, podczas gdy koszt jednej operacji obliczeniowej spada. W ten sposób wydajność chipów stale rośnie, bez konieczności zwiększania ich rozmiarów. Aby kontynuować miniaturyzację, stosuje się technologie takie jak litografia EUV i nowe architektury chipów (np. struktury 3D). Prawo to zostało sformułowane w 1965 roku przez Gordona Moore’a, współzałożyciela firmy Intel. Nie jest to prawo natury, ale obserwacja odzwierciedlająca tempo innowacji w branży.
1. Miniaturyzacja i precyzja
Branża znajduje się pod ogromną presją, aby produkować coraz mniejsze struktury w zakresie nanometrów. Litografia EUV i generatory plazmy muszą działać z najwyższą precyzją, aby tworzyć struktury 3D na waflach krzemowych. Nawet najmniejsze odchylenia prowadzą do elementów wybrakowanych i wysokich kosztów. Kontrola jakości (metrologia) staje się coraz bardziej złożona, ponieważ tolerancje mieszczą się w zakresie nanometrów.
2. Zużycie energii i zrównoważony rozwój
Efektywność energetyczna ma kluczowe znaczenie dla obniżenia kosztów eksploatacji i osiągnięcia celów zrównoważonego rozwoju. Generatory plazmy i systemy laserowe muszą zatem pracować w sposób jak najbardziej energooszczędny.
3. Łańcuchy dostaw i zapewnienie jakości
Cały łańcuch dostaw musi gwarantować jakość bez żadnych błędów. Słabe punkty dostawców mogą zagrozić produkcji. Firma TRUMPF wymaga od partnerów i dostawców przestrzegania rygorystycznych norm jakości.
4. Dostępność zakładów produkcyjnych
Produkcja półprzewodników koncentruje się głównie w Azji. Dostawcy sprzętu muszą zapewnić producentom chipów na całym świecie najwyższą jakość usług, aby uniknąć przestojów. Dlatego firma TRUMPF inwestuje w regionalne centra serwisowe i centra techniczne, na przykład na Tajwanie.
Litografia jest kluczowym procesem w produkcji półprzewodników, w którym struktury obwodów elektronicznych są przenoszone na wafle krzemowe. W tym celu specjalne urządzenie do powlekania nakłada na wafel warstwę światłoczułą (fotorezyst). Następnie system litograficzny naświetla wybrane wzorce za pomocą światła i poddaje je obróbce chemicznej. Struktury te stanowią podstawę tranzystorów i innych elementów konstrukcji na chipie. Najbardziej zaawansowaną technologią w tym obszarze jest litografia EUV. Wykorzystuje ona światło o bardzo krótkiej fali do tworzenia struktur o rozmiarach nanometrów. Bez litografii EUV nie można produkować mikrochipów o najwyższej wydajności. Ma ona decydujące znaczenie dla realizacji prawa Moore’a, które przewiduje podwajanie liczby tranzystorów co dwa lata.
Wafel stanowi bazę do produkcji mikrochipów. Składa się z krzemu o wysokiej czystości, który najpierw jest wyciągany do postaci monokryształu, a następnie cięty na cienkie płytki. Takie płytki są polerowane w celu uzyskania idealnie gładkiej powierzchni. Na waflu powstają struktury obwodów poprzez litografię, naświetlanie, procesy wytrawiania i domieszkowanie. Po setkach etapów procesu wafel jest testowany i cięty na pojedyncze chipy („matryce”).
Cięcie wafla oznacza rozdzielanie chipów półprzewodnikowych z wafli. Jest to kluczowy etap w zapleczu łańcucha procesów półprzewodnikowych.
Piła mechaniczna, Stealth Dicing, ablacyjne cięcie laserowe i cięcie plazmowe.
Wytrawianie plazmą to proces, w którym za pomocą zjonizowanego gazu (plazmy) usuwa się lub przeprowadza laserowy proces strukturyzacji materiału na powierzchni wafla. Proces ten ma zasadnicze znaczenie dla uzyskania precyzyjnej struktury chipa.
Urządzenie dostarczające energię elektryczną o wysokiej częstotliwości w celu wytworzenia i sterowania plazmą do produkcji chipów.
Through-Glass-Vias (TGV) to maleńkie, przewodzące połączenia przechodzące przez podłoże szklane, które umożliwiają połączenia elektryczne między różnymi warstwami pakietu chipów. Mają one kluczowe znaczenie dla zastosowań o wysokiej wydajności, ponieważ skracają ścieżki sygnałowe i minimalizują straty energii.
Produkcja półprzewodników wymaga dużych nakładów energii. Jednak firmy z branży półprzewodników mogą znacznie zmniejszyć swój ślad węglowy, stawiając na energooszczędne technologie i gospodarkę o obiegu zamkniętym. Technologia firmy TRUMPF odgrywa tu kluczową rolę. Zrównoważony rozwój jest nieodłączną częścią DNA firmy TRUMPF jako przedsiębiorstwa rodzinnego. Dlatego w przypadku przyszłościowych technologii, takich jak litografia EUV, przywiązujemy dużą wagę do efektywnego i oszczędnego wykorzystania energii i materiałów.
