Technologia 450mm przybliża się z każdym rokiem

Największą barierą w szybkim upowszechnieniu się płytek 450mm są oczywiście wysokie koszty ich wprowadzenia. Wyjściem naprzeciw temu problemowi jest stworzenie programu dzielenia kosztów pomiędzy producentów wyposażenia fabryk a inne podmioty z branży. Znaczna początkowo inwestycja w dłuższej perspektywie się opłaci, ponieważ 450mm to w porównaniu do 300mm ponad dwukrotnie większa powierzchnia płytki, a więc i liczba wykonanych z niej układów.

Przejście na płytki o większej średnicy pozwoli na dłuższą metę obniżyć koszty wytwarzania i obróbki krzemu i zaowocuje nowym wymiarem jakości w produkcji pamięci, wszelkich urządzeń logicznych i innych układów scalonych. O nadchodzeniu przełomu w przejściu na technologię 450mm mówili podczas konferencji przedstawiciele International Sematech, badawczo-rozwojowego konsorcjum największych dostawców półprzewodników.

Reprezentanci producentów narzędzi Crossing Automation i CLA-Tencor wspomnieli o trwającym szybkim wzroście potencjału łańcucha dostaw technologii 450mm i o mogących wkrótce nadchodzić, jeszcze przed początkiem 2011 r., zamówieniach na wyposażenie i narzędzia. Wśród uczestników konferencji krążyły pogłoski, że Intel przygotowuje się do uruchomienia prototypowej produkcji płytek w wymiarze 450mm, a nawet, że niedługo branża ogłosi harmonogram przejścia na nowy wymiar płytek.

W latach wcześniejszych przejścia następowały średnio co dekadę: wymiar 300-milimetrowy został wprowadzony w 2001 r., a pierwsze fabryki operujące na płytkach 200mm uruchomiono w 1991 r.

Opóźnienie przez recesję

Rys. 1. Popyt na półprzewodniki i płytki krzemowe w latach 1992–2018 (według SIA/WSTS oraz Semico Research)

Wśród producentów narzędzi panuje przekonanie, że zamówienia zaczną nadchodzić od trzech największych inwestorów przemysłu półprzewodnikowego: Intela, Samsuga i TSMC, oraz możliwie także od Toshiby. Firmy te już w 2008 r. uzgodniły rozpoczęcie prac nad nową technologią wraz z możliwym rozpoczęciem prototypowej produkcji w wymiarze 450mm do 2012 r.

Część obserwatorów rynku sądzi jednak, że uruchomienie produkcji w tym wymiarze prawdopodobnie będzie miało miejsce dopiero w r. 2015 lub jeszcze później. Po przyjęciu przez największych w branży terminu ruszenia z nową technologią nastąpiło światowe spowolnienie gospodarcze spowodowane krachem finansowym, które objęło również branżę półprzewodników.

W szczególności, producenci narzędzi stracili w skutek tego dochody 1 mld dol. i zmuszeni byli zwolnić 30 do 40% kadry pracowniczej. Szczęśliwie koniunktura się odwróciła, a rekordowy pod względem wyników rok 2010 ponownie motywuje firmy do inwestycji technologicznych.

Sematech koordynatorem

Fundamentalną rolę w koordynacji prac nad wprowadzeniem technologii 450mm odgrywa konsorcjum International Sematech. Poza integrowaniem zainteresowanych firm z branży, określa ono standardy i opracowuje praktyki testowania sprzętu. Konsorcjum wystąpiło z propozycją włączenia się producentów narzędzi metrologicznych i procesowych w projekty przejścia do wymiaru 450mm.

Oprócz propozycji podziału kosztów wprowadzenia nowej technologii pomiędzy wiele podmiotów Sematech oferuje również innego rodzaju wsparcie, w tym zapewnienie zainteresowanym producentom informacji technologicznych. Konsorcjum opracowuje technologię 450mm już od dłuższego czasu. Mimo że wciąż zbyt mało firm uczestniczy w programie, w przedsięwzięciu tym bierze udział szereg producentów narzędzi. Wszyscy czekają jednak na pierwszą decyzję dużego dostawcy półprzewodników o uruchomieniu produkcji pilotażowej płytek w wymiarze 450mm.

Taka decyzja będzie de facto inauguracją technologii, potwierdzeniem nowych standardów i zdefiniowaniem wiążącego procesu produkcji. W ocenie analityków Semico Research prawdopodobieństwo akceptacji wymiaru 450mm przez branżę półprzewodnikową znacznie wzrosło, choć podkreślają oni, że nie należy spodziewać się produkcji masowej przed 2012 r. Nadzieję na obniżenie kosztów produkcji wskutek wprowadzenia płytek 450-milimetrowych wiąże TSMC.

Według firmy złożoność zaawansowanej technologii oznacza jednak w momencie przejścia ogromne koszty początkowe i dlatego także stawia ona na program dzielenia się kosztami przez szereg zainteresowanych firm, również producentów urządzeń, a także wsparcie finansowe ze strony rządów. TSMC już jest w posiadaniu własnego sprzętu 450mm, który umożliwia badanie i doskonalenie technologii, oraz wykonywanie testów alfa i beta. Na możliwy termin wprowadzenia nowego wymiaru producent kontraktowy typuje połowę dekady.

Nowe standardy

Tymczasem Sematech przeszedł do etapu testowania nowej generacji płytek. W tym celu zainstalował w clean roomach w teksaskim Austin narzędzia do testowania, m.in. aparaturę pomiarową i sprzęt do mycia płytek. Firma stosuje pojemniki dostarczone przez Brooks Automation oraz zestawy transportowe Entegris. Pierwsze płytki krzemowe w nowym wymiarze są już produkowane, a Sematech zwiększa zamówienia na nie.

Polikrystaliczne płytki krzemowe 450mm wytwarza np. japoński Nippon Mining & Metals. Sematech oświadczył również, że jest na etapie realizacji istotnych stadiów rozwojowych, w tym udoskonalane są obecnie prototypowe systemy transportowe (AMHS) i zaczynają być dostępne platformy sprzętowe obsługujące technologię 450mm. Aktywnym uczestnikiem prac nad standardami jest również światowe stowarzyszenie firm półprzewodnikowych SEMI. Do standardów stowarzyszenia określonych dla technologii 450mm dostosowane są otwierane z przodu, zunifikowane kapsuły (FOUP), przeznaczone do transportu i przenoszenia płytek po fabryce w trakcie całego procesu produkcji oraz automaty (loadports) do ich obsługi.

Każdej kapsule przypisany jest unikatowy kod kreskowy, zawierający informacje o sposobie obróbki danej porcji płytek. Przyjęto i opublikowano szereg specyfikacji, jeszcze w 2008 r. ogólną SEMI M74-1108 dla mechanicznego przenoszenia płytek, stosowaną przy doskonaleniu projektów wyposażenia (kapsuły na płytki, automaty, systemy transportowe AMHS), oraz specyfikację z kwietnia br. SEMI M76–0710 dla płytek monokrystalicznych, stosowaną do optymalizacji i korygowania aparatury pomiarowej i procesu produkcyjnego. Tę ostatnią specyfikację można także wykorzystać do ustanowienia technik i metrologii określanych w specyfikacji samych wymiarów.

W przypadku płytek 450-milimetrowych profil krawędzi i płaskość muszą być doprecyzowane bardziej niż w przypadku płytek o mniejszej średnicy. Specyfikacje te są obecnie w opracowaniu jako projekty dokumentów 4588 i 4812. Aktualnie w opracowaniu jest także specyfikacja otwieranych z przodu pojemników FOSB oraz pojemników transportowych typu MAC, dotycząca transportu płytek w trakcie i po produkcji. Według nowych ustaleń wszystkie stosowane kapsuły i opakowania typu FOUP, MAC, FOSB będą ze sobą kompatybilne.

Marcin Tronowicz