Znajdź zawartość

IBM rozpocznie testy nowej techniki sprawdzania jakości plastrów krzemowych. Technika, która powstała na University of California, pozwoli na odrzucenie plastrów na wczesnych etapach produkcji. To z kolei, jak przekonują specjaliści z Semiconductor Research Corp. (SRC) pozwoli na zmniejszenie kosztów produkcji układów scalonych o 15% i 12-procentowe zwiększenie zysku. Nowa technologia wdrażana jest do IBM-owskiego 45-nanometrowego procesu produkcyjnego. Obecnie przetestowanie plastra pod kątem występujących w nim błędów jest możliwe dopiero po nałożeniu nań warstwy metalu. To zaś odbywa się w połowie procesu produkcyjnego. Jeśli testy wykażą dużo błędów, plaster jest odrzucany. To jednak wiąże się z poważnymi kosztami. Dlatego też możliwość sprawdzenia jakości plastra przed nałożeniem metalu, a zatem przed poniesieniem dodatkowych kosztów, daje spore oszczędności. Szczególnie duże będą one w momencie wdrażania produkcji nowych układów. Nowa technika pozwala na wykrycie anomalii w oporności, pojemności i innych cechach plastra. Profesor Puneet Gupta - autor wspomnianej technologii - ocenia, że pozwoli ona na wyeliminowanie na wczesnym etapie około 70% dopiero powstających wadliwych układów scalonych. Jeśli technika Gupty pomyślnie przejdzie testy, zostanie wdrożona przez innych członków SRC, wśród których znajdują się m.in. AMD, Globalfoundries, Freescale, Intel i Texas Instruments.

Leonard Hobbs, prezes ds. badan w irlandzkim oddziale Intela, powiedział, że najlepszym momentem na wdrożenie do produkcji 450-milimetrowych plastrów krzemowych będzie przejście na 10-nanometrowy proces technologiczny. Dodał również, że zmian tych nie można przyspieszyć, ich wdrożenie może ulec za to opóźnieniu, jeśli współpraca pomiędzy zainteresowanymi stronami nie będzie się układała odpowiednio dobrze. Zdaniem Hobbsa produkcja na 450-milimetrowych plastrach ruszy pomiędzy 2015 a 2017 rokiem. Intel inwestuje obecnie olbrzymie kwoty w nowe fabryki, które mają być gotowe do pracy z plastrami o średnicy 450 milimetrów. Jeszcze w bieżącym roku Intel uruchomi 22-nanometrowy proces produkcyjny, a zatem od 10 nanometrów będą firmę dzieliły jedynie dwa etapy technologiczne.

TSMC, największy na świecie producent układów scalonych na zamówienie, przeznaczy 6 miliardów dolarów na budowę dwóch nowych fabryk. Zakłady powstaną na Tajwanie. Pierwszy z nich, Fab 12 zostanie zlokalizowany w Parku Naukowym Hsinchu na północy wyspy, a drugi - Fab 14 - w Parku Naukowym Tainan na jej południu. Fab 12 ma stać się okrętem flagowym TSMC. Na budowę tego zakładu firma przeznaczy nawet 5 miliardów USD. Będzie to nie tylko fabryka, ale również zakład badawczo-rozwojowy. Ma on produkować układy w technologiach 45, 40, 28, 22 i 16 nanometrów. Obie fabryki będą pracowały z 300-milimetrowymi plastrami krzemowymi. Rozpoczną produkcję jeszcze przed końcem 2011 roku, a jej początkowa wielkość wyniesie 35 000 plastrów miesięcznie. Z czasem będzie z nich wyjeżdżało aż 840 000 plastrów w ciagu miesiąca. To niewątpliwie odpowiedź na plany Globalfoundries, które ma zamiar otworzyć w 2012 roku fabrykę w USA, w której przed końcem 2013 roku ma powstawać 35 000 plastrów miesięcznie.

Powstał pierwszy wstępny standard dotyczący 450-milimetrowych plastrów krzemowych. Organizacja Sematech, skupiająca firmy produkujące plastry i urządzenia do tworzenia układów scalonych zdecydowała, że grubość plastrów będzie wynosiła 925 mikrometrów, plus minus 25 mikrometrów. Obecnie wykorzystywane 300-milimetrowe plastry mają grubość 775 mikrometrów. W listopadzie Sematech zbierze się ponownie, by zdecydować o "testowej grubości plastra". Obecnie określona grubość, to bowiem pewien teoretyczny cel. "Grubość testowa" ma być już praktycznym standardem. Najprawdopodobniej jednak nie będzie on odbiegał od określonych właśnie 925 mikronów. W ciągu najbliższych lat powstaną też testowe fabryki, w których będą sprawdzane przyszłe linie produkcyjne. Ekspertów czeka sporo pracy, chociażby dlatego, że 450-milimetrowe plastry będą ważyły 330 gramów i mogą wyginać się pod własnym ciężarem. Obecnie używane linie produkcyjne muszą więc zostać przerobione tak, by nie dopuścić do wyginania. Pomimo rozpoczętych już prac nad standardami, wiele przedsiębiorstw nie chce się w nie angażować. Twierdzą, że przejście na 450-milimetrowe plastry krzemowe jest zbyt drogie, a obecnie wykorzystywana technologia 300-milimetrowych plastrów wystarczy do większości zastosowań. Ich zdaniem przemysł powinien skupić się na udoskonalaniu obecnie stosowanych rozwiązań, a nie na pracach nad nowymi.

Jak donosi EE Times, fabryki układów scalonych korzystające z 450-milimetrowych plastrów krzemowych, rzeczywiście mogą powstać, jednak nie tak szybko, jakby sobie niektórzy życzyli. Najwięksi producenci chipów, Intel, TSMC i Samsung, obiecują, że tego typu zakłady powstaną około roku 2012. Ich zapewnieniom nie wierzy wielu ekspertów, którzy uważają, że stworzenie odpowiednich urządzeń, technologii i wybudowanie linii produkcyjnych jest zbyt kosztowne. Analityk Dean Freeman z Gartnera uważa, że tego typu zakłady rzeczywiście powstaną, ale rozpoczną produkcję nie wcześniej niż w 2017 roku. Koszt wdrożenia nowej technologii jest szacowany na 20-40 miliardów dolarów. Zdaniem Freemana kalendarium wdrażania technologii będzie wyglądało następująco: - w roku 2009 producenci układów scalonych ustalą zasady współpracy nad nową technologią; - w 2010 pojawią się prototypowe plastry krzemowe o średnicy 450 mm; - w latach 2012-2013 będą produkowane prototypowe urządzenia; - pomiędzy rokiem 2014 a 2016 będą uruchamiane pilotażowe linie produkcyjne; - w latach 2017-2019 ruszą pierwsze linie korzystające z 450-milimetrowych plastrów, z których zjadą układy wykonane w technologii 8 lub 5 nanometrów. Powierzchnia 450-milimetrowego plastra jest ponaddwukrotnie większa, niż wykorzystywanych obecnie plastrów 300-milimetrowych. To obniża cenę na pojedynczy układ, pozwala też zaoszczędzić wodę, energię oraz inne zasoby potrzebne do produkcji kości.

Pod koniec lat 90. doktor Eric Mazur z Uniwersytetu Harvarda na zlecenie Army Research Organization pracował nad reakcjami katalitycznymi przebiegającymi na powierzchniach metalowych. Miałem dość metali i martwiłem się, że granty się kończą. Bez większego zastanowienia zaproponowałem więc nowy kierunek badań. Nie wiem, dlaczego to zrobiłem - wspomina dzisiaj Mazur. W ramach nowych badań grupa Mazura zajęła się m.in. bombardowaniem powierzchni krzemowego plastra silnymi impulsami lasera w obecności sześciofluorku siarki. W efekcie uzyskano czarny krzem. Badania mikroskopem elektronowym wykazały, że na powierzchni krzemu pojawiła się bardzo gęsta struktura "trawy" zorientowanej prostopadle do plastra. W nauce najbardziej ekscytującym okrzykiem nie jest 'Eureka", ale 'Co?!' - mówi Michael Hawley z Cambridge. Naukowcy nie mieli pojęcia do czego może przydać się czarny krzem. Kolejne badania wykazały, że charakteryzuje się on nawet 500-krotnie większą czułością na światło niż konwencjonalne plastry krzemowe. Czarny krzem absorbuje dwukrotnie więcej światła widzialnego niż zwykły materiał, potrafi wykrywać też światło podczerwone. Nowy materiał znajdzie bardzo szerokie zastosowanie, od znacznie doskonalszych kamer i aparatów cyfrowych po wydajne ogniwa słoneczne. Większa czułość na światło oznacza lepszy obraz przy gorszych warunkach oświetleniowych. Właściwość ta przyda się np. w obrazowaniu medycznym, systemach laserowego namierzania, czujnikach optycznych. Możliwe będzie też zastosowanie czarnego krzemu w systemach telekomunikacyjnych. Powołano już firmę SiOnyx, która właśnie otrzymała od Uniwersytetu Harvarda licencję na czarny krzem. Jej zadaniem będzie komercjalizacja wynalazku. SiOnyx nie będzie samodzielnie zajmowało się produkcją urządzeń wykorzystujących czarny krzem. Będzie udzielał licencji na wynalazek wszystkim chętnym, a rynek sam znajdzie dla czarnego krzemu odpowiednie zastosowania. Historia doktora Mazura to, jak zauważają akademicy, najlepszy przykład tego, że trzymając się ściśle wytycznych założonych przez instytucję przyznającą grant można przegapić wiele okazji do opracowania interesujących technologii.

Intel, Samsung i TSMC nawiązały współpracę, której celem jest rozpoczęcie w 2012 roku produkcji układów scalonych z wykorzystaniem 450-milimetrowych plastrów krzemowych. Przejście na większe plastry pozwala obniżyć koszty produkcji i zaoferować klientom bardziej atrakcyjne ceny. Powierzchnia 450-milimetrowego plastra jest ponaddwukrotnie większa, niż wykorzystywanych obecnie plastrów 300-milimetrowych. To obniża cenę na pojedynczy układ, pozwala też zaoszczędzić wodę, energię oraz inne zasoby potrzebne do produkcji kości. Coraz większe plastry są wykorzystywane średnio co 10 lat. W 1991 roku rozpoczęto produkcję układów na 200-milimetrowych plastrach, a w 2001 przemysł półprzewodnikowy zaczął wykorzystywać plastry o średnicy 300 milimetrów.

IBM opracował sposób na wykorzystanie wadliwych plastrów krzemowych w roli ogniw słonecznych. Każdego dnia w fabrykach produkujących układy scalone do kosza wędruje wiele plastrów, na których pojawiły się błędy. Plastry takie były wyrzucane na wysypisko. Można było również usunąć z nich nadrukowane obwody i odsprzedać. Naukowcy IBM-a wymyślili specjalny proces, który umożliwia sprzedaż wadliwych plastrów producentom paneli słonecznych, którzy mogą je wykorzystać. Musimy pamiętać, że wadliwie wyprodukowanego plastra nie można po prostu odsprzedać każdemu chętnemu, gdyż konkurencja, mając w ręku taki gotowy plaster, mogłaby ukraść producentowi jego własność intelektualną. Opracowany przez IBM-a proces pozwala na szybkie usunięcie przez producenta tych elementów, które chce chronić przed wścibskim okiem. IBM na razie nie zdradza szczegółów swojego procesu. Zapewnia jednak, że udostępni wszelkie niezbędne informacje producentom paneli słonecznych. Prace Błękitnego Giganta już zostały nagrodzone prestiżową 2007 Most Valuable Pollution Prevention Award przyznawaną przez Narodową Radę Zapobiegania Zanieczyszczeniom (The National Pollution Prevention Roundtable – NPPR). Dzięki wynalazkowi IBM-a z jednej strony zmniejszy się liczba odpadów, gdyż plastry nie będą trafiały na wysypisko, a jednocześnie powinna spaść cena ogniw słonecznych. Trzeba bowiem pamiętać, że producenci tych ogniw również korzystają z krzemu i konkurują o ten materiał z producentami elektroniki. Wyższy popyt oznacza zwykle wyższą cenę. Teraz, gdy możliwe stało się produkowanie ogniw słonecznych z materiału odpadowego, jakim są wadliwe plastry krzemowe, cena ogniw powinna spaść. Dzięki temu ich zakup stanie się bardziej opłacalny, technologia pozyskiwania energii ze Słońca się rozpowszechni, co z kolei spowoduje zmniejszenie emisji zanieczyszczeń.