300mm 실리콘 웨이퍼의 혁신

테이블 목차

성장 단계

• 20세기 후반부터 50%씩 증가
• 200mm에서 300mm으로의 전환

이유

• 코스트 절감
• 다이 고유의 증가
• 성장률

마지막 전환

• 150mm에서 200mm으로의 전환
• 코스트와 다이 증가의 부합 여부

계획

• 회사 간 불일치 감소
• 다양한 기술적 도전에 대응하기

300mm 웨이퍼 성장

• 크리스탈 성장의 어려움
• 결함 엔지니어링 크리스탈

장비

• 기계장비 공급업체의 기대
• 공장 재설계

자동화

• 200mm Fab와 300mm전환의 차이
• 완료 및 미래

결론

• 산업 현황 분석

💡 성장 단계

20세기 후반을 시작으로 50%씩 증가하면서, 산업은 생산성과 비용을 보존하며 웨이퍼를 성장시키려고 했습니다. 1960년대 초반에는 약 반인치 또는 13밀리미터 직경의 웨이퍼를 사용했고, 1970년대에는 3인치와 4인치 직경 웨이퍼로 전환되었습니다.

💡 이유

많은 해 동안 인텔은 큰 웨이퍼로의 이전 전환을 주도하고 그에 대한 비용을 부담했습니다. 그들이 이렇게 한 주된 이유는 비용 때문입니다. 더 큰 웨이퍼는 고급 반도체 제조를 더 경제적으로 만들기 때문입니다. 모어의 법칙에 따르면 집적 회로의 트랜지스터를 매 2년마다 두배로 증가시키기 위해서는 증가하는 양에 따라 더 많은 작업과 투자가 필요합니다. 웨이퍼 사이즈 전환이 장사에 차지하는 비중을 계산했을 때, 25-30%의 4%정도가 웨이퍼 사이즈 전환이었습니다. 인텔이 웨이퍼 전환을 원했던 것은 또 다시 악화되는 비용 문제를 해결하기 위해서였습니다. 그러나 그 때는 새로운 우려가 생겨 이 다음 웨이퍼 전환을 할지 말지 망설임이 생겨났습니다.

💡 마지막 전환

150mm에서 200mm으로의 이동은 비교적 순조롭게 진행되었으나, 1990년대에 200mm으로 건너올 때 제대로 된 기대에 미치지 못했습니다. 전환이 약속하던 증가가 타협되지 못했으며, 그 이유는 이 전환이 이전의 어떤 전황보다도 오랜 시간이 걸렸기 때문이었다. 200mm를 가공할 수 있는 기기들이 처음 나온 것은 1980년대 후반이었지만, 상당 수의 200mm 웨이퍼가 생산되기까지 5년이 걸렸습니다. 이 또한 이전보다 2년을 더 갈렸습니다. 비용 또한 기존 전황 때와 동일하게 증가하였고, 산업 전체에 적용될 경우 50-70억 달러가 들 것으로 예상되었습니다.

💡 계획

200mm 전환이 기대에 미치지 못한 큰 이유 중 하나는 의견이 일치하지 않았기 때문이었습니다. 그 때문, 잠시동안 웨이퍼 제조업자들은 725mm와 735mm의 두 가지 다른 두께의 웨이퍼를 생산해야 했고 이로 인해 불필요한 비용이 발생했습니다. 그러나 이번에는 산업에서 조금 전 부터 이 문제를 해결하기로 했습니다. 1994년 초에 미국, 유럽, 대만 기기 제조업체를 대표하는 I300I와 일본 기기 제조업체를 위한 SELETE라는 두 국제 협회가 설립되었습니다. 그리고 1994년 7월에 샌프란시스코에서 열린 Large Wafer Summit에서 이 두 개의 기관은 빠르게 웨이퍼 사이즈와 두께를 결정했습니다. 그들은 다른 기술적 도전에 대처하기로 했습니다.

💡 300mm 웨이퍼 성장

이전 세대보다 훨씬 큰 실리콘 웨이퍼 크리스탈을 성장, 절단, 연마 및 전달하는 것이 산업적 전환의 가장 큰 도전 중 하나였습니다. 오늘날, 우리는 보다 큰 300mm 웨이퍼 크리스탈을 양유재 전도시키 방법을 활용하여 제조합니다. 일반적으로 이 방법은 씨앗 크리스털을 '용융체'라고 불리는 용융 실리콘 웨이브에 담그고, 회전하면서 신중하게 빼내어 결정체를 성장시키는 방식입니다. 300mm 웨이퍼 크리스탈은 200mm 웨이퍼 크리스탈의 3배 가량 떄문에 웨이퍼 제첵업체들에게 새로운 골칫거리로 다가왔습니다. 수정은 결함발생을 줄이기 위해 몇밀리미터의 얇은 목이로 성장합니다.

💡 장비

이전보다 더 많은 웨이퍼를 다루기 위한 도구의 크기와 어울리기 위해서 장비 제작자들은 제품의 비중 아닌 부분을 청결실 바닥 아래로 재설계하고있었습니다. 2016년 조사에 따르면 장비 산업은 116억불을 전환에 지출했는데, 이는 이전에 비해 9배나 많은 비용입니다.

💡 자동화

200mm FAB에서 인텔은 출되는 FOUP를 레일로 움직이고 있었습니다. 300mm까지 도달하면서 새로운 기술인 OHT가 등장했습니다. 청결실 안으로 올라가는데 새로운 소프트웨어와 경로알골즘과 같은 난제가 발생해 장비제작자들은 부정칙한 행동에 약간 고민했다.

💡 완료 및 미래

1994년부터 시작된 이 전환은 대부분 2001년까지 완료되었으며, 20년이 지난 지금도 산업은 300mm 웨이퍼를 계속 사용하고 있습니다. 450mm로 이동하려는 이야기는 되풀이되고 있지만, 경제적 이익은 여전히 불투명한 상태입니다.

💡 결론

이 영상이 얼마나 인기있게 될지 모르겠어도, 일반적인 경쟁관계를 이루는 수십억 달러의 회사들 간의 이 데카드롱의 국제적 노력은 흥미롭다. 최근, 200mm 웨이퍼의 부족이 있었습니다. 이에 대한 SUMCO 임원들의 최근 실적 회의집단 열어듥,

이번에는 200mm 체적을 늘이는 것은 더 이상 불가능하다. 장비가 이용가능하지 않고, 사용되지 않는 예전 시설도 폐쇄했기 때문입니다. 체적을 늘릴 방법이 없습니다.

그 때는 이 상황이 조금 이상하게 보였습니다. 시장은 이를 위한 지불을 원하고 있습니다. 왜 무시하려고 하는 것일까? 하지만 이 비디오를 만든 후에는 웨이퍼 제조업자들에 대한 더 많은 동정적인 마음을 가지게 되었습니다. 300mm 웨이퍼 전환이 비록 거대한 노력이 들어갔지만, 이 기업들은 그것을 실현하기 위해 천하를 옮겼다. 그들에게 20년 전으로 돌아갈 것을 요구하는 것은 불가능합니다.