¿Por qué las fábricas se molestan en imprimir circuitos justo hasta los bordes de una oblea cuando saben que las matrices parciales se descartarán más tarde?

Question

Alrededor del borde de una oblea (ver imagen a continuación) observará que hay muchos dados parciales. Parece ser un desperdicio usar la máquina de litografía para imprimir estos dados parciales porque serán descartados más tarde. Seguramente los motores paso a paso que mueven la oblea podrían ser programados para detenerse solo en aquellas ubicaciones donde quepa un dado completo en la oblea. De esta manera utilizarían la máquina de litografía de manera más eficiente.

¿Por qué en cambio imprimen dados hasta los bordes?

En este video de CNBC, puedes ver cómo una máquina de litografía moderna mueve la oblea para imprimir dados secuencialmente. (Nota: No tengo ninguna relación con CNBC o cualquier empresa en la industria de fabricación de chips)

Answer 1

No estoy seguro de todas las razones, pero una razón es que el campo escalonado no siempre contiene solo un dado: puedes tener cuatro dados en un arreglo de 2×2 por campo, y generalmente vale la pena obtener el dado extra incluso si los otros tres se cortan.

En el extremo, tienes la situación utilizada en los escenarios de mayor producción en masa (al menos en nodos de procesamiento más grandes; no sé nada sobre los nodos de proceso modernos), donde la oblea completa se imagina de una vez con una sola máscara con una cantidad de dados equivalente a toda la oblea. En ese caso, no hay beneficio (al menos que yo sepa) de tener la máscara única que contenga dados fuera del borde de la oblea, pero tampoco hay daño--todavía solo se imagina la oblea una sola vez por máscara, así que no es como si estuvieras añadiendo tiempo extra bajo el escalonador.

Y finalmente: ¡No siempre lo hacen! Una de las fábricas donde se hacen las obleas en mi lugar de trabajo no imagina hasta el borde; incluso cuando un campo tendría algunos dados completos en él, si está fuera del borde de la oblea, se deja afuera. Sin embargo, esto podría ser solo porque es un proceso experimental (el dispositivo que estamos fabricando es algo extraño que necesita un proceso personalizado), y el rendimiento ya es lo suficientemente bajo (por el momento; estamos trabajando en eso) que la mayoría de los dados más cercanos al borde de todos modos no son funcionales, así que los que están aún más cerca definitivamente no funcionarían.

Answer 2

Simplificando, la retícula tiene cientos de copias del dado en ella, y la retícula es de un tamaño estándar tanto para dados grandes como pequeños, lo que significa que sería más trabajo evitar hacer fotolitografía en los bordes que simplemente hacerlo a ciegas.

Esto se aplica a todas las capas del proceso, desde el dopado hasta la metalización. Los dados en los bordes se hacen simplemente porque sería más complicado no hacerlos.

Editar: Soy diseñador de circuitos integrados y en la universidad trabajé en el departamento de fotolitografía de una fábrica de IC. Lo último que hacemos después del diseño/distribución/verificación y antes de enviar nuestras retículas a fabricarse es una inspección visual final capa por capa de la retícula, que contiene grandes matrices del dado a un tamaño total fijo. Las retículas tienen un tamaño fijo, la magnificación de la fotolitografía es un tamaño fijo, y por lo tanto las máquinas de fotolitografía tardan un tiempo fijo en procesar una oblea individual.

Para un tamaño de dado muy grande, se produce más pérdida de rendimiento basada en los bordes. Esto también es cierto para obleas más pequeñas. Hasta que saquen al mercado una oblea de silicio cuadrada, lo mejor que puedes hacer es mantener el tamaño de tu dado pequeño en relación al tamaño de tu oblea, al menos en tu entorno de producción.

Editar 2: para ampliar sobre "Los dados en los bordes se hacen simplemente porque sería más complicado no hacerlos", quiero decir que si no escalonaras tu retícula para que llegara hasta la esquina, tendrías que cambiar tu patrón de escalonamiento para evitar completamente las esquinas y sufrir pérdidas de rendimiento de los dados completos que se habrían hecho desde las esquinas internas de esas retículas, o diseñar retículas personalizadas que tuvieras que intercambiar cuando llegaras a los bordes de la oblea. El costo marginal de escalonar unos campos extra es casi nulo (quizás un par de segundos en total en la máquina de litografía), y en general te brinda unidades extras, especialmente para partes de tamaño de dado pequeño.

Answer 3

La explicación en esta respuesta es plausible: se imagina a la vez un rectángulo con la imagen de varios chips. Se da un paso si algún chip imaginado en el paso estaría completamente en la oblea, a menudo resultando en chips parcialmente en la oblea.

Solo cuando un paso no contenga ningún chip completamente en la oblea, se deja un área de la oblea sin grabar. Esto ocurre, pero solo raramente si el área de imagen es grande. La foto debajo se explica adecuadamente si se imagina 3 chips horizontalmente a la vez, y 2 o 4 verticalmente (las últimas 3 columnas son de 16 chips de altura) Fuente: Comunicado de prensa de Somos

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Sin embargo, esa explicación no parece aplicarse a la siguiente imagen, donde el número de chips horizontalmente debe dividir 3 y 2, por lo tanto debe ser 1; y también debe ser 1 verticalmente.

Fuente: Material de prensa de ST Microelectronics

Answer 4

Imagina una hoja de papel en la que quieres imprimir varias copias de una imagen:

Puedes cortar el papel en cuadrados para que encaje perfectamente la imagen, pero estarías desperdiciando papel. Imprimir la imagen justo hasta los bordes podría parecer también un desperdicio, pero utiliza el papel de manera más eficiente. De manera similar, en la fabricación de semiconductores, maximizar la utilización de la oblea es crucial para la rentabilidad, incluso si significa imprimir algunos troqueles parciales.

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Las obleas circulares son el estándar en la industria debido a su uso eficiente del material de silicio. Cortar la oblea en cuadrados antes de imprimir los troqueles dejaría un significativo silicio no utilizado en las esquinas, aumentando el desperdicio. Algunos procesos de fabricación de semiconductores pueden ser sensibles a la densidad del patrón alrededor del troquel. Imprimir troqueles parciales crea una zona de amortiguación, mitigando estos efectos de borde y garantizando una calidad consistente para los troqueles utilizables.