Skleněné lahve, staré noviny a použité plastické hmoty již dnes zdaleka nejsou jedinými materiály, které lze s výhodou recyklovat. Použitým silikonovým kotoučům je možno rovněž vdechnout nový elektronický život.
Kotouče se vyrábějí z čistého, jednokrystalového křemíku, jsou přesně obrobeny na jednotnou tloušťku o něco málo než 0,75 mm a na průměr 300 mm. Tato přesnost je nutná, aby povrch kotoučů mohl přijmout elektronické prvky, jako jsou procesory a paměťové čipy počítačů. V současné době se cena nových kotoučů pohybuje kolem 500 euro za kus.
Nejvyšší možný stupeň přesnosti
Výroba čipů zahrnuje četné výrobní postupy, při nichž jsou vybudovány složité obvody po vrstvách za přísně kontrolovaných výrobních podmínek v absolutně čistém prostředí. Takové procesy vyžadují nejvyšší možný stupeň přesnosti, protože moderní mikroelektronické obvody jsou vyrobeny ze součástí, které měří méně než 100 nanometrů, což je tisíckrát jemnější než lidský vlas.
K plnému zobrazení těchto součástí nejsou dostatečné ani standardní mikroskopy. Aby bylo možno sledovat detaily na čipech, je zapotřebí skanovacích elektronických mikroskopů. Je tedy zřejmé, že jakékoliv znečištění nebo nepravidelnosti na povrchu kotouče mohou mít katastrofální dopady při používání zařízení s tak malými součástkami.
Udržování příznivých cen každé další generace osobních počítačů vyžaduje, aby nové součástky byly ještě rychlejší a levnější. Cena za jeden bit umístěných údajů již klesla z 5 centů v roce 1960 na méně než 1/1000 v současné době. Výrobci čipů, kteří chtějí zůstat konkurenceschopnými, musí využít všechny prostředky pro snižování nákladů. A to začíná u výchozího materiálu - silikonového kotouče.
Čím je kotouč větší, tím více obvodů lze osadit, a tím je větší výkon každého výrobního kroku. Z toho důvodu výrobci hromadně vyráběných obvodů přecházejí na průměry kotoučů 300 mm místo dřívějších 200 mm. Z většího kotouče může být vyrobeno více než dvakrát tolik čipů, každý o rozměru lidského nehtu.
Výrobní proces pro tyto větší kotouče je složitější a nákladnější. V technologii, používající 300mm kotouče, představují náklady na materiál zhruba 30 % z celkové hromadné výroby polovodičů.
A přesto méně než polovina silikonových kotoučů skutečně končí jako použitelné čipy. Třetina z nich je zapotřebí pro zkoušky, 8 % pro vývojové práce a zbytek jsou zmetky.
Wafer Reclaim
Při tak ceně kotoučů a vysokém odpadu dává smysl se pokusit je znovu využítvat. Technický termín pro recyklování cenných silikonových kotoučů je "wafer reclaim".
Silikonové kotouče vypadají jako kruhová zrcadla o velikosti pizzy. Použité, zmetkové a zkušební kotouče z výroby integrovaných obvodů jsou zpracovávány v nesmírně hygienických podmínkách čisté výroby. Každý kotouč prochází specifickou sérií leptacích, leštících a čistících procesů, aby se odstranilo vše, co bylo na jejich povrchu. Současně je přivedena geometrie kotoučů zpět do požadovaného tvaru.
Recyklační linka v Ústavu pro integrované systémy a řízení v Erlagenu (SRN) má kapacitu něco přes tisíc kotoučů týdně. Prvním krokem je vždy podrobit použité kotouče velmi detailnímu, pečlivému přezkoušení. Specialisté potom využívají získanou informaci pro stanovení postupu.
Nejdříve je nutno přeleštit, případně odleptat již použité vrstvy a povlaky a potom provést počáteční čištění za použití speciálně upravených chemikálií. Takto vyčištěné kotouče jsou leštěny do dokonale hladkého povrchu za použití jemného leštidla, které upravuje povrch zároveň chemicky a mechanicky tak, aby odpovídal specifikacím zákazníka. Požadavky na kvalitu se netýkají pouze hladkosti povrchu, ale též stavu celého kotouče.
Nejsou povoleny jakékoliv významné odklony od geometrie této jemné součástky, ani místně nebo celkově po celém kotouči. Kotouč je podroben zkoušce, při níž namátková sonda s elektronickými snímači snímá 69 bezkontaktních měření současně, aby se zjistilo, zda je kotouč po celém povrchu dokonale plochý. Povolená odchylka od ideální hladkosti je v oblasti několika tisícin milimetru.
Jestliže kotouč projde touto zkouškou, je podroben dalším přezkoušením, které mají zjistit mechanické a chemické vlastnosti povrchu. Jeden z přístrojů vyhledává možné škrábance a mikroskopické vady povrchu. Jiné přístroje zkouší přítomnost anorganických kontaminací různými roztoky nebo přezkušují kotouč RTG paprsky. Za pomoci laserů je možno zjistit distribuci případných nečistot ve struktuře mřížky křemíkového krystalu.
Nakonec zákazník dostává kotouč, který je "stejně dobrý jako nový" za poloviční cenu nového kotouče. Recyklované kotouče jsou nepatrně tenčí než nové, protože recyklační proces zahrnuje odstranění velmi tenké vrstvy z původního povrchu - ale několik tisícin milimetru představuje poměrně bezvýznamnou část z původní tloušťky, která byla o něco přes tři čtvrtě mm. Díky tomu může být recyklační proces opakován mnohokrát, než je kotouč příliš tenký pro další recyklování.
