В области производства полупроводников традиционная модель крупномасштабного производства с высокими капиталовложениями переживает потенциальную революцию. На предстоящей выставке «CEATEC 2024» Организация по продвижению фабрики по производству полупроводников (Minimal Wafer Fab Promotion Organization) демонстрирует совершенно новый метод производства полупроводников, в котором для процессов литографии используется сверхмалое оборудование для производства полупроводников. Это нововведение открывает беспрецедентные возможности для малых и средних предприятий (МСП) и стартапов. В этой статье будет обобщена соответствующая информация для изучения предыстории, преимуществ, проблем и потенциального влияния технологии минимального производства пластин на полупроводниковую промышленность.
Производство полупроводников — весьма капиталоемкая и технологичная отрасль. Традиционно производство полупроводников требует больших заводов и чистых помещений для массового производства 12-дюймовых пластин. Капитальные вложения в каждую крупную фабрику по производству пластин часто достигают 2 триллионов иен (около 120 миллиардов юаней), что затрудняет выход в эту область МСП и стартапов. Однако с появлением технологии производства минимальных пластин ситуация меняется.
Фабрики с минимальными пластинами — это инновационные системы производства полупроводников, в которых используются пластины диаметром 0,5 дюйма, что значительно снижает масштабы производства и капитальные вложения по сравнению с традиционными 12-дюймовыми пластинами. Капитальные вложения в это производственное оборудование составляют всего около 500 миллионов иен (приблизительно 23,8 миллиона юаней), что позволяет малым и средним предприятиям и стартапам начать производство полупроводников с меньшими инвестициями.
Истоки технологии производства минимальных пластин можно проследить до исследовательского проекта, инициированного Национальным институтом передовых промышленных наук и технологий (AIST) в Японии в 2008 году. Этот проект был направлен на создание новой тенденции в производстве полупроводников путем достижения многовариантности. , мелкосерийное производство. Инициатива, возглавляемая Министерством экономики, торговли и промышленности Японии, предполагает сотрудничество между 140 японскими компаниями и организациями для разработки нового поколения производственных систем с целью значительного снижения затрат и технических барьеров, позволяя производителям автомобилей и бытовой техники производить полупроводники. и датчики, которые им нужны.
**Преимущества технологии минимального производства пластин:**
1. **Значительно сокращенные капитальные вложения.** Традиционные крупные производства пластин требуют капиталовложений, превышающих сотни миллиардов иен, в то время как целевые инвестиции в фабрики с минимальными пластинами составляют всего от 1/100 до 1/1000 от этой суммы. Поскольку каждое устройство имеет небольшие размеры, нет необходимости в больших производственных площадях или фотомасках для формирования схем, что значительно снижает эксплуатационные расходы.
2. **Гибкие и разнообразные модели производства.** Фабрики по производству пластин ориентированы на производство разнообразной мелкосерийной продукции. Эта производственная модель позволяет МСП и стартапам быстро адаптироваться и производить продукцию в соответствии со своими потребностями, удовлетворяя рыночный спрос на индивидуальные и разнообразные полупроводниковые продукты.
3. **Упрощенные производственные процессы:** Производственное оборудование на фабриках по производству пластин имеет одинаковую форму и размер для всех процессов, а контейнеры для транспортировки пластин (челноки) универсальны для каждого этапа. Поскольку оборудование и челноки работают в чистой среде, нет необходимости содержать в чистоте большие помещения. Такая конструкция значительно снижает производственные затраты и сложность благодаря локализованной экологически чистой технологии и упрощению производственных процессов.
4. **Низкое энергопотребление и бытовое использование:** Производственное оборудование на фабриках по производству пластин также отличается низким энергопотреблением и может работать от стандартной бытовой сети переменного тока 100 В. Эта характеристика позволяет использовать эти устройства за пределами чистых помещений, что еще больше снижает потребление энергии и эксплуатационные расходы.
5. **Сокращенные производственные циклы.** Крупномасштабное производство полупроводников обычно требует длительного времени ожидания от заказа до доставки, в то время как минимальное количество заводов по производству пластин позволяет обеспечить своевременное производство необходимого количества полупроводников в желаемые сроки. Это преимущество особенно очевидно в таких областях, как Интернет вещей (IoT), где требуются небольшие и сложные полупроводниковые продукты.
**Демонстрация и применение технологий:**
На выставке «CEATEC 2024» Организация по продвижению фабрики по производству минимальных пластин продемонстрировала процесс литографии с использованием сверхмалого оборудования для производства полупроводников. Во время демонстрации были установлены три машины для демонстрации процесса литографии, который включал в себя покрытие резистом, экспонирование и проявление. Контейнер для транспортировки пластин (челнок) держали в руке, помещали в оборудование и активировали нажатием кнопки. После завершения шаттл подхватили и установили на следующий аппарат. Внутреннее состояние и прогресс каждого устройства отображались на соответствующих мониторах.
После того, как эти три процесса были завершены, пластину осмотрели под микроскопом, обнаружив узор с надписью «Счастливого Хэллоуина» и иллюстрацией тыквы. Эта демонстрация не только продемонстрировала осуществимость технологии производства минимальных пластин, но также подчеркнула ее гибкость и высокую точность.
Кроме того, некоторые компании начали экспериментировать с технологией производства минимальных пластин. Например, Yokogawa Solutions, дочерняя компания Yokogawa Electric Corporation, выпустила оптимизированные и эстетичные производственные машины размером примерно с автомат по продаже напитков, каждое из которых оснащено функциями очистки, нагрева и экспонирования. Эти машины эффективно образуют производственную линию по производству полупроводников, а минимальная площадь, необходимая для производственной линии «мини-фабрики по производству пластин», составляет всего лишь два теннисных корта, что составляет всего 1% площади фабрики по производству 12-дюймовых пластин.
Однако в настоящее время фабрики по производству минимальных пластин с трудом могут конкурировать с крупными заводами по производству полупроводников. Проектирование сверхтонких схем, особенно в области передовых технологических процессов (таких как 7 нм и ниже), по-прежнему зависит от передового оборудования и крупномасштабных производственных возможностей. 0,5-дюймовые пластины на фабриках с минимальными пластинами больше подходят для производства относительно простых устройств, таких как датчики и МЭМС.
Фабрики по производству минимальных пластин представляют собой весьма многообещающую новую модель производства полупроводников. Ожидается, что они, характеризующиеся миниатюризацией, низкой стоимостью и гибкостью, предоставят новые рыночные возможности МСП и инновационным компаниям. Преимущества фабрик с минимальным количеством пластин особенно очевидны в конкретных областях применения, таких как Интернет вещей, датчики и МЭМС.
В будущем, по мере развития и дальнейшего продвижения технологии, фабрики по производству минимальных пластин могут стать важной силой в индустрии производства полупроводников. Они не только предоставляют малому бизнесу возможности войти в эту область, но также могут привести к изменениям в структуре затрат и моделях производства во всей отрасли. Достижение этой цели потребует дополнительных усилий в области технологий, развития талантов и создания экосистемы.
В долгосрочной перспективе успешное продвижение производства минимальных пластин может оказать глубокое влияние на всю полупроводниковую промышленность, особенно с точки зрения диверсификации цепочки поставок, гибкости производственного процесса и контроля затрат. Широкое применение этой технологии будет способствовать дальнейшим инновациям и прогрессу в мировой полупроводниковой промышленности.
Время публикации: 25 октября 2024 г.