В области производства полупроводников традиционная крупномасштабная модель производства с высокими капиталовложениями сталкивается с потенциальной революцией. С предстоящей выставкой "CEATEC 2024" Организация по продвижению минимальной полупроводниковой фабрики демонстрирует совершенно новый метод производства полупроводников, который использует сверхмалое полупроводниковое производственное оборудование для процессов литографии. 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 минимальной полупроводниковой фабрики на полупроводниковую промышленность.
Производство полупроводников — это очень капиталоемкая и технологически емкая отрасль. Традиционно для массового производства 12-дюймовых пластин требуются крупные заводы и чистые помещения. Капитальные вложения в каждую крупную фабрику по производству пластин часто достигают 2 триллионов иен (примерно 120 миллиардов юаней), что затрудняет выход в эту сферу для МСП и стартапов. Однако с появлением минимальной технологии фабрик по производству пластин эта ситуация меняется.
Минимальные фабрики по производству полупроводников — это инновационные системы производства полупроводников, которые используют 0,5-дюймовые пластины, что значительно сокращает масштаб производства и капитальные вложения по сравнению с традиционными 12-дюймовыми пластинами. Капитальные вложения в это производственное оборудование составляют всего около 500 миллионов иен (примерно 23,8 миллиона юаней), что позволяет МСП и стартапам начать производство полупроводников с меньшими инвестициями.
Истоки технологии минимального производства пластин можно проследить до исследовательского проекта, инициированного Национальным институтом передовой промышленной науки и технологий (AIST) в Японии в 2008 году. Целью этого проекта было создание новой тенденции в производстве полупроводников путем достижения многовариантного мелкосерийного производства. Инициатива, возглавляемая Министерством экономики, торговли и промышленности Японии, включала сотрудничество между 140 японскими компаниями и организациями для разработки нового поколения производственных систем, направленных на значительное снижение затрат и технических барьеров, что позволило производителям автомобилей и бытовой техники производить необходимые им полупроводники и датчики.
**Преимущества технологии минимального производства пластин:**
1. **Значительно сниженные капиталовложения:** Традиционные крупные фабрики пластин требуют капиталовложений, превышающих сотни миллиардов иен, в то время как целевые инвестиции для минимальных фабрик пластин составляют всего 1/100–1/1000 этой суммы. Поскольку каждое устройство небольшое, нет необходимости в больших производственных площадях или фотошаблонах для формирования схем, что значительно снижает эксплуатационные расходы.
2. **Гибкие и разнообразные модели производства:** Минимальные фабрики пластин сосредоточены на производстве различных мелкосерийных продуктов. Эта производственная модель позволяет МСП и стартапам быстро настраивать и производить в соответствии со своими потребностями, удовлетворяя рыночный спрос на индивидуальные и разнообразные полупроводниковые продукты.
3. **Упрощенные производственные процессы:** Производственное оборудование на минимальных фабриках пластин имеет одинаковую форму и размер для всех процессов, а контейнеры для транспортировки пластин (шаттлы) универсальны для каждого этапа. Поскольку оборудование и шаттлы работают в чистой среде, нет необходимости поддерживать большие чистые помещения. Такая конструкция значительно снижает производственные затраты и сложность за счет локализованной чистой технологии и упрощенных производственных процессов.
4. **Низкое энергопотребление и использование бытовой энергии:** Производственное оборудование на минимальных фабриках пластин также отличается низким энергопотреблением и может работать от стандартной бытовой сети переменного тока 100 В. Эта характеристика позволяет использовать эти устройства в средах за пределами чистых помещений, что дополнительно снижает потребление энергии и эксплуатационные расходы.
5. **Сокращенные циклы производства:** Крупномасштабное производство полупроводников обычно требует длительного времени ожидания от заказа до поставки, в то время как фабрики с минимальным количеством пластин могут обеспечить своевременное производство требуемого количества полупроводников в желаемые сроки. Это преимущество особенно очевидно в таких областях, как Интернет вещей (IoT), где требуются небольшие, высокосмешанные полупроводниковые продукты.
**Демонстрация и применение технологии:**
На выставке «CEATEC 2024» организация Minimum Wafer Fab Promotion Organization продемонстрировала процесс литографии с использованием сверхмалого оборудования для производства полупроводников. Во время демонстрации были установлены три машины для демонстрации процесса литографии, который включал нанесение резистивного покрытия, экспонирование и проявление. Транспортный контейнер для пластин (шаттл) держали в руке, помещали в оборудование и активировали нажатием кнопки. После завершения шаттл поднимали и устанавливали на следующее устройство. Внутреннее состояние и ход выполнения каждого устройства отображались на соответствующих мониторах.
После завершения этих трех процессов пластину осмотрели под микроскопом, обнаружив рисунок со словами «Счастливого Хэллоуина» и иллюстрацией тыквы. Эта демонстрация не только продемонстрировала осуществимость минимальной технологии производства пластин, но и подчеркнула ее гибкость и высокую точность.
Кроме того, некоторые компании начали экспериментировать с технологией минимального производства пластин. Например, Yokogawa Solutions, дочерняя компания Yokogawa Electric Corporation, запустила модернизированные и эстетически привлекательные производственные машины, размером примерно с торговый автомат по продаже напитков, каждая из которых оснащена функциями очистки, нагрева и экспозиции. Эти машины фактически образуют производственную линию по производству полупроводников, а минимальная площадь, необходимая для производственной линии «мини-производства пластин», составляет всего лишь размер двух теннисных кортов, всего 1% от площади 12-дюймового производства пластин.
Однако минимальные фабрики пластин в настоящее время испытывают трудности в конкуренции с крупными полупроводниковыми фабриками. Сверхтонкие схемы, особенно в передовых технологических процессах (таких как 7 нм и ниже), по-прежнему полагаются на передовое оборудование и возможности крупномасштабного производства. Процессы 0,5-дюймовых пластин минимальных фабрик пластин больше подходят для производства относительно простых устройств, таких как датчики и MEMS.
Минимальные фабрики пластин представляют собой многообещающую новую модель для производства полупроводников. Характеризуясь миниатюризацией, низкой стоимостью и гибкостью, они, как ожидается, откроют новые рыночные возможности для МСП и инновационных компаний. Преимущества минимальных фабрик пластин особенно очевидны в таких областях применения, как IoT, датчики и MEMS.
В будущем, по мере развития и дальнейшего продвижения технологии, минимальные фабрики пластин могут стать важной силой в отрасли производства полупроводников. Они не только предоставляют малому бизнесу возможности войти в эту область, но и могут способствовать изменениям в структуре затрат и моделях производства всей отрасли. Достижение этой цели потребует больше усилий в области технологий, развития талантов и создания экосистемы.
В долгосрочной перспективе успешное продвижение минимального количества 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 дальнейшему развитию инноваций и прогрессу в мировой полупроводниковой промышленности.
Время публикации: 14 октября 2024 г.