Inom halvledartillverkning står den traditionella storskaliga tillverkningsmodellen med höga kapitalinvesteringar inför en potentiell revolution. Med den kommande utställningen "CEATEC 2024" visar Minimum Wafer Fab Promotion Organization upp en helt ny halvledartillverkningsmetod som använder ultraliten halvledartillverkningsutrustning för litografiprocesser. Denna innovation ger oöverträffade möjligheter för små och medelstora företag (SMF) och startups. Den här artikeln kommer att sammanfatta relevant information för att utforska bakgrunden, fördelarna, utmaningarna och den potentiella effekten av minimum wafer fab-tekniken på halvledarindustrin.
Halvledartillverkning är en mycket kapital- och teknikintensiv industri. Traditionellt sett kräver halvledartillverkning stora fabriker och renrum för att massproducera 12-tums wafers. Kapitalinvesteringen för varje stor waferfabrik uppgår ofta till upp till 2 biljoner yen (cirka 120 miljarder RMB), vilket gör det svårt för små och medelstora företag och startups att komma in på detta område. Men med framväxten av minimal waferfabrikationsteknik förändras denna situation.
Minimum wafer fabs är innovativa halvledartillverkningssystem som använder 0,5-tums wafers, vilket avsevärt minskar produktionsskalan och kapitalinvesteringarna jämfört med traditionella 12-tums wafers. Kapitalinvesteringen för denna tillverkningsutrustning är endast cirka 500 miljoner yen (cirka 23,8 miljoner RMB), vilket gör det möjligt för små och medelstora företag och startups att starta halvledartillverkning med en lägre investering.
Ursprunget till minimiwafertillverkningstekniken kan spåras tillbaka till ett forskningsprojekt som initierades av National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST) i Japan år 2008. Projektet syftade till att skapa en ny trend inom halvledartillverkning genom att uppnå produktion i små serier av flera varianter. Initiativet, som leddes av Japans ministerium för ekonomi, handel och industri, involverade samarbete mellan 140 japanska företag och organisationer för att utveckla en ny generation av tillverkningssystem, med syftet att avsevärt minska kostnader och tekniska hinder, vilket gör det möjligt för tillverkare av fordons- och hushållsapparater att producera de halvledare och sensorer de behöver.
**Fördelar med Minimum Wafer Fab-teknik:**
1. **Avsevärt minskade kapitalinvesteringar:** Traditionella stora waferfabriker kräver kapitalinvesteringar som överstiger hundratals miljarder yen, medan målinvesteringen för minimala waferfabriker endast är 1/100 till 1/1000 av det beloppet. Eftersom varje enhet är liten finns det inget behov av stora fabriksutrymmen eller fotomasker för kretsbildning, vilket kraftigt minskar driftskostnaderna.
2. **Flexibla och mångsidiga produktionsmodeller:** Minimiwaferfabriker fokuserar på att tillverka en mängd olika småskaliga produkter. Denna produktionsmodell gör det möjligt för små och medelstora företag och startups att snabbt anpassa och producera efter sina behov och möta marknadens efterfrågan på kundanpassade och mångsidiga halvledarprodukter.
3. **Förenklade produktionsprocesser:** Tillverkningsutrustningen i minimifabriker för wafers har samma form och storlek för alla processer, och wafertransportbehållarna (shuttles) är universella för varje steg. Eftersom utrustningen och shuttlarna arbetar i en ren miljö finns det inget behov av att underhålla stora renrum. Denna design minskar tillverkningskostnader och komplexitet avsevärt genom lokaliserad ren teknik och förenklade produktionsprocesser.
4. **Låg strömförbrukning och hushållsströmförbrukning:** Tillverkningsutrustningen i minimiwaferfabriker har också låg strömförbrukning och kan drivas med vanlig hushållsström på 100 V växelström. Denna egenskap gör att dessa enheter kan användas i miljöer utanför renrum, vilket ytterligare minskar energiförbrukningen och driftskostnaderna.
5. **Förkortade tillverkningscykler:** Storskalig halvledartillverkning kräver vanligtvis en lång väntetid från beställning till leverans, medan minimifabriker av wafers kan uppnå produktion i tid av den erforderliga mängden halvledare inom önskad tidsram. Denna fördel är särskilt tydlig inom områden som sakernas internet (IoT), som kräver små halvledarprodukter med hög mix.
**Demonstration och tillämpning av teknik:**
På utställningen "CEATEC 2024" demonstrerade Minimum Wafer Fab Promotion Organization litografiprocessen med hjälp av ultraliten utrustning för halvledartillverkning. Under demonstrationen placerades tre maskiner för att visa upp litografiprocessen, som inkluderade resistbeläggning, exponering och framkallning. Wafertransportbehållaren (skytteln) hölls i handen, placerades i utrustningen och aktiverades med en knapptryckning. Efter avslutad process plockades skytteln upp och ställdes in på nästa enhet. Den interna statusen och förloppet för varje enhet visades på respektive skärm.
När dessa tre processer var slutförda inspekterades wafern under ett mikroskop, vilket avslöjade ett mönster med orden "Glad Halloween" och en pumpaillustration. Denna demonstration visade inte bara genomförbarheten av minimum wafer fab-teknik utan lyfte också fram dess flexibilitet och höga precision.
Dessutom har vissa företag börjat experimentera med minimiwaferfabrikationsteknik. Till exempel har Yokogawa Solutions, ett dotterbolag till Yokogawa Electric Corporation, lanserat strömlinjeformade och estetiskt tilltalande tillverkningsmaskiner, ungefär lika stora som en dryckesautomat, var och en utrustad med funktioner för rengöring, uppvärmning och exponering. Dessa maskiner bildar i praktiken en produktionslinje för halvledartillverkning, och den minsta yta som krävs för en "miniwaferfabrik" är bara lika stor som två tennisbanor, bara 1 % av ytan för en 12-tums waferfabrik.
Minimalwaferfabriker kämpar dock för närvarande för att konkurrera med stora halvledarfabriker. Ultrafina kretsdesigner, särskilt inom avancerade processtekniker (som 7 nm och lägre), är fortfarande beroende av avancerad utrustning och storskalig tillverkningskapacitet. 0,5-tums waferprocesserna hos minimalwaferfabriker är mer lämpade för tillverkning av relativt enkla enheter, såsom sensorer och MEMS.
Minimiwaferfabriker representerar en mycket lovande ny modell för halvledartillverkning. De kännetecknas av miniatyrisering, låg kostnad och flexibilitet och förväntas ge nya marknadsmöjligheter för små och medelstora företag och innovativa företag. Fördelarna med minimiwaferfabriker är särskilt tydliga inom specifika tillämpningsområden som IoT, sensorer och MEMS.
I framtiden, allt eftersom tekniken mognar och marknadsförs ytterligare, kan minimiwaferfabriker bli en viktig kraft inom halvledartillverkningsindustrin. De ger inte bara småföretag möjligheter att komma in på detta område utan kan också driva på förändringar i kostnadsstrukturen och produktionsmodellerna för hela branschen. För att uppnå detta mål kommer det att krävas mer insatser inom teknik, talangutveckling och ekosystembyggande.
På lång sikt kan en framgångsrik marknadsföring av minimiwaferfabriker ha en djupgående inverkan på hela halvledarindustrin, särskilt när det gäller diversifiering av leveranskedjor, flexibilitet i tillverkningsprocesser och kostnadskontroll. Den utbredda tillämpningen av denna teknik kommer att bidra till ytterligare innovation och framsteg inom den globala halvledarindustrin.
Publiceringstid: 14 oktober 2024