Na področju proizvodnje polprevodnikov se tradicionalni model proizvodnje v velikem obsegu z visokimi kapitalskimi naložbami sooča s potencialno revolucijo. Na prihajajočem sejmu "CEATEC 2024" bo organizacija Minimum Wafer Fab Promotion Organization predstavila povsem novo metodo proizvodnje polprevodnikov, ki za litografske procese uporablja ultra majhno opremo za proizvodnjo polprevodnikov. Ta inovacija prinaša izjemne priložnosti za mala in srednje velika podjetja (MSP) ter zagonska podjetja. Ta članek bo združil ustrezne informacije za raziskovanje ozadja, prednosti, izzivov in potencialnega vpliva tehnologije minimalne proizvodnje rezin na polprevodniško industrijo.
Proizvodnja polprevodnikov je panoga, ki zahteva veliko kapitala in tehnologije. Tradicionalno proizvodnja polprevodnikov zahteva velike tovarne in čiste sobe za množično proizvodnjo 12-palčnih rezin. Kapitalska naložba za vsako veliko tovarno rezin pogosto doseže do 2 bilijona jenov (približno 120 milijard RMB), zaradi česar malim in srednje velikim podjetjem ter zagonskim podjetjem otežuje vstop na to področje. Vendar pa se s pojavom tehnologije minimalne proizvodnje rezin ta situacija spreminja.
Tovarne minimalnih rezin so inovativni sistemi za proizvodnjo polprevodnikov, ki uporabljajo 0,5-palčne rezine, kar znatno zmanjša obseg proizvodnje in kapitalske naložbe v primerjavi s tradicionalnimi 12-palčnimi rezinami. Kapitalska naložba v to proizvodno opremo znaša le približno 500 milijonov jenov (približno 23,8 milijona RMB), kar malim in srednje velikim podjetjem ter zagonskim podjetjem omogoča začetek proizvodnje polprevodnikov z nižjo naložbo.
Izvor tehnologije minimalne proizvodnje rezin segajo v raziskovalni projekt, ki ga je leta 2008 začel Nacionalni inštitut za napredno industrijsko znanost in tehnologijo (AIST) na Japonskem. Cilj tega projekta je bil ustvariti nov trend v proizvodnji polprevodnikov z doseganjem večvrstne proizvodnje v majhnih serijah. Pobuda, ki jo je vodilo japonsko ministrstvo za gospodarstvo, trgovino in industrijo, je vključevala sodelovanje med 140 japonskimi podjetji in organizacijami pri razvoju nove generacije proizvodnih sistemov, katerih cilj je bil znatno zmanjšati stroške in tehnične ovire, kar bi proizvajalcem avtomobilov in gospodinjskih aparatov omogočilo proizvodnjo polprevodnikov in senzorjev, ki jih potrebujejo.
Prednosti tehnologije minimalne izdelave rezin:
1. **Znatno zmanjšane kapitalske naložbe:** Tradicionalne velike tovarne rezin zahtevajo kapitalske naložbe, ki presegajo stotine milijard jenov, medtem ko je ciljna naložba za minimalne tovarne rezin le od 1/100 do 1/1000 tega zneska. Ker je vsaka naprava majhna, ni potrebe po velikih tovarniških prostorih ali fotomaskah za izdelavo vezij, kar močno zmanjša obratovalne stroške.
2. **Prilagodljivi in raznoliki proizvodni modeli**: Tovarne z minimalnim številom rezin se osredotočajo na proizvodnjo različnih izdelkov v majhnih serijah. Ta proizvodni model omogoča malim in srednje velikim podjetjem ter zagonskim podjetjem, da hitro prilagodijo in proizvajajo glede na svoje potrebe, s čimer zadovoljujejo tržno povpraševanje po prilagojenih in raznolikih polprevodniških izdelkih.
3. **Poenostavljeni proizvodni procesi:** Proizvodna oprema v tovarnah z minimalnim številom rezin ima enako obliko in velikost za vse procese, transportni kontejnerji (prevozniki) za rezine pa so univerzalni za vsak korak. Ker oprema in prevozniki delujejo v čistem okolju, ni treba vzdrževati velikih čistih prostorov. Ta zasnova znatno zmanjša proizvodne stroške in kompleksnost zaradi lokalizirane čiste tehnologije in poenostavljenih proizvodnih procesov.
4. **Nizka poraba energije in gospodinjska poraba energije**: Proizvodna oprema v tovarnah z minimalno količino rezin ima tudi nizko porabo energije in lahko deluje na standardno gospodinjsko izmenično napetost 100 V. Ta lastnost omogoča uporabo teh naprav v okoljih zunaj čistih prostorov, kar dodatno zmanjšuje porabo energije in obratovalne stroške.
5. **Skrajšani proizvodni cikli:** Proizvodnja polprevodnikov v velikem obsegu običajno zahteva dolg čakalni čas od naročila do dobave, medtem ko lahko tovarne z minimalnim številom rezin dosežejo pravočasno proizvodnjo zahtevane količine polprevodnikov v želenem časovnem okviru. Ta prednost je še posebej očitna na področjih, kot je internet stvari (IoT), ki zahtevajo majhne polprevodniške izdelke z veliko mešanico izdelkov.
**Predstavitev in uporaba tehnologije:**
Na razstavi "CEATEC 2024" je organizacija Minimum Wafer Fab Promotion Organization predstavila postopek litografije z uporabo ultra majhne opreme za proizvodnjo polprevodnikov. Med demonstracijo so bili postavljeni trije stroji za predstavitev postopka litografije, ki je vključeval nanašanje uporovnega premaza, osvetljevanje in razvijanje. Transportni kontejner za rezine (shuttle) je bil držan v roki, nameščen v opremo in aktiviran s pritiskom na gumb. Po končanem delu je bil shuttle dvignjen in nameščen na naslednji napravi. Notranje stanje in napredek vsake naprave sta bila prikazana na njenih monitorjih.
Ko so bili ti trije postopki zaključeni, so rezino pregledali pod mikroskopom, pri čemer so razkrili vzorec z napisom "Srečen noč čarovnic" in ilustracijo buče. Ta demonstracija ni le pokazala izvedljivosti tehnologije minimalne izdelave rezin, temveč je poudarila tudi njeno prilagodljivost in visoko natančnost.
Poleg tega so nekatera podjetja začela eksperimentirati s tehnologijo minimalne proizvodnje rezin. Na primer, Yokogawa Solutions, hčerinsko podjetje Yokogawa Electric Corporation, je predstavilo poenostavljene in estetsko privlačne proizvodne stroje, približno velikosti avtomata za pijačo, od katerih je vsak opremljen s funkcijami za čiščenje, segrevanje in osvetljevanje. Ti stroji dejansko tvorijo proizvodno linijo za proizvodnjo polprevodnikov, minimalna površina, potrebna za proizvodno linijo "mini tovarne rezin", pa je le velikosti dveh teniških igrišč, kar je le 1 % površine 12-palčne tovarne rezin.
Vendar pa se tovarne minimalnih rezin trenutno težko kosajo z velikimi tovarnami polprevodnikov. Ultra fine zasnove vezij, zlasti v naprednih procesnih tehnologijah (kot je 7 nm in manj), so še vedno odvisne od napredne opreme in zmogljivosti velike proizvodnje. Postopki 0,5-palčnih rezin v tovarnah minimalnih rezin so primernejši za izdelavo relativno preprostih naprav, kot so senzorji in MEMS.
Tovarne z minimalnim številom rezin predstavljajo zelo obetaven nov model za proizvodnjo polprevodnikov. Zanje so značilne miniaturizacija, nizki stroški in prilagodljivost, zato se pričakuje, da bodo ponudile nove tržne priložnosti za mala in srednje velika podjetja ter inovativna podjetja. Prednosti tovarn z minimalnim številom rezin so še posebej očitne na specifičnih področjih uporabe, kot so internet stvari, senzorji in MEMS.
V prihodnosti, ko bo tehnologija dozorela in se bo še naprej promovirala, bi lahko minimalne tovarne rezin postale pomembna sila v industriji proizvodnje polprevodnikov. Ne le, da malim podjetjem ponujajo priložnosti za vstop na to področje, temveč lahko tudi spodbudijo spremembe v strukturi stroškov in proizvodnih modelih celotne industrije. Doseganje tega cilja bo zahtevalo več prizadevanj na področju tehnologije, razvoja talentov in izgradnje ekosistema.
Dolgoročno gledano bi lahko uspešna promocija tovarn z minimalnim številom rezin imela velik vpliv na celotno polprevodniško industrijo, zlasti kar zadeva diverzifikacijo dobavne verige, fleksibilnost proizvodnega procesa in nadzor stroškov. Široka uporaba te tehnologije bo pripomogla k nadaljnjim inovacijam in napredku v svetovni polprevodniški industriji.
Čas objave: 14. oktober 2024