Na področju proizvodnje polprevodnikov se tradicionalni obsežni proizvodni model z velikimi kapitalskimi naložbami sooča s potencialno revolucijo. S prihajajočo razstavo "CEATEC 2024" Minimum Wafer Fab Promotion Organisation predstavlja popolnoma nov način izdelave polprevodnikov, ki uporablja ultra-majhno opremo za proizvodnjo polprevodnikov za litografske procese. Ta inovacija prinaša priložnosti brez primere za mala in srednje velika podjetja (MSP) ter zagonska podjetja. Ta članek bo sintetiziral ustrezne informacije za raziskovanje ozadja, prednosti, izzivov in potencialnega vpliva tehnologije minimalne proizvodnje rezin na industrijo polprevodnikov.
Proizvodnja polprevodnikov je kapitalsko in tehnološko zelo intenzivna panoga. Tradicionalno proizvodnja polprevodnikov zahteva velike tovarne in čiste prostore za množično proizvodnjo 12-palčnih rezin. Kapitalski vložek za vsako veliko tovarno rezin pogosto doseže do 2 bilijona jenov (približno 120 milijard RMB), kar malim in srednje velikim podjetjem ter novoustanovljenim podjetjem otežuje vstop na to področje. Vendar se s pojavom tehnologije minimalne tovarne rezin to stanje spreminja.
Minimum wafer fabs so inovativni sistemi za proizvodnjo polprevodnikov, ki uporabljajo 0,5-palčne rezine, kar bistveno zmanjša obseg proizvodnje in kapitalske naložbe v primerjavi s tradicionalnimi 12-palčnimi rezinami. Kapitalska naložba za to proizvodno opremo znaša le okoli 500 milijonov jenov (približno 23,8 milijona RMB), kar malim in srednjim podjetjem ter zagonskim podjetjem omogoča, da začnejo proizvodnjo polprevodnikov z nižjo naložbo.
Začetke tehnologije minimalne tovarne rezin lahko izsledimo v raziskovalnem projektu, ki ga je leta 2008 začel Nacionalni inštitut za napredne industrijske znanosti in tehnologijo (AIST) na Japonskem. Cilj tega projekta je bil ustvariti nov trend v proizvodnji polprevodnikov z doseganjem več variant , maloserijska proizvodnja. Pobuda, ki jo je vodilo japonsko ministrstvo za gospodarstvo, trgovino in industrijo, je vključevala sodelovanje med 140 japonskimi podjetji in organizacijami za razvoj nove generacije proizvodnih sistemov, s ciljem občutnega zmanjšanja stroškov in tehničnih ovir, kar bi proizvajalcem avtomobilov in gospodinjskih aparatov omogočilo proizvodnjo polprevodnikov in senzorje, ki jih potrebujejo.
**Prednosti tehnologije Minimum Wafer Fab:**
1. **Bitno zmanjšana kapitalska naložba:** Tradicionalne velike tovarne rezin zahtevajo kapitalske naložbe, ki presegajo stotine milijard jenov, medtem ko je ciljna naložba za minimalne tovarne rezin le 1/100 do 1/1000 tega zneska. Ker je vsaka naprava majhna, ni potrebe po velikih tovarniških prostorih ali fotomaskah za oblikovanje vezja, kar močno zmanjša operativne stroške.
2. **Fleksibilni in raznoliki proizvodni modeli:** Minimalne tovarne rezin se osredotočajo na proizvodnjo različnih izdelkov v majhnih serijah. Ta proizvodni model omogoča malim in srednje velikim podjetjem ter novoustanovljenim podjetjem, da se hitro prilagodijo in proizvedejo v skladu s svojimi potrebami, s čimer izpolnjujejo povpraševanje trga po prilagojenih in raznolikih polprevodniških izdelkih.
3. **Poenostavljeni proizvodni procesi:** Proizvodna oprema v tovarnah minimalnih rezin ima enako obliko in velikost za vse postopke, vsebniki za transport rezin (čolniki) pa so univerzalni za vsak korak. Ker oprema in avtobusi delujejo v čistem okolju, ni potrebe po vzdrževanju velikih čistih prostorov. Ta zasnova znatno zmanjša proizvodne stroške in kompleksnost z lokalizirano čisto tehnologijo in poenostavljenimi proizvodnimi procesi.
4. **Nizka poraba energije in uporaba električne energije v gospodinjstvu:** Proizvodna oprema v tovarnah minimalnih rezin ima tudi nizko porabo energije in lahko deluje na standardno gospodinjsko napajanje AC100 V. Ta lastnost omogoča uporabo teh naprav v okoljih zunaj čistih prostorov, kar dodatno zmanjša porabo energije in obratovalne stroške.
5. **Skrajšani proizvodni cikli:** Proizvodnja polprevodnikov v velikem obsegu običajno zahteva dolgo čakalno dobo od naročila do dostave, medtem ko lahko proizvajalci minimalnih 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 visoko mešanico.
**Demonstracija in uporaba tehnologije:**
Na razstavi "CEATEC 2024" je Minimum Wafer Fab Promotion Organisation prikazala postopek litografije z uporabo ultra-majhne opreme za proizvodnjo polprevodnikov. Med predstavitvijo so bili postavljeni trije stroji za predstavitev postopka litografije, ki je vključeval nanos uporne plasti, osvetlitev in razvijanje. Posodo za transport rezin (shuttle) smo prijeli v roko, jo položili v opremo in jo aktivirali s pritiskom na gumb. Po zaključku je bil shuttle dvignjen in nastavljen na naslednjo napravo. Notranje stanje in napredek vsake naprave sta bila prikazana na ustreznem monitorju.
Ko so bili ti trije procesi zaključeni, so rezino pregledali pod mikroskopom in razkrili vzorec z napisom "Happy Halloween" in ilustracijo buče. Ta predstavitev ni samo prikazala izvedljivosti tehnologije minimalne tovarne rezin, ampak je tudi poudarila njeno prilagodljivost in visoko natančnost.
Poleg tega so nekatera podjetja začela eksperimentirati s tehnologijo minimalne proizvodnje rezin. Na primer, Yokogawa Solutions, hčerinska družba Yokogawa Electric Corporation, je lansirala poenostavljene in estetsko prijetne proizvodne stroje, približno velikosti prodajnih avtomatov za pijačo, od katerih je vsak opremljen s funkcijami za čiščenje, ogrevanje in izpostavljanje. Ti stroji dejansko tvorijo proizvodno linijo za proizvodnjo polprevodnikov, minimalna površina, ki je potrebna za proizvodno linijo "mini wafer fab", pa je le velikost dveh teniških igrišč, le 1 % površine 12-palčne tovarne rezin.
Vendar pa se proizvajalci minimalnih rezin trenutno borijo za konkurenco velikim tovarnam polprevodnikov. Izjemno fine zasnove vezij, zlasti v naprednih procesnih tehnologijah (kot je 7nm in manj), so še vedno odvisne od napredne opreme in obsežnih proizvodnih zmogljivosti. Postopki 0,5-palčnih rezin minimalnih tovarn rezin so bolj primerni za proizvodnjo relativno preprostih naprav, kot so senzorji in MEMS.
Minimalne tovarne rezin predstavljajo zelo obetaven nov model za proizvodnjo polprevodnikov. Zanje so značilni miniaturizacija, nizki stroški in prilagodljivost, zato naj bi zagotovili nove tržne priložnosti za MSP in inovativna podjetja. Prednosti minimalnih tovarn rezin so še posebej očitne na specifičnih področjih uporabe, kot so IoT, senzorji in MEMS.
V prihodnosti, ko bo tehnologija dozorela in se bo še naprej spodbujala, bi lahko tovarne minimalnih rezin postale pomembna sila v industriji proizvodnje polprevodnikov. Ne samo, da malim podjetjem ponujajo priložnosti za vstop na to področje, ampak lahko tudi povzročijo spremembe v strukturi stroškov in proizvodnih modelih celotne industrije. Doseganje tega cilja bo zahtevalo več truda na področju tehnologije, razvoja talentov in izgradnje ekosistema.
Dolgoročno bi lahko imela uspešna promocija minimalnih tovarn rezin velik vpliv na celotno industrijo polprevodnikov, zlasti v smislu diverzifikacije dobavne verige, prilagodljivosti proizvodnega procesa in nadzora stroškov. Široka uporaba te tehnologije bo pripomogla k nadaljnjim inovacijam in napredku v svetovni industriji polprevodnikov.
Čas objave: 25. oktober 2024