Inden for halvlederfremstilling står den traditionelle storskala-, højkapitalinvesteringsfremstillingsmodel over for en potentiel revolution. Med den kommende "CEATEC 2024"-udstilling fremviser Minimum Wafer Fab Promotion Organization en helt ny halvlederfremstillingsmetode, der anvender ultralille halvlederfremstillingsudstyr til litografiprocesser. Denne innovation bringer hidtil usete muligheder for små og mellemstore virksomheder (SMV'er) og startups. Denne artikel vil syntetisere relevant information for at udforske baggrunden, fordelene, udfordringerne og den potentielle indvirkning af minimal wafer fab-teknologi på halvlederindustrien.
Semiconductor-fremstilling er en meget kapital- og teknologiintensiv industri. Traditionelt kræver halvlederfremstilling store fabrikker og rene rum for at masseproducere 12-tommer wafers. Kapitalinvesteringen for hver stor waferfabrik når ofte op til 2 billioner yen (ca. 120 milliarder RMB), hvilket gør det vanskeligt for SMV'er og nystartede virksomheder at komme ind på dette felt. Men med fremkomsten af minimum wafer fab-teknologi er denne situation ved at ændre sig.
Minimum wafer fabs er innovative halvlederfremstillingssystemer, der bruger 0,5-tommer wafers, hvilket reducerer produktionsskalaen og kapitalinvesteringerne betydeligt sammenlignet med traditionelle 12-tommers wafers. Kapitalinvesteringen for dette produktionsudstyr er kun omkring 500 millioner yen (ca. 23,8 millioner RMB), hvilket gør det muligt for SMV'er og startups at begynde halvlederfremstilling med en lavere investering.
Oprindelsen af minimum wafer fab-teknologi kan spores tilbage til et forskningsprojekt initieret af National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST) i Japan i 2008. Dette projekt havde til formål at skabe en ny trend inden for halvlederfremstilling ved at opnå multi-variety , små-batch produktion. Initiativet, ledet af Japans ministerium for økonomi, handel og industri, involverede samarbejde mellem 140 japanske virksomheder og organisationer om at udvikle en ny generation af produktionssystemer, der sigtede mod betydeligt at reducere omkostninger og tekniske barrierer, så bil- og husholdningsproducenter kunne producere halvlederne. og sensorer, de har brug for.
**Fordele ved Minimum Wafer Fab-teknologi:**
1. **Væsentligt reduceret kapitalinvestering:** Traditionelle store waferfabrikker kræver kapitalinvesteringer, der overstiger hundreder af milliarder af yen, mens målinvesteringen for minimum waferfabrikker kun er 1/100 til 1/1000 af dette beløb. Da hver enhed er lille, er der ikke behov for store fabrikspladser eller fotomasker til kredsløbsdannelse, hvilket i høj grad reducerer driftsomkostningerne.
2. **Fleksible og forskelligartede produktionsmodeller:** Minimum wafer fabs fokuserer på fremstilling af en række små-batch-produkter. Denne produktionsmodel giver SMV'er og startups mulighed for hurtigt at tilpasse og producere i overensstemmelse med deres behov og imødekomme markedets efterspørgsel efter tilpassede og forskelligartede halvlederprodukter.
3. **Forenklede produktionsprocesser:** Fremstillingsudstyret i minimum wafer fabs har samme form og størrelse for alle processer, og wafer transport containere (shuttles) er universelle for hvert trin. Da udstyret og shuttles kører i et rent miljø, er det ikke nødvendigt at vedligeholde store rene rum. Dette design reducerer produktionsomkostningerne og kompleksiteten betydeligt gennem lokaliseret ren teknologi og forenklede produktionsprocesser.
4. **Lavt strømforbrug og husholdningsstrømforbrug:** Fremstillingsudstyret i minimale wafer-fabrikater har også lavt strømforbrug og kan fungere på standard AC100V-strøm. Denne egenskab gør det muligt at bruge disse enheder i miljøer uden for renrum, hvilket yderligere reducerer energiforbruget og driftsomkostningerne.
5. **Forkortede fremstillingscyklusser:** Fremstilling af halvledere i stor skala kræver typisk lang ventetid fra bestilling til levering, mens minimum wafer fabs kan opnå rettidig produktion af den nødvendige mængde halvledere inden for den ønskede tidsramme. Denne fordel er især tydelig inden for områder som Internet of Things (IoT), som kræver små, high-mix halvlederprodukter.
**Demonstration og anvendelse af teknologi:**
På udstillingen "CEATEC 2024" demonstrerede Minimum Wafer Fab Promotion Organisationen litografiprocessen ved hjælp af ultralille halvlederfremstillingsudstyr. Under demonstrationen blev tre maskiner arrangeret til at fremvise litografiprocessen, som omfattede resistbelægning, eksponering og udvikling. Wafer-transportbeholderen (shuttlen) blev holdt i hånden, anbragt i udstyret og aktiveret med et tryk på en knap. Efter færdiggørelsen blev rumfærgen hentet og sat på den næste enhed. Den interne status og fremskridt for hver enhed blev vist på deres respektive skærme.
Da disse tre processer var afsluttet, blev waferen inspiceret under et mikroskop, og afslørede et mønster med ordene "Happy Halloween" og en græskarillustration. Denne demonstration viste ikke kun gennemførligheden af minimal wafer fab-teknologi, men fremhævede også dens fleksibilitet og høje præcision.
Derudover er nogle virksomheder begyndt at eksperimentere med minimal wafer fab-teknologi. For eksempel har Yokogawa Solutions, et datterselskab af Yokogawa Electric Corporation, lanceret strømlinede og æstetisk tiltalende fremstillingsmaskiner, omtrent på størrelse med en drikkevareautomat, hver udstyret med funktioner til rengøring, opvarmning og eksponering. Disse maskiner danner effektivt en halvlederproduktionsproduktionslinje, og det minimumsareal, der kræves for en "mini wafer fab" produktionslinje, er kun på størrelse med to tennisbaner, kun 1 % af arealet af en 12-tommer wafer fab.
Imidlertid kæmper minimumswaferfabrikker i øjeblikket med at konkurrere med store halvlederfabrikker. Ultrafine kredsløbsdesign, især i avancerede procesteknologier (såsom 7nm og derunder), er stadig afhængige af avanceret udstyr og storskala produktionskapacitet. 0,5-tommers wafer-processer af minimum wafer fabs er mere velegnede til fremstilling af relativt simple enheder, såsom sensorer og MEMS.
Minimum wafer fabs repræsenterer en meget lovende ny model til halvlederfremstilling. Karakteriseret ved miniaturisering, lave omkostninger og fleksibilitet forventes de at give nye markedsmuligheder for SMV'er og innovative virksomheder. Fordelene ved minimum wafer fabs er særligt tydelige i specifikke anvendelsesområder såsom IoT, sensorer og MEMS.
I fremtiden, efterhånden som teknologien modnes og promoveres yderligere, kan minimum wafer fabs blive en vigtig kraft i halvlederfremstillingsindustrien. De giver ikke kun små virksomheder muligheder for at komme ind på dette felt, men kan også drive ændringer i omkostningsstrukturen og produktionsmodellerne for hele industrien. At nå dette mål vil kræve mere indsats inden for teknologi, talentudvikling og økosystemopbygning.
I det lange løb kan den vellykkede promovering af minimumswaferfabrikker have en dyb indvirkning på hele halvlederindustrien, især med hensyn til diversificering af forsyningskæden, fleksibilitet i fremstillingsprocessen og omkostningskontrol. Den udbredte anvendelse af denne teknologi vil hjælpe med at drive yderligere innovation og fremskridt i den globale halvlederindustri.
Indlægstid: 25. oktober 2024