У галузі виробництва напівпровідників традиційна великомасштабна модель виробництва з високими капіталовкладеннями стикається з потенційною революцією. На майбутній виставці "CEATEC 2024" Організація з просування мінімального виробництва пластин (Minimum Wafer Fab) демонструє абсолютно новий метод виробництва напівпровідників, який використовує надмале обладнання для виробництва напівпровідників у процесах літографії. Ця інновація відкриває безпрецедентні можливості для малих та середніх підприємств (МСП) та стартапів. У цій статті буде узагальнено відповідну інформацію для дослідження передумов, переваг, проблем та потенційного впливу технології мінімального виробництва пластин на напівпровідникову промисловість.
Виробництво напівпровідників — це галузь з високим рівнем капітало- та технологічних витрат. Традиційно, виробництво напівпровідників вимагає великих заводів та чистих приміщень для масового виробництва 12-дюймових пластин. Капітальні інвестиції для кожного великого виробництва пластин часто сягають 2 трильйонів єн (приблизно 120 мільярдів юанів), що ускладнює для малих і середніх підприємств та стартапів вихід у цю галузь. Однак, з появою технології мінімального виробництва пластин, ця ситуація змінюється.
Мінімальні фабрики пластин – це інноваційні системи виробництва напівпровідників, які використовують 0,5-дюймові пластини, що значно зменшує масштаби виробництва та капіталовкладення порівняно з традиційними 12-дюймовими пластинами. Капітальні інвестиції в це виробниче обладнання становлять лише близько 500 мільйонів єн (приблизно 23,8 мільйона юанів), що дозволяє малим і середнім підприємствам та стартапам розпочати виробництво напівпровідників з меншими інвестиціями.
Витоки технології мінімального виробництва пластин можна простежити до дослідницького проекту, ініційованого Національним інститутом передової промислової науки і технологій (AIST) у Японії у 2008 році. Цей проект мав на меті створити нову тенденцію у виробництві напівпровідників шляхом досягнення багатоваріантного, дрібносерійного виробництва. Ініціатива, очолювана Міністерством економіки, торгівлі та промисловості Японії, передбачала співпрацю між 140 японськими компаніями та організаціями для розробки нового покоління виробничих систем, спрямованих на значне зниження витрат і технічних бар'єрів, що дозволить виробникам автомобілів та побутової техніки виробляти необхідні їм напівпровідники та датчики.
**Переваги технології мінімального виробництва пластин**:
1. **Значне скорочення капіталовкладень**: Традиційні великі фабрики з виробництва пластин вимагають капіталовкладень, що перевищують сотні мільярдів єн, тоді як цільові інвестиції для мінімальних фабрик з виробництва пластин становлять лише від 1/100 до 1/1000 цієї суми. Оскільки кожен пристрій невеликий, немає потреби у великих виробничих приміщеннях або фотошаблонах для формування схем, що значно знижує експлуатаційні витрати.
2. **Гнучкі та різноманітні моделі виробництва**: Мінімальні фабрики з виробництва пластин зосереджені на виробництві різноманітної продукції невеликими партіями. Ця модель виробництва дозволяє малим і середнім підприємствам та стартапам швидко налаштовувати виробництво відповідно до своїх потреб, задовольняючи ринковий попит на індивідуальні та різноманітні напівпровідникові продукти.
3. **Спрощені виробничі процеси**: Виробниче обладнання на фабриках з виробництва мінімальних пластин має однакову форму та розмір для всіх процесів, а контейнери для транспортування пластин (човники) універсальні для кожного етапу. Оскільки обладнання та човники працюють у чистому середовищі, немає потреби утримувати великі чисті приміщення. Така конструкція значно знижує виробничі витрати та складність завдяки локалізованій технології чистих матеріалів та спрощеним виробничим процесам.
4. **Низьке енергоспоживання та використання електроенергії в побуті**: Виробниче обладнання на фабриках з мінімальним використанням пластин також має низьке енергоспоживання та може працювати від стандартної побутової мережі змінного струму 100 В. Ця характеристика дозволяє використовувати ці пристрої в середовищах поза межами чистих приміщень, що ще більше знижує споживання енергії та експлуатаційні витрати.
5. **Скорочені виробничі цикли**: Масштабне виробництво напівпровідників зазвичай вимагає тривалого часу очікування від замовлення до поставки, тоді як фабрики з виробництва мінімальних пластин можуть забезпечити своєчасне виробництво необхідної кількості напівпровідників у бажані терміни. Ця перевага особливо очевидна в таких галузях, як Інтернет речей (IoT), які потребують невеликих напівпровідникових продуктів з високим вмістом мінералів.
**Демонстрація та застосування технології:**
На виставці "CEATEC 2024" Організація з просування виробництва мінімальних пластин (Minimum Wafer Fab Promotion Organization) продемонструвала процес літографії з використанням надмалого обладнання для виробництва напівпровідників. Під час демонстрації було встановлено три машини для демонстрації процесу літографії, який включав нанесення резистного покриття, експонування та проявлення. Контейнер для транспортування пластин (шатл) тримали в руці, поміщали в обладнання та активували натисканням кнопки. Після завершення човник піднімали та встановлювали на наступний пристрій. Внутрішній стан та прогрес кожного пристрою відображалися на відповідних моніторах.
Після завершення цих трьох процесів пластину оглянули під мікроскопом, під час якого було виявлено візерунок зі словами «Happy Halloween» та зображення гарбуза. Ця демонстрація не лише продемонструвала доцільність технології мінімального виробництва пластин, але й підкреслила її гнучкість та високу точність.
Крім того, деякі компанії почали експериментувати з технологією мінімального виробництва пластин. Наприклад, Yokogawa Solutions, дочірня компанія Yokogawa Electric Corporation, випустила на ринок обтічні та естетично привабливі виробничі машини, розміром приблизно з торговий автомат з напоями, кожна з яких оснащена функціями очищення, нагрівання та експонування. Ці машини фактично утворюють виробничу лінію з виробництва напівпровідників, а мінімальна площа, необхідна для виробничої лінії «міні-фабрики пластин», становить лише розмір двох тенісних кортів, що становить лише 1% від площі 12-дюймової фабрики пластин.
Однак, фабрики з виробництва мінімальних пластин наразі намагаються конкурувати з великими заводами з виробництва напівпровідників. Надтонкі схеми, особливо в передових технологіях (таких як 7 нм і нижче), все ще залежать від сучасного обладнання та великомасштабних виробничих можливостей. Процеси виробництва 0,5-дюймових пластин на фабриках з виробництва мінімальних пластин більше підходять для виробництва відносно простих пристроїв, таких як датчики та MEMS.
Мінімально-пластинчасті фабрики являють собою дуже перспективну нову модель виробництва напівпровідників. Характеризуються мініатюризацією, низькою вартістю та гнучкістю, і очікується, що вони відкриють нові ринкові можливості для малих і середніх підприємств та інноваційних компаній. Переваги мінімально-пластинчастих фабрик особливо очевидні в певних сферах застосування, таких як Інтернет речей, сенсори та MEMS.
У майбутньому, у міру розвитку та подальшого просування технології, фабрики з мінімального виробництва пластин можуть стати важливою рушійною силою у виробництві напівпровідників. Вони не лише надають малим підприємствам можливості вийти в цю сферу, але й можуть призвести до змін у структурі витрат та виробничих моделях усієї галузі. Досягнення цієї мети вимагатиме більших зусиль у сфері технологій, розвитку талантів та побудови екосистеми.
У довгостроковій перспективі успішне просування фабрик з мінімальним виробництвом пластин може мати глибокий вплив на всю напівпровідникову промисловість, зокрема з точки зору диверсифікації ланцюга поставок, гнучкості виробничого процесу та контролю витрат. Широке застосування цієї технології сприятиме подальшим інноваціям та прогресу в світовій напівпровідниковій промисловості.
Час публікації: 14 жовтня 2024 р.