Í framleiðslu hálfleiðara stendur hefðbundin stórfelld framleiðslulíkan með mikilli fjárfestingu frammi fyrir hugsanlegri byltingu. Með komandi sýningu, „CEATEC 2024“, sýnir Minimum Wafer Fab Promotion Organization (MWF) glænýja framleiðsluaðferð fyrir hálfleiðara sem notar örsmáan hálfleiðarabúnað fyrir litografíu. Þessi nýjung býður upp á fordæmalaus tækifæri fyrir lítil og meðalstór fyrirtæki og sprotafyrirtæki. Þessi grein mun draga saman viðeigandi upplýsingar til að kanna bakgrunn, kosti, áskoranir og hugsanleg áhrif lágmarks-waffra-tækni á hálfleiðaraiðnaðinn.
Framleiðsla hálfleiðara er mjög fjármagns- og tæknifrek iðnaður. Hefðbundið krefst framleiðsla hálfleiðara stórra verksmiðja og hreinrýma til að fjöldaframleiða 12 tommu skífur. Fjárfesting fyrir hverja stóra skífuframleiðslu nær oft allt að 2 billjónum jenum (um það bil 120 milljörðum RMB), sem gerir það erfitt fyrir lítil og meðalstór fyrirtæki og sprotafyrirtæki að komast inn á þetta svið. Hins vegar, með tilkomu lágmarksskífuframleiðslutækni, er þessi staða að breytast.
Lágmarksskífuframleiðslur eru nýstárleg framleiðslukerfi fyrir hálfleiðara sem nota 0,5 tommu skífur, sem dregur verulega úr framleiðslustærð og fjárfestingu samanborið við hefðbundnar 12 tommu skífur. Fjárfestingin fyrir þennan framleiðslubúnað er aðeins um 500 milljónir jena (um það bil 23,8 milljónir RMB), sem gerir litlum og meðalstórum fyrirtækjum og sprotafyrirtækjum kleift að hefja framleiðslu á hálfleiðurum með minni fjárfestingu.
Uppruni lágmarks-skífuframleiðslutækni má rekja til rannsóknarverkefnis sem Þjóðarstofnun háþróaðrar iðnaðarvísinda og tækni (AIST) í Japan hóf árið 2008. Markmið verkefnisins var að skapa nýja þróun í framleiðslu hálfleiðara með því að ná fram fjölbreytni í framleiðslu í litlum lotum. Frumkvæðið, sem japanska efnahags-, viðskipta- og iðnaðarráðuneytið leiddi, fól í sér samstarf 140 japanskra fyrirtækja og stofnana til að þróa nýja kynslóð framleiðslukerfa, með það að markmiði að draga verulega úr kostnaði og tæknilegum hindrunum, sem gerði bíla- og heimilistækjaframleiðendum kleift að framleiða þá hálfleiðara og skynjara sem þeir þurfa.
**Kostir lágmarksskífuframleiðslutækni:**
1. **Verulega minnkuð fjárfesting:** Hefðbundnar stórar skífuframleiðslur krefjast fjárfestinga sem fara yfir hundruð milljarða jena, en markmiðsfjárfesting fyrir lágmarksskífuframleiðslur er aðeins 1/100 til 1/1000 af þeirri upphæð. Þar sem hvert tæki er lítið er engin þörf á stórum verksmiðjurýmum eða ljósgrímum fyrir rafrásagerð, sem dregur verulega úr rekstrarkostnaði.
2. **Sveigjanleg og fjölbreytt framleiðslulíkön:** Lágmarksskífuframleiðslufyrirtæki einbeita sér að framleiðslu á ýmsum litlum framleiðslulotum. Þetta framleiðslulíkan gerir litlum og meðalstórum fyrirtækjum og sprotafyrirtækjum kleift að aðlaga og framleiða fljótt eftir þörfum sínum og mæta þannig markaðsþörfum fyrir sérsniðnar og fjölbreyttar hálfleiðaravörur.
3. **Einfaldari framleiðsluferli:** Framleiðslubúnaður í lágmarksskífuframleiðslu hefur sömu lögun og stærð fyrir öll ferli og flutningsílátin fyrir skífur (skutlur) eru alhliða fyrir hvert skref. Þar sem búnaðurinn og skutlurnar starfa í hreinu umhverfi er engin þörf á að viðhalda stórum hreinum rýmum. Þessi hönnun dregur verulega úr framleiðslukostnaði og flækjustigi með staðbundinni hreinni tækni og einfölduðum framleiðsluferlum.
4. **Lítil orkunotkun og heimilisrafmagnsnotkun:** Framleiðslubúnaðurinn í lágmarksskífuframleiðslu er einnig með litla orkunotkun og getur gengið fyrir venjulegri heimilisrafmagnsspennu (AC100V). Þessi eiginleiki gerir kleift að nota þessi tæki utan hreinrýma, sem dregur enn frekar úr orkunotkun og rekstrarkostnaði.
5. **Styttri framleiðsluferli:** Stórfelld framleiðsla á hálfleiðurum krefst yfirleitt langs biðtíma frá pöntun til afhendingar, en lágmarksframleiðsla á skífum getur náð framleiðslu á nauðsynlegu magni af hálfleiðurum á réttum tíma innan tilskilins tímaramma. Þessi kostur er sérstaklega áberandi á sviðum eins og internetinu hlutanna (IoT), sem krefjast lítilla, fjölbreyttra hálfleiðara.
**Sýning og notkun tækni:**
Á sýningunni „CEATEC 2024“ sýndi Minimum Wafer Fab Promotion Organization litografíuferlið með því að nota örsmáa framleiðslubúnað fyrir hálfleiðara. Á meðan á sýningunni stóð voru þrjár vélar settar upp til að sýna litografíuferlið, sem fól í sér viðnámshúðun, lýsingu og framköllun. Flutningsílátið fyrir skífur (skutla) var haldið í hendinni, sett í búnaðinn og virkjað með því að ýta á takka. Að því loknu var skutlan tekin upp og stillt á næsta tæki. Innri staða og framvinda hvers tækis var birt á viðkomandi skjám.
Þegar þessum þremur ferlum var lokið var skífan skoðuð undir smásjá og þar kom í ljós mynstur með orðunum „Gleðilega hrekkjavöku“ og mynd af graskeri. Þessi sýnikennsla sýndi ekki aðeins fram á hagkvæmni lágmarks-skífuframleiðslutækni heldur einnig sveigjanleika hennar og mikla nákvæmni.
Auk þess hafa sum fyrirtæki hafið tilraunir með lágmarks-skífuframleiðslutækni. Til dæmis hefur Yokogawa Solutions, dótturfyrirtæki Yokogawa Electric Corporation, sett á markað straumlínulagaðar og fagurfræðilega aðlaðandi framleiðsluvélar, á stærð við drykkjarsjálfsala, hver útbúin með virkni fyrir hreinsun, upphitun og útsetningu. Þessar vélar mynda í raun framleiðslulínu fyrir hálfleiðara og lágmarksflatarmálið sem þarf fyrir „mini wafer fab“ framleiðslulínu er aðeins á stærð við tvo tennisvelli, aðeins 1% af flatarmáli 12 tommu skífuframleiðslu.
Hins vegar eiga verksmiðjur sem framleiða lágmarksskífur í erfiðleikum með að keppa við stórar hálfleiðaraverksmiðjur. Mjög fínar hringrásarhönnun, sérstaklega í háþróaðri framleiðslutækni (eins og 7nm og minna), treysta enn á háþróaðan búnað og framleiðslugetu í stórum stíl. 0,5 tommu skífuvinnslur lágmarksskífuframleiðenda henta betur til framleiðslu á tiltölulega einföldum tækjum, svo sem skynjurum og MEMS.
Lágmarksskífuframleiðslur eru mjög efnileg ný fyrirmynd fyrir framleiðslu hálfleiðara. Þær einkennast af smækkun, lágum kostnaði og sveigjanleika og eru taldar skapa ný markaðstækifæri fyrir lítil og meðalstór fyrirtæki og nýsköpunarfyrirtæki. Kostir lágmarksskífuframleiðslu eru sérstaklega augljósir á tilteknum notkunarsviðum eins og IoT, skynjurum og MEMS.
Í framtíðinni, þegar tæknin þroskast og verður kynnt frekar, gætu lágmarksskífuframleiðslur orðið mikilvægur kraftur í hálfleiðaraframleiðsluiðnaðinum. Þær veita ekki aðeins litlum fyrirtækjum tækifæri til að komast inn á þetta svið heldur geta þær einnig knúið fram breytingar á kostnaðaruppbyggingu og framleiðslumódelum allrar iðnaðarins. Til að ná þessu markmiði þarf meiri vinnu í tækni, hæfileikaþróun og uppbyggingu vistkerfa.
Til lengri tíma litið gæti vel heppnuð kynning á lágmarksskífuframleiðslu haft djúpstæð áhrif á allan hálfleiðaraiðnaðinn, sérstaklega hvað varðar fjölbreytni í framboðskeðjunni, sveigjanleika í framleiðsluferlum og kostnaðarstýringu. Víðtæk notkun þessarar tækni mun stuðla að frekari nýsköpun og framförum í alþjóðlegum hálfleiðaraiðnaði.
Birtingartími: 14. október 2024