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日本晶圆厂革命:迷你晶圆厂,无需洁净室!使用0.5寸晶圆!

2020/8/17 19:18:06     

  据报道,日本横河电机将日本最早的AIST(日本产业技术综合研究所) 最小晶圆厂(Mini Fab)项目投入生产。它使用0.5英寸的晶圆,并且不需要洁净室即可操作。

  众所周知,台积电最新的超大晶圆厂(GIGAFAB),每个月可生产超过10万片12 吋晶圆,每座造价高达3 千亿元。但日本推出的「迷你晶圆厂」(Minimal Fab),瞄准物联网时代小量、多样的感测器需求,起价却只要5 亿日圆(1.7 亿元台币)。《日经商业周刊》称之为:「颠覆全球半导体业界的制造系统」。

  

  这个由经济产业省主导,由 140 间日本企业、团体联合开发的新世代制造系统,目标是透过成本与技术门槛的大幅降低,让汽车与家电厂商能自己生产所需的半导体及感应器。形同推翻台积电董事长张忠谋 30 年前所创的晶圆代工模式,重回早年飞利浦、Sony 等大厂都自己生产半导体的垂直整合时代。

  

  贩卖这种生产系统的,是日本横河电机集团旗下的横河解决方案。每台外型流线、美观的制造机台,大小约与饮料自动贩卖机差不多,但各自具备洗净、加热、曝光等功能。每一台机器,都相当于一条半导体制造的生产线。一条「迷你晶圆厂」产线,所需的最小面积是大约是两个网球场的大小。也仅是一座 12 吋晶圆厂的百分之一面积。

  

  「迷你晶圆厂」能够做到如此廉价、体积小,首先是挑战业界常识的创新做法──不需要无尘室。

  

  半导体芯片上如果沾有超过 0.1 微米的灰尘就算是不良品,为此,制造室内一定要保持超高洁净度。维持无尘室需要大量的电力,因此不只投资金额很高、维持费用也相当惊人。所以半导体不大量生产的话,很难获利。

  

  产业技术总合研究所的原史朗挑战了这项业界的常识。「半导体工厂真的需要无尘室吗?明明需要隔绝灰尘的只有晶圆而已。」抱持着这项疑问,原史朗从 1990 年代开始构想「迷你晶圆厂」。

  

  几年后,原史朗终于开发出局部无尘化的关键技术,并将此成果制出特殊运输系统「Minimal Shuttle」。利用电磁铁控制开关,几乎不会有灰尘进入。

  

  「迷你晶圆厂」的另一个特点,是不需要用到光罩,这又可大幅降低成本。Minimal Fab 的概念,就是那样的时代十分需要的多种少量生产系统。要处理的晶圆大约直径 0.5 英吋,比 1 日圆硬币还要小。因为晶圆很小,所以生产装置也要跟着变小。

  

  芯片从晶圆上切割下来,大约 1 平方公分大小。「迷你晶圆厂」的年产量大约是 50 万个,一般的 12 吋晶圆厂则是两亿个。如果只生产 1 万个,市面上每一芯片要收 1 万日圆,但「迷你晶圆厂」只要收 1,200 日圆。

  

  这项「迷你晶圆厂」的研发计划,源自 2010 年。从 2012 年开始的 3 年内,获得经济产业省的预算,计划也随之通过。现在包含许多制造大厂在内,共 140 间企业团体参与。虽然是由横河解决方案在贩售,可是参与开发制造的日本中小企业大约有 30 间,这也是该设备的一大特色之一。

  

  根据计划,「迷你晶圆厂」的半导体前段制程所需的设备在2016年已经大致研发完毕,开始正式贩售。而 2018 年以前,切割芯片功能与封装等的后段制程设备也会开发完成。这次横河电机将其mini fab投产,对产业来说,也是重要一步。

  来源:半导体行业观察


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