全球最小的晶圆厂

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文章摘要

【关键词】 半导体制造、小型晶圆厂、物联网应用、低功耗设备、技术门槛降低

在CEATEC 2024上，最小晶圆厂推广组织展示了一种超小型半导体制造设备，该设备能够使用家用电源进行光刻工艺，且能在非洁净室环境中操作。这种设备专为最小晶圆厂设计，使用0.5英寸晶圆，相较于传统12英寸晶圆的大型晶圆厂，其资本投资大幅降低至约5亿日元，使得中小企业和初创企业也能涉足半导体制造。

最小晶圆厂的设备具有统一的形状和尺寸，使用通用的晶圆输送容器，无需大型洁净室，且设备内部保持洁净。这些设备的操作简便，通过手持式穿梭机即可完成晶圆的传送和加工。在展会上，通过三台机器的排列演示了光刻工艺，包括抗蚀剂涂覆、曝光和显影，最终在晶圆上形成了图案。

这种制造方式的功耗低，可以使用家用AC100V电源，且在不使用时可以关闭电源。如果设备数量较多，还可以采用自动传送系统。最小晶圆厂的概念由日本产业技术综合研究所（AIST）自2008年起研究，旨在通过实现多品种、小批量制造来创造半导体制造的新趋势。这一系统由140家日本企业和团体联合开发，目标是降低成本和技术门槛，使汽车和家电厂商能够自行生产所需的半导体和传感器。

最小晶圆厂专注于多品种、小批量生产，使用直径为12.5毫米的半英寸晶圆，制造设备的尺寸为宽30cm×高144cm×深45cm。这种方案减少了资本投资，缩短了制造周期，特别适合物联网（IoT）应用中的小体积、高混合半导体。尽管这种晶圆厂不适合生产超精细电路的尖端半导体，但在制造传感器和微机电系统（MEMS）方面具有优势。

AIST自2008年启动该项目以来，一直在开发制造设备和半英寸晶圆。2017年成立了Minimal Fab Promotion Organization以支持技术的传播。目前，该组织正在推动从半导体设计、原型设计到大规模生产的支持活动，通过分享知识，加快原型的改进，并利用最小的工厂实现大规模生产。

日本横河电机集团旗下的横河解决方案已经尝试了这种“迷你晶圆厂”，每台机器相当于一条半导体制造的生产线，且不需要无尘室，大大降低了成本。这种晶圆厂的年产量大约是50万个，而一般的12英寸晶圆厂则是两亿个。这种技术的发展可能会颠覆传统的半导体制造模式，降低进入半导体制造领域的门槛。