اخبار صنعت: کوچکترین کارخانه تولید ویفر جهان

کارخانه‌های تولید ویفر حداقلی، سیستم‌های نوآورانه تولید نیمه‌هادی هستند که از ویفرهای ۰.۵ اینچی استفاده می‌کنند و در مقایسه با ویفرهای سنتی ۱۲ اینچی، مقیاس تولید و سرمایه‌گذاری اولیه را به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهند. سرمایه‌گذاری اولیه برای این تجهیزات تولیدی تنها حدود ۵۰۰ میلیون ین (تقریباً ۲۳.۸ میلیون یوان چین) است که به شرکت‌های کوچک و متوسط ​​و استارت‌آپ‌ها این امکان را می‌دهد تا تولید نیمه‌هادی را با سرمایه‌گذاری کمتری آغاز کنند.

ریشه‌های فناوری ساخت با حداقل ویفر را می‌توان در یک پروژه تحقیقاتی که توسط موسسه ملی علوم و فناوری صنعتی پیشرفته (AIST) در ژاپن در سال ۲۰۰۸ آغاز شد، جستجو کرد. هدف این پروژه ایجاد روند جدیدی در تولید نیمه‌هادی‌ها با دستیابی به تولید در دسته‌های کوچک و متنوع بود. این ابتکار که توسط وزارت اقتصاد، تجارت و صنعت ژاپن رهبری می‌شد، شامل همکاری بین ۱۴۰ شرکت و سازمان ژاپنی برای توسعه نسل جدیدی از سیستم‌های تولیدی بود که هدف آن کاهش قابل توجه هزینه‌ها و موانع فنی بود و به تولیدکنندگان خودرو و لوازم خانگی اجازه می‌داد تا نیمه‌هادی‌ها و حسگرهای مورد نیاز خود را تولید کنند.

مزایای فناوری ساخت ویفر حداقلی:

۱. **کاهش قابل توجه سرمایه‌گذاری:** کارخانه‌های بزرگ تولید ویفر سنتی به سرمایه‌گذاری‌های کلانی بالغ بر صدها میلیارد ین نیاز دارند، در حالی که سرمایه‌گذاری هدف برای کارخانه‌های تولید ویفر حداقلی تنها ۱/۱۰۰ تا ۱/۱۰۰۰ این مبلغ است. از آنجایی که هر دستگاه کوچک است، نیازی به فضاهای بزرگ کارخانه یا ماسک‌های نوری برای تشکیل مدار نیست و هزینه‌های عملیاتی را تا حد زیادی کاهش می‌دهد.

۲. **مدل‌های تولید انعطاف‌پذیر و متنوع:** کارخانه‌های تولید ویفر حداقلی بر تولید انواع محصولات در مقیاس کوچک تمرکز دارند. این مدل تولید به شرکت‌های کوچک و متوسط ​​و استارت‌آپ‌ها اجازه می‌دهد تا به سرعت محصولات خود را سفارشی‌سازی و مطابق با نیازهایشان تولید کنند و تقاضای بازار برای محصولات نیمه‌هادی سفارشی و متنوع را برآورده سازند.

۳. **فرآیندهای تولید ساده‌شده:** تجهیزات تولید در کارخانه‌های تولید ویفر با حداقل اندازه، برای همه فرآیندها شکل و اندازه یکسانی دارند و ظروف حمل ویفر (شاتل‌ها) برای هر مرحله جهانی هستند. از آنجایی که تجهیزات و شاتل‌ها در یک محیط تمیز کار می‌کنند، نیازی به نگهداری اتاق‌های تمیز بزرگ نیست. این طراحی از طریق فناوری پاک محلی و فرآیندهای تولید ساده، هزینه‌های تولید و پیچیدگی را به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهد.

۴. **مصرف برق پایین و استفاده از برق خانگی:** تجهیزات تولیدی در کارخانه‌های تولید ویفر حداقلی، مصرف برق پایینی نیز دارند و می‌توانند با برق استاندارد خانگی AC100V کار کنند. این ویژگی به این دستگاه‌ها اجازه می‌دهد تا در محیط‌های خارج از اتاق‌های تمیز نیز مورد استفاده قرار گیرند و مصرف انرژی و هزینه‌های عملیاتی را بیشتر کاهش دهند.

۵. **چرخه‌های تولید کوتاه‌تر:** تولید نیمه‌هادی‌ها در مقیاس بزرگ معمولاً به زمان انتظار طولانی از سفارش تا تحویل نیاز دارد، در حالی که کارخانه‌های تولید حداقل ویفر می‌توانند به تولید به موقع مقدار مورد نیاز نیمه‌هادی‌ها در بازه زمانی مطلوب دست یابند. این مزیت به ویژه در زمینه‌هایی مانند اینترنت اشیا (IoT) که به محصولات نیمه‌هادی کوچک و با ترکیب بالا نیاز دارند، مشهود است.

**نمایش و کاربرد فناوری:**

در نمایشگاه "CEATEC 2024"، سازمان توسعه ساخت ویفر حداقلی، فرآیند لیتوگرافی با استفاده از تجهیزات تولید نیمه‌هادی بسیار کوچک را به نمایش گذاشت. در طول این نمایش، سه دستگاه برای نمایش فرآیند لیتوگرافی، شامل پوشش مقاوم، نوردهی و توسعه، چیده شده بودند. ظرف حمل ویفر (شاتل) در دست گرفته می‌شد، در داخل تجهیزات قرار می‌گرفت و با فشار یک دکمه فعال می‌شد. پس از اتمام، شاتل برداشته شده و روی دستگاه بعدی قرار می‌گرفت. وضعیت داخلی و پیشرفت هر دستگاه در مانیتورهای مربوطه نمایش داده می‌شد.

پس از تکمیل این سه فرآیند، ویفر زیر میکروسکوپ بررسی شد و الگویی با کلمات "هالووین مبارک" و تصویر کدو تنبل روی آن نمایان شد. این نمایش نه تنها امکان‌سنجی فناوری ساخت ویفر با حداقل ضخامت را نشان داد، بلکه انعطاف‌پذیری و دقت بالای آن را نیز برجسته کرد.

علاوه بر این، برخی از شرکت‌ها شروع به آزمایش فناوری ساخت ویفر با حداقل اندازه کرده‌اند. به عنوان مثال، Yokogawa Solutions، یکی از شرکت‌های تابعه Yokogawa Electric Corporation، ماشین‌های تولیدی ساده و از نظر زیبایی‌شناسی، تقریباً به اندازه یک دستگاه فروش نوشیدنی، که هر کدام مجهز به عملکردهایی برای تمیز کردن، گرم کردن و نوردهی هستند، راه‌اندازی کرده است. این ماشین‌ها عملاً یک خط تولید تولید نیمه‌هادی را تشکیل می‌دهند و حداقل مساحت مورد نیاز برای یک خط تولید "ساخت ویفر کوچک" تنها به اندازه دو زمین تنیس است، که تنها ۱٪ از مساحت یک ساخت ویفر ۱۲ اینچی است.

با این حال، کارخانه‌های تولید ویفر حداقلی در حال حاضر برای رقابت با کارخانه‌های بزرگ نیمه‌هادی با مشکل مواجه هستند. طراحی مدارهای بسیار ریز، به ویژه در فناوری‌های فرآیند پیشرفته (مانند ۷ نانومتر و کمتر)، هنوز به تجهیزات پیشرفته و قابلیت‌های تولید در مقیاس بزرگ متکی هستند. فرآیندهای ویفر ۰.۵ اینچی کارخانه‌های تولید ویفر حداقلی برای تولید دستگاه‌های نسبتاً ساده مانند حسگرها و MEMS مناسب‌تر هستند.

ساخت‌وسازهای ویفر حداقلی، مدل جدید و بسیار نویدبخشی برای تولید نیمه‌هادی‌ها هستند. با توجه به کوچک‌سازی، هزینه کم و انعطاف‌پذیری، انتظار می‌رود فرصت‌های بازار جدیدی را برای شرکت‌های کوچک و متوسط ​​و نوآور فراهم کنند. مزایای ساخت‌وسازهای ویفر حداقلی به ویژه در حوزه‌های کاربردی خاص مانند اینترنت اشیا، حسگرها و MEMS مشهود است.

در آینده، با بلوغ و ارتقای بیشتر این فناوری، کارخانه‌های تولید ویفر حداقلی می‌توانند به نیروی مهمی در صنعت تولید نیمه‌هادی تبدیل شوند. آن‌ها نه تنها فرصت‌هایی را برای کسب‌وکارهای کوچک جهت ورود به این حوزه فراهم می‌کنند، بلکه ممکن است تغییراتی را در ساختار هزینه و مدل‌های تولید کل صنعت ایجاد کنند. دستیابی به این هدف نیازمند تلاش‌های بیشتر در فناوری، توسعه استعدادها و ایجاد اکوسیستم است.

در درازمدت، ارتقای موفقیت‌آمیز کارخانه‌های تولید ویفر با حداقل هزینه می‌تواند تأثیر عمیقی بر کل صنعت نیمه‌هادی، به‌ویژه از نظر تنوع زنجیره تأمین، انعطاف‌پذیری فرآیند تولید و کنترل هزینه داشته باشد. کاربرد گسترده این فناوری به نوآوری و پیشرفت بیشتر در صنعت نیمه‌هادی جهانی کمک خواهد کرد.