Dans le domaine de la fabrication de semi-conducteurs, le modèle traditionnel de fabrication à grande échelle et à investissements élevés en capital est confronté à une révolution potentielle. Avec la prochaine exposition « CEATEC 2024 », l'organisation de promotion Minimum Wafer Fab présente une toute nouvelle méthode de fabrication de semi-conducteurs qui utilise des équipements de fabrication de semi-conducteurs ultra-petits pour les processus de lithographie. Cette innovation offre des opportunités sans précédent aux petites et moyennes entreprises (PME) et aux startups. Cet article synthétisera les informations pertinentes pour explorer le contexte, les avantages, les défis et l’impact potentiel de la technologie de fabrication minimale de plaquettes sur l’industrie des semi-conducteurs.
La fabrication de semi-conducteurs est une industrie à forte intensité de capital et de technologie. Traditionnellement, la fabrication de semi-conducteurs nécessite de grandes usines et des salles blanches pour produire en masse des tranches de 12 pouces. L'investissement en capital pour chaque grande usine de fabrication de plaquettes atteint souvent jusqu'à 2 000 milliards de yens (environ 120 milliards de RMB), ce qui rend difficile l'entrée dans ce domaine pour les PME et les startups. Cependant, avec l’émergence de la technologie de fabrication minimale de plaquettes, cette situation est en train de changer.
Les usines de fabrication de tranches minimales sont des systèmes innovants de fabrication de semi-conducteurs qui utilisent des tranches de 0,5 pouce, réduisant considérablement l'échelle de production et les investissements en capital par rapport aux tranches traditionnelles de 12 pouces. L'investissement en capital pour cet équipement de fabrication n'est que d'environ 500 millions de yens (environ 23,8 millions de RMB), permettant aux PME et aux startups de se lancer dans la fabrication de semi-conducteurs avec un investissement moindre.
Les origines de la technologie de fabrication minimale de plaquettes remontent à un projet de recherche lancé par l'Institut national des sciences et technologies industrielles avancées (AIST) au Japon en 2008. Ce projet visait à créer une nouvelle tendance dans la fabrication de semi-conducteurs en réalisant des , production en petits lots. L'initiative, menée par le ministère japonais de l'Économie, du Commerce et de l'Industrie, impliquait une collaboration entre 140 entreprises et organisations japonaises pour développer une nouvelle génération de systèmes de fabrication, visant à réduire considérablement les coûts et les barrières techniques, permettant aux fabricants d'automobiles et d'appareils électroménagers de produire les semi-conducteurs. et les capteurs dont ils ont besoin.
**Avantages de la technologie Minimum Wafer Fab :**
1. **Investissement en capital considérablement réduit :** Les grandes usines de fabrication de plaquettes traditionnelles nécessitent des investissements en capital dépassant des centaines de milliards de yens, alors que l'investissement cible pour les usines de fabrication de plaquettes minimales n'est que de 1/100 à 1/1000 de ce montant. Étant donné que chaque appareil est petit, il n’est pas nécessaire de disposer de grands espaces d’usine ou de photomasques pour la formation des circuits, ce qui réduit considérablement les coûts opérationnels.
2. **Modèles de production flexibles et diversifiés :** Les usines de fabrication de plaquettes à minimum se concentrent sur la fabrication d'une variété de produits en petits lots. Ce modèle de production permet aux PME et aux startups de personnaliser et de produire rapidement en fonction de leurs besoins, répondant ainsi à la demande du marché pour des produits semi-conducteurs personnalisés et diversifiés.
3. **Processus de production simplifiés :** L'équipement de fabrication dans les usines de fabrication de plaquettes à minimum a la même forme et la même taille pour tous les processus, et les conteneurs de transport de plaquettes (navettes) sont universels pour chaque étape. Les équipements et les navettes fonctionnant dans un environnement propre, il n’est pas nécessaire d’entretenir de grandes salles blanches. Cette conception réduit considérablement les coûts et la complexité de fabrication grâce à une technologie propre localisée et à des processus de production simplifiés.
4. **Faible consommation d'énergie et consommation d'énergie domestique :** L'équipement de fabrication des usines de fabrication de plaquettes à minimum présente également une faible consommation d'énergie et peut fonctionner sur une alimentation domestique standard de 100 V CA. Cette caractéristique permet à ces appareils d'être utilisés dans des environnements extérieurs aux salles blanches, réduisant ainsi davantage la consommation d'énergie et les coûts opérationnels.
5. **Cycles de fabrication raccourcis :** La fabrication de semi-conducteurs à grande échelle nécessite généralement un long temps d'attente entre la commande et la livraison, tandis que les usines de fabrication de plaquettes minimales peuvent produire à temps la quantité requise de semi-conducteurs dans le délai souhaité. Cet avantage est particulièrement évident dans des domaines tels que l'Internet des objets (IoT), qui nécessitent de petits produits semi-conducteurs à forte diversité.
**Démonstration et application de la technologie :**
Lors de l'exposition « CEATEC 2024 », l'organisation Minimum Wafer Fab Promotion a présenté le processus de lithographie à l'aide d'équipements de fabrication de semi-conducteurs ultra-petits. Au cours de la démonstration, trois machines ont été disposées pour présenter le processus de lithographie, qui comprenait le revêtement de réserve, l'exposition et le développement. Le conteneur de transport de plaquettes (navette) était tenu en main, placé dans l'équipement et activé en appuyant sur un bouton. Une fois terminée, la navette a été récupérée et installée sur l'appareil suivant. L'état interne et la progression de chaque appareil étaient affichés sur leurs moniteurs respectifs.
Une fois ces trois processus terminés, la plaquette a été inspectée au microscope, révélant un motif avec les mots « Happy Halloween » et une illustration de citrouille. Cette démonstration a non seulement démontré la faisabilité de la technologie de fabrication minimale de plaquettes, mais a également mis en évidence sa flexibilité et sa haute précision.
De plus, certaines entreprises ont commencé à expérimenter la technologie de fabrication minimale de plaquettes. Par exemple, Yokogawa Solutions, une filiale de Yokogawa Electric Corporation, a lancé des machines de fabrication rationalisées et esthétiques, à peu près de la taille d'un distributeur automatique de boissons, chacune équipée de fonctions de nettoyage, de chauffage et d'exposition. Ces machines forment effectivement une ligne de production de fabrication de semi-conducteurs, et la surface minimale requise pour une ligne de production de « mini-usine de fabrication de tranches » n'est que de la taille de deux courts de tennis, soit seulement 1 % de la superficie d'une usine de fabrication de tranches de 12 pouces.
Cependant, les usines de fabrication de mini-wafers ont actuellement du mal à rivaliser avec les grandes usines de semi-conducteurs. Les conceptions de circuits ultrafins, en particulier dans les technologies de processus avancées (telles que 7 nm et moins), reposent toujours sur des équipements avancés et des capacités de fabrication à grande échelle. Les processus de fabrication de tranches de 0,5 pouce des usines de fabrication de tranches minimales sont plus adaptés à la fabrication de dispositifs relativement simples, tels que des capteurs et des MEMS.
Les usines de fabrication de plaquettes à minimum représentent un nouveau modèle très prometteur pour la fabrication de semi-conducteurs. Caractérisés par la miniaturisation, le faible coût et la flexibilité, ils devraient offrir de nouvelles opportunités de marché aux PME et aux entreprises innovantes. Les avantages des usines de fabrication de plaquettes minimales sont particulièrement évidents dans des domaines d'application spécifiques tels que l'IoT, les capteurs et les MEMS.
À l’avenir, à mesure que la technologie mûrira et sera davantage promue, les usines de fabrication de plaquettes minimales pourraient devenir une force importante dans l’industrie de la fabrication de semi-conducteurs. Non seulement ils offrent aux petites entreprises des opportunités d’entrer dans ce domaine, mais ils peuvent également entraîner des changements dans la structure des coûts et les modèles de production de l’ensemble du secteur. Atteindre cet objectif nécessitera davantage d’efforts en matière de technologie, de développement des talents et de création d’écosystèmes.
À long terme, la promotion réussie d’usines de fabrication de plaquettes à minimum pourrait avoir un impact profond sur l’ensemble de l’industrie des semi-conducteurs, notamment en termes de diversification de la chaîne d’approvisionnement, de flexibilité des processus de fabrication et de contrôle des coûts. L’application généralisée de cette technologie contribuera à stimuler davantage l’innovation et le progrès dans l’industrie mondiale des semi-conducteurs.
Heure de publication : 25 octobre 2024