Tin tức ngành: Nhà máy sản xuất wafer nhỏ nhất thế giới

Nhà máy wafer tối thiểu là hệ thống sản xuất bán dẫn cải tiến sử dụng wafer 0,5 inch, giúp giảm đáng kể quy mô sản xuất và vốn đầu tư so với wafer 12 inch truyền thống. Vốn đầu tư cho thiết bị sản xuất này chỉ khoảng 500 triệu yên (khoảng 23,8 triệu RMB), cho phép các doanh nghiệp vừa và nhỏ và các công ty khởi nghiệp bắt đầu sản xuất bán dẫn với mức đầu tư thấp hơn.

Nguồn gốc của công nghệ sản xuất wafer tối thiểu có thể bắt nguồn từ một dự án nghiên cứu do Viện Khoa học và Công nghệ Công nghiệp Tiên tiến Quốc gia (AIST) tại Nhật Bản khởi xướng vào năm 2008. Dự án này nhằm mục đích tạo ra một xu hướng mới trong sản xuất chất bán dẫn bằng cách đạt được sản xuất nhiều loại, theo lô nhỏ. Sáng kiến ​​này, do Bộ Kinh tế, Thương mại và Công nghiệp Nhật Bản dẫn đầu, bao gồm sự hợp tác giữa 140 công ty và tổ chức Nhật Bản để phát triển một thế hệ hệ thống sản xuất mới, nhằm mục đích giảm đáng kể chi phí và rào cản kỹ thuật, cho phép các nhà sản xuất ô tô và thiết bị gia dụng sản xuất chất bán dẫn và cảm biến mà họ cần.

**Ưu điểm của Công nghệ sản xuất wafer tối thiểu:**

1. **Giảm đáng kể đầu tư vốn:** Các nhà máy sản xuất wafer lớn truyền thống đòi hỏi đầu tư vốn vượt quá hàng trăm tỷ yên, trong khi mục tiêu đầu tư cho các nhà máy sản xuất wafer tối thiểu chỉ bằng 1/100 đến 1/1000 số tiền đó. Vì mỗi thiết bị đều nhỏ nên không cần không gian nhà máy lớn hoặc mặt nạ quang học để tạo mạch, giúp giảm đáng kể chi phí vận hành.

2. **Mô hình sản xuất linh hoạt và đa dạng:** Các nhà máy sản xuất wafer tối thiểu tập trung vào sản xuất nhiều loại sản phẩm lô nhỏ. Mô hình sản xuất này cho phép các doanh nghiệp vừa và nhỏ và các công ty khởi nghiệp nhanh chóng tùy chỉnh và sản xuất theo nhu cầu của họ, đáp ứng nhu cầu thị trường về các sản phẩm bán dẫn tùy chỉnh và đa dạng.

3. **Quy trình sản xuất đơn giản hóa:** Thiết bị sản xuất trong các nhà máy sản xuất wafer tối thiểu có cùng hình dạng và kích thước cho tất cả các quy trình và các container vận chuyển wafer (xe đưa đón) là phổ biến cho từng bước. Vì thiết bị và xe đưa đón hoạt động trong môi trường sạch nên không cần phải duy trì phòng sạch lớn. Thiết kế này làm giảm đáng kể chi phí sản xuất và tính phức tạp thông qua công nghệ sạch cục bộ và quy trình sản xuất đơn giản hóa.

4. **Tiêu thụ điện năng thấp và sử dụng điện gia dụng:** Thiết bị sản xuất trong các nhà máy sản xuất wafer tối thiểu cũng có mức tiêu thụ điện năng thấp và có thể hoạt động bằng nguồn điện AC100V gia dụng tiêu chuẩn. Đặc điểm này cho phép các thiết bị này được sử dụng trong môi trường bên ngoài phòng sạch, giúp giảm thêm mức tiêu thụ năng lượng và chi phí vận hành.

5. **Chu kỳ sản xuất rút ngắn:** Sản xuất chất bán dẫn quy mô lớn thường đòi hỏi thời gian chờ đợi lâu từ khi đặt hàng đến khi giao hàng, trong khi các nhà máy sản xuất wafer tối thiểu có thể đạt được sản lượng bán dẫn cần thiết đúng hạn trong khung thời gian mong muốn. Ưu điểm này đặc biệt rõ ràng trong các lĩnh vực như Internet vạn vật (IoT), đòi hỏi các sản phẩm bán dẫn nhỏ, có độ pha trộn cao.

**Trình diễn và ứng dụng công nghệ:**

Tại triển lãm "CEATEC 2024", Tổ chức Xúc tiến Sản xuất wafer tối thiểu đã trình diễn quy trình in thạch bản bằng thiết bị sản xuất chất bán dẫn siêu nhỏ. Trong quá trình trình diễn, ba máy đã được sắp xếp để giới thiệu quy trình in thạch bản, bao gồm phủ lớp chống dính, phơi sáng và tráng phủ. Hộp đựng vận chuyển wafer (tàu con thoi) được cầm trên tay, đặt vào thiết bị và kích hoạt bằng cách nhấn nút. Sau khi hoàn thành, tàu con thoi được nhấc lên và đặt trên thiết bị tiếp theo. Trạng thái bên trong và tiến trình của từng thiết bị được hiển thị trên màn hình tương ứng.

Sau khi ba quy trình này hoàn tất, wafer được kiểm tra dưới kính hiển vi, cho thấy một mẫu có dòng chữ "Happy Halloween" và hình minh họa quả bí ngô. Cuộc trình diễn này không chỉ cho thấy tính khả thi của công nghệ sản xuất wafer tối thiểu mà còn làm nổi bật tính linh hoạt và độ chính xác cao của nó.

Ngoài ra, một số công ty đã bắt đầu thử nghiệm công nghệ sản xuất wafer tối thiểu. Ví dụ, Yokogawa Solutions, một công ty con của Yokogawa Electric Corporation, đã tung ra các máy sản xuất hợp lý và đẹp mắt, có kích thước gần bằng một máy bán đồ uống tự động, mỗi máy được trang bị các chức năng vệ sinh, làm nóng và phơi sáng. Những máy này thực sự tạo thành một dây chuyền sản xuất bán dẫn và diện tích tối thiểu cần thiết cho một dây chuyền sản xuất "mini wafer fab" chỉ bằng kích thước của hai sân tennis, chỉ bằng 1% diện tích của một wafer fab 12 inch.

Tuy nhiên, các nhà máy sản xuất wafer tối thiểu hiện đang phải vật lộn để cạnh tranh với các nhà máy bán dẫn lớn. Các thiết kế mạch siêu mịn, đặc biệt là trong các công nghệ quy trình tiên tiến (như 7nm trở xuống), vẫn dựa vào thiết bị tiên tiến và khả năng sản xuất quy mô lớn. Các quy trình wafer 0,5 inch của các nhà máy sản xuất wafer tối thiểu phù hợp hơn để sản xuất các thiết bị tương đối đơn giản, chẳng hạn như cảm biến và MEMS.

Các nhà máy wafer tối thiểu đại diện cho một mô hình mới đầy hứa hẹn cho sản xuất chất bán dẫn. Được đặc trưng bởi tính thu nhỏ, chi phí thấp và tính linh hoạt, chúng được kỳ vọng sẽ cung cấp các cơ hội thị trường mới cho các doanh nghiệp vừa và nhỏ cũng như các công ty sáng tạo. Những lợi thế của các nhà máy wafer tối thiểu đặc biệt rõ ràng trong các lĩnh vực ứng dụng cụ thể như IoT, cảm biến và MEMS.

Trong tương lai, khi công nghệ phát triển và được thúc đẩy hơn nữa, các nhà máy sản xuất wafer tối thiểu có thể trở thành một lực lượng quan trọng trong ngành sản xuất chất bán dẫn. Chúng không chỉ cung cấp cho các doanh nghiệp nhỏ cơ hội tham gia vào lĩnh vực này mà còn có thể thúc đẩy những thay đổi trong cấu trúc chi phí và mô hình sản xuất của toàn bộ ngành. Để đạt được mục tiêu này sẽ cần nhiều nỗ lực hơn về công nghệ, phát triển nhân tài và xây dựng hệ sinh thái.

Về lâu dài, việc thúc đẩy thành công các nhà máy sản xuất wafer tối thiểu có thể có tác động sâu sắc đến toàn bộ ngành công nghiệp bán dẫn, đặc biệt là về mặt đa dạng hóa chuỗi cung ứng, tính linh hoạt của quy trình sản xuất và kiểm soát chi phí. Việc ứng dụng rộng rãi công nghệ này sẽ giúp thúc đẩy sự đổi mới và tiến bộ hơn nữa trong ngành công nghiệp bán dẫn toàn cầu.