जापान के सेमीकंडक्टर: मिनी वेफर फैब्स (भाग II)

"मिनी वेफर फैब" जापान को अपना शिखर पुनः प्राप्त करने में मदद करता है?

हालाँकि जापान वर्तमान में 2-नैनोमीटर सेमीकंडक्टर फैब का निर्माण कर रहा है और जापान में फैब बनाने के लिए टीएसएमसी के साथ साझेदारी कर रहा है, लेकिन कई लोगों द्वारा इसे एक प्रभावी रणनीति के रूप में नहीं देखा जाता है। जापानी अर्धचालक उद्योग के लिए, तैयार उत्पादों (अर्धचालक) का विकास पूरी तरह से उपकरण और सामग्री की ताकत का लाभ उठाकर प्राप्त किया जा सकता है। इस विशाल कार्य को करने की शक्ति "मिनी वेफर फैब्स" से आती है।

आमतौर पर यह माना जाता है कि सेमीकंडक्टर उत्पादन के लिए बड़े पैमाने पर निवेश की आवश्यकता होती है। एक ओर, ताइवान सेमीकंडक्टर मैन्युफैक्चरिंग कंपनी (टीएसएमसी) और अन्य कंपनियों के सेमीकंडक्टर फाउंड्री व्यवसाय उद्योग में तेजी से विकसित हो रहे हैं; दूसरी ओर, लगातार बढ़ती मांग के कारण सेमीकंडक्टर डिलीवरी में अधिक समय लग गया है। सेमीकंडक्टर उद्योग में लंबी डिलीवरी समय और धीमी प्रतिक्रिया गति की समस्या को हल करने के लिए, नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ एडवांस्ड इंडस्ट्रियल साइंस एंड टेक्नोलॉजी (एआईएसटी) 2008 से "मिनी वेफर फैब्स" विकसित कर रहा है। "मिनी वेफर फैब्स" की विशेषता क्षमता है अर्धचालक उत्पादन उद्योग में नए रुझान लाते हुए, छोटी मात्रा और कई प्रकार के अर्धचालकों का उत्पादन करना।

मिनी वेफर फैब का उपयोग परंपरागत रूप से केवल प्रोटोटाइप के लिए किया जाता है, लेकिन उन्हें बड़े पैमाने पर उत्पादन में तेजी से लागू करने के लिए, एआईएसटी के शोधकर्ताओं ने दिसंबर 2022 में "हंड्रेड सेमीकंडक्टर्स कंपनी" की स्थापना की (काशीवा शहर, चिबा प्रीफेक्चर, जापान में स्थित)। कंपनी के नाम का अर्थ "ग्राहकों को कई प्रकार के अर्धचालक प्रदान करना" है। इसके प्रतिनिधि निदेशक, श्री फुमिहितो कुरामुरा ने कहा, "हम एक ऐसी दुनिया बनाने की योजना बना रहे हैं जहां कोई भी अर्धचालक डिजाइन और उत्पादन कर सके।"

मिनी वेफर फैब के फायदों में से एक किसी भी संख्या में अर्धचालक का उत्पादन करने की क्षमता है, यहां तक कि सिर्फ एक भी। बड़े पैमाने पर उत्पादन के विपरीत, इसका लाभ छोटी मात्रा और कई किस्मों के उत्पादन में निहित है।

मिनी वेफर फैब्स पारंपरिक बड़े आकार के वेफर्स का उपयोग नहीं करते हैं, बल्कि 12.5 सेमी के व्यास के साथ "हाफ इंच वेफर्स" पर सर्किट बनाते हैं। उत्पादन उपकरण का आकार 30 सेमी (चौड़ाई) * 144 सेमी (ऊंचाई) * 45 सेमी (गहराई) है, और यह एक्सपोज़र जैसी कई प्रक्रियाएं कर सकता है। इसका उपयोग "मेगा फैब (मेगा वेफर फैब)" के उपकरण के साथ भी किया जा सकता है। चूँकि प्रत्येक प्रक्रिया में उपयोग किए जाने वाले उपकरण का आकार समान होता है, रोबोट का उपयोग उपकरणों के बीच वेफर्स के परिवहन के लिए किया जा सकता है।

इसके अलावा, मिनी वेफर फैब्स में एक "मिनी शटल" भी शामिल है जो "हाफ इंच वेफर्स" को सील कर सकता है, जिससे साफ कमरे की आवश्यकता समाप्त हो जाती है। हालांकि इसे अल्ट्रा-एडवांस्ड सेमीकंडक्टर्स के उत्पादन में लागू करना मुश्किल है, लेकिन सेंसर और माइक्रो-इलेक्ट्रोमैकेनिकल सिस्टम (एमईएमएस) जैसे उत्पादों का उत्पादन करने की काफी क्षमता है।

मिनी वेफर फैब का एक फायदा यह है कि वे उपकरण निवेश को कम कर सकते हैं। सामान्य तौर पर, मेगा वेफर फैब्स को उपकरण में दसियों अरब येन (या इससे भी अधिक) के निवेश की आवश्यकता होती है। दूसरी ओर, मिनी वेफर फैब के लिए निवेश लक्ष्य उसका 1/100 से 1/1000 है। क्योंकि सभी प्रकार के उपकरणों का आकार अपेक्षाकृत छोटा होता है, इसके लिए बड़े पैमाने पर फैक्ट्री भूमि की आवश्यकता नहीं होती है, न ही लाइनें बनाने के लिए उपयोग किए जाने वाले "फोटोमास्क" की आवश्यकता होती है, इसलिए मेगा वेफर फैब की तुलना में लागत अंतर बहुत बड़ा है।

इसके अलावा, मिनी वेफर फैब्स का वितरण चक्र बेहद छोटा है। बड़े पैमाने पर अर्धचालक उत्पादन के लिए, उत्पादन से वितरण तक का समय बहुत लंबा है; मिनी वेफर फैब्स आवश्यक समय पर आवश्यक मात्रा का उत्पादन करने के लिए "जस्ट इन टाइम" मोड अपनाते हैं।

उपरोक्त विशेषताओं से IoT (इंटरनेट ऑफ थिंग्स) की दिशा में छोटी मात्रा और कई प्रकार के अर्धचालकों के उत्पादन में भूमिका निभाने की उम्मीद है। प्रतिनिधि निदेशक कुरामुरा ने कहा, "क्योंकि ग्राहक ऑर्डर की मात्रा छोटी है, हम छोटे ऑर्डर संभाल सकते हैं जिन्हें फाउंड्री संभाल नहीं सकती।"

2008 में परियोजना शुरू करने के बाद से, एआईएसटी उत्पादन उपकरण और "हाफ इंच वेफर्स" विकसित कर रहा है। उसी समय, मिनी वेफर फैब को जल्द से जल्द बढ़ावा देने के लिए, एआईएसटी ने 2017 में जापान के इबाराकी प्रान्त के त्सुकुबा शहर में एक "मिनी वेफर फैब प्रमोशन एजेंसी" की स्थापना की, लेकिन प्रगति धीमी थी क्योंकि उन्हें ऐसे खिलाड़ी नहीं मिल सके मिनी वेफर फैब्स का कुशलतापूर्वक उपयोग कर सकता है। प्रतिनिधि निदेशक कुरामुरा ने कहा, "हमने उत्पादन उपकरण और हाफ इंच वेफर का जल्दी ही व्यावसायीकरण कर दिया है, लेकिन हमें ऐसे प्रतिभाशाली लोग और कंपनियां नहीं मिली हैं जो मिनी वेफर फैब का कुशलतापूर्वक उपयोग कर सकें।"

मिनी वेफर फैब्स को और अधिक बढ़ावा देने के लिए, हंड्रेड सेमीकंडक्टर्स कंपनी सेमीकंडक्टर प्रोटोटाइप और ऑर्डर पर ध्यान केंद्रित कर रही है जिन्हें मेगा वेफर फैब्स समायोजित नहीं कर सकते हैं। मिनी वेफर फैब्स कदम दर कदम मुद्दों को सुलझाने पर काम कर रहे हैं, जैसे जटिल व्यावसायिक निर्णय लेना (जैसे ग्राहक की मांग का सटीक अनुमान लगाना और निवेश की व्यवहार्यता का आकलन करना) और प्रोटोटाइप से बड़े पैमाने पर उत्पादन की ओर बढ़ना। उन आदेशों को स्वीकार करके जिन्हें मेगा वेफर फैब्स अवशोषित नहीं कर सकते, वे मिनी वेफर फैब्स को और बढ़ावा देंगे।

आज, हंड्रेड सेमीकंडक्टर्स कंपनी सक्रिय रूप से सेमीकंडक्टर डिजाइन, प्रोटोटाइपिंग और बड़े पैमाने पर उत्पादन गतिविधियों को बढ़ावा दे रही है। उत्पादन तकनीक को लोकप्रिय बनाने के लक्ष्य को प्राप्त करने के लिए ग्राहकों के साथ अनुभव साझा करना है। साथ ही, वे बड़े पैमाने पर उत्पादन की ओर तेजी से बढ़ने के लिए प्रोटोटाइप के सुधार की गति में सुधार करना जारी रखेंगे।

इसके अलावा, एआईएसटी ऐसे डिजाइन सॉफ्टवेयर के विकास को भी बढ़ावा दे रहा है जिसका उपयोग मिनी वेफर फैब के लिए किया जा सकता है। इसका लक्ष्य एक वर्ष के भीतर पूरक धातु ऑक्साइड अर्धचालक (सीएमओएस) के लिए पीडीके (प्रोसेस डिजाइन किट) विकसित करना है। साथ ही, इसे उपयोग में आसान बनाने के लिए, वे बुनियादी लाइन डिज़ाइनों को मानकीकृत करने और अनुसंधान एवं विकास में उनके अनुप्रयोग को प्राथमिकता देने पर विचार कर रहे हैं। भविष्य में, प्रोटोटाइपिंग एआईएसटी सीसाइड अर्बन सेंटर (कोटो-कू, टोक्यो) और त्सुकुबा सेंटर (त्सुकुबा सिटी, इबाराकी प्रीफेक्चर) में की जाएगी।

इसके अलावा, एआईएसटी नए अनुप्रयोगों की खोज कर रहा है। उदाहरण के लिए, बिजली की खपत के मुद्दे पर विचार करते हुए, एआईएसटी अधिक डिज़ाइन और प्रक्रिया विकास सेवाओं को प्रदान करने और लोकप्रिय बनाने के लक्ष्य के साथ, उस अंतर को भरने पर चर्चा कर रहा है जिसे एकीकृत सर्किट (एफपीजीए, प्रोग्रामेबल) पूरा नहीं कर सकते हैं। एआईएसटी ने कहा, "हम लचीले ढंग से प्रतिक्रिया दे सकते हैं और अनुकूलित आवश्यकताओं को पूरा कर सकते हैं।"

एआईएसटी ने फ्रंट-एंड प्रक्रियाओं (लाइन बनाने), बॉन्डिंग और अन्य प्रक्रियाओं का विकास पूरा कर लिया है। अगले पांच वर्षों का लक्ष्य पैकेजिंग सबस्ट्रेट्स को "हाफ इंच वेफर्स" पर एकीकृत करना है। इससे अर्धचालकों को छोटे क्षेत्रों में पैक किया जा सकेगा और अधिक अनुप्रयोग परिदृश्यों की खोज करते हुए बिजली की खपत कम होगी।

मिनी वेफर फैब को और अधिक बढ़ावा देने के लिए, एआईएसटी का लक्ष्य "हाफ इंच वेफर्स" की उत्पादन मात्रा का विस्तार करना है ताकि पांच वर्षों के बाद 50,000 टुकड़ों का वार्षिक उत्पादन हासिल किया जा सके। भविष्य में, वे न केवल अपना स्वयं का उत्पादन आधार बनाने की योजना बनाते हैं, बल्कि स्वयं उत्पादन करने की भी योजना बनाते हैं। प्रतिनिधि निदेशक कुरामुरा ने बताया, "प्रचार एजेंसी में भाग लेने वाली कंपनियों के लिए, मिनी वेफर फैब सिर्फ एक विकल्प है। हम इस उत्पादन मॉडल को बढ़ावा देने के लिए नेताओं की भूमिका का पूरी तरह से लाभ उठाएंगे।"

सेमीकंडक्टर उद्योग का मुख्य विषय हमेशा "बड़े पैमाने पर उत्पादन, बड़े पैमाने पर खपत" रहा है, लेकिन मिनी वेफर फैब्स ग्राहकों को आवश्यकता पड़ने पर आवश्यक मात्रा प्रदान कर सकते हैं। हालाँकि, दूसरी ओर, इसे ग्राहक आधार में गहराई से खुदाई करने और कई आवश्यकताओं के साथ ग्राहक आधार तैयार करने की चुनौती का भी सामना करना पड़ता है। साथ ही, एआईएसटी कई ग्राहकों के लिए सेमीकंडक्टर उत्पादन और डिजाइन सेवाएं प्रदान करने के लिए प्रौद्योगिकी विकसित करने के लिए भी कड़ी मेहनत कर रहा है।