「迷你晶圓廠」助日本重拾巔峰？

儘管日本目前正在建造2奈米半導體晶圓廠，並與台積電合作在日本建造晶圓廠，但這在許多人看來並不是一個有效的策略。對於日本半導體產業來說，成品（半導體）的開發可以透過充分發揮設備和材料優勢來實現。能夠承擔這項艱鉅任務的力量來自於「迷你晶圓廠」。

人們普遍認為半導體生產需要大量投資。一方面，台積電（TSMC）等公司的半導體代工業務在業界快速發展；另一方面，不斷增長的需求導致半導體交付時間越來越長。為了解決半導體產業交貨時間長、反應速度慢的問題，日本產業技術綜合研究所（AIST）自2008年起開始開發「迷你晶圓廠」。 、多品種的半導體，為半導體生產產業帶來新趨勢。

迷你晶圓廠傳統上僅用於原型設計，但為了快速將其應用於量產，AIST的研究人員於2022年XNUMX月成立了「百半導體公司」（位於日本千葉縣柏市）。公司名稱含有「為客戶提供多種類型半導體」的含義。其代表董事倉村文仁先生表示：“我們計劃創造一個任何人都可以設計和生產半導體的世界。”

小型晶圓廠的優勢之一是能夠生產任意數量的半導體，甚至只生產一種。與大批量生產不同，其優勢在於生產小批量、多品種。

迷你晶圓廠不使用傳統的大尺寸晶圓，而是在直徑12.5公分的「半吋晶圓」上製作電路。生產設備尺寸為30cm（寬）*144cm（高）*45cm（深），可進行曝光等多種工序。也可與「Mega Fab（巨型晶圓廠）」的設備搭配使用。由於每個製程所使用的設備尺寸相似，因此可以使用機器人在設備之間運輸晶圓。

此外，迷你晶圓廠還配備了“迷你梭”，可以密封“半英寸晶圓”，從而無需潔淨室。雖然很難應用於超先進半導體的生產，但有足夠的能力來生產感測器和微機電系統（MEMS）等產品。

迷你晶圓廠的優點之一是可以減少設備投資。一般來說，大型晶圓廠需要數百億日圓（甚至更高）的設備投資。另一方面，微型晶圓廠的投資目標是其中的1/100至1/1000。由於各類設備的尺寸都比較小，不需要大規模的工廠用地，也不需要用於形成線路的“光掩模”，因此與巨型晶圓廠相比成本差異巨大。

此外，微型晶圓廠的交付週期極短。對於大規模半導體生產來說，從生產到交付的時間極其漫長；小型晶圓廠採用“Just In Time”模式，在必要的時間生產必要的數量。

上述特性可望在IoT（物聯網）方向的小批量、多品種半導體生產中發揮作用。代表董事Kuramura表示，“由於客戶訂單量較小，我們可以處理Foundries無法處理的小訂單。”

自2008年啟動該計畫以來，AIST一直在開發生產設備和「半英吋晶圓」。同時，為了盡快推動微型晶圓廠，AIST於2017年在日本茨城縣筑波市成立了“微型晶圓廠推進機構”，但由於找不到合適的參與者，進展緩慢。晶圓廠。倉村代表表示：“我們很早就實現了生產設備和半英寸晶圓的商業化，但我們還沒有找到能夠熟練使用微型晶圓廠的人才和公司。”

為了進一步推廣小型晶圓廠，百家半導體公司將重點放在大型晶圓廠無法滿足的半導體原型和訂單上。微型晶圓廠正致力於逐步解決問題，例如做出複雜的商業決策（例如準確預測客戶需求並判斷投資的可行性）以及從原型設計轉向大規模生產。透過接受大型晶圓廠無法吸收的訂單，他們將進一步推動小型晶圓廠的發展。

如今，百家半導體公司正積極推動半導體設計、原型設計和量產活動。目的是與客戶分享經驗，以達到普及生產技術的目的。同時，他們將持續提高原型機的改進速度，以快速走向量產。

此外，AIST也正在推動可用於小型晶圓廠的設計軟體的開發。其目標是在一年內開發出用於互補金屬氧化物半導體（CMOS）的PDK（製程設計套件）。此外，為了使其更易於使用，他們正在考慮標準化基本生產線設計並優先在研發中應用。今後，原型製作將在AIST海濱城市中心（東京都江東區）和筑波中心（茨城縣筑波市）進行。

此外，AIST 正在探索新的應用。例如，考慮到功耗問題，AIST正在討論填補積體電路（FPGA、可程式）無法滿足的空白，目標是提供和普及更多的設計和製程開發服務。 AIST表示：“我們可以靈活應對並滿足客製化要求。”

產業技術研究所已完成前段製程（成形線）、接合等製程的開發。未來五年的目標是將封裝基板整合到「半英吋晶圓」上。這將使半導體能夠封裝在更小的面積內，降低功耗，同時探索更多的應用情境。

為了進一步推進微型晶圓廠，產學研的目標是在五年後擴大「半吋晶圓」的產量，實現年產50,000萬片。未來，他們不僅計劃擁有自己的生產基地，還計劃自行生產。倉村代表指出，“對於參與推廣機構的企業來說，微型晶圓廠只是他們的一種選擇。我們將充分發揮領導者的作用來推廣這種生產模式。”

半導體產業的主旋律一直是“大量生產、大量消費”，但微型晶圓廠可以在必要時為客戶提供所需的數量。但另一方面，也面臨深挖客戶群、培養多元需求客戶群的挑戰。同時，AIST也努力開發技術，為許多客戶提供半導體生產和設計服務。