“迷你晶圓廠(chǎng)”或將顛覆全球半導體業(yè)界的制造系統

　　臺積電最新的超大晶圓廠(chǎng)(GIGAFAB)，每個(gè)月可生產(chǎn)超過(guò)10 萬(wàn)片12 寸晶圓，每座造價(jià)高達3 千億新臺幣(約合610億人民幣)。但今年4 月1 日，日本推出的“迷你晶圓廠(chǎng)”(Minimal Fab)，瞄準物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代小量、多樣的感測器需求，起價(jià)卻只要 5 億日元(0.3 億元人民幣)。有媒體稱(chēng)之為：“顛覆全球半導體業(yè)界的制造系統”。

　　這個(gè)由經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省主導，由140 間日本企業(yè)、團體聯(lián)合開(kāi)發(fā)的新世代制造系統，目標是透過(guò)成本與技術(shù)門(mén)檻的大幅降低，讓汽車(chē)與家電廠(chǎng)商能自己生產(chǎn)所需的半導體及感應器。形同推翻臺積電董事長(cháng)張忠謀 30 年前所創(chuàng )的晶圓代工模式，重回早年飛利浦、Sony 等大廠(chǎng)都自己生產(chǎn)半導體的垂直整合時(shí)代。

　　販賣(mài)這種生產(chǎn)系統的，是日本橫河電機集團旗下的橫河解決方案。每臺外型流線(xiàn)、美觀(guān)的制造機臺，大小約與飲料自動(dòng)販賣(mài)機差不多，但各自具備洗凈、加熱、曝光等功能。每一臺機器，都相當于一條半導體制造的生產(chǎn)線(xiàn)。一條“迷你晶圓廠(chǎng)”產(chǎn)線(xiàn)，所需的最小面積是大約是兩個(gè)網(wǎng)球場(chǎng)的大小。也僅是一座12 寸晶圓廠(chǎng)的百分之一面積。

　　“迷你晶圓廠(chǎng)”能夠做到如此廉價(jià)、體積小，首先是挑戰業(yè)界常識的創(chuàng )新做法──不需要無(wú)塵室。

　　半導體芯片上如果沾有超過(guò)0.1 微米的灰塵就算是不良品，為此，制造室內一定要保持超高潔凈度。維持無(wú)塵室需要大量的電力，因此不只投資金額很高、維持費用也相當驚人。所以半導體不大量生產(chǎn)的話(huà)，很難獲利。

　　產(chǎn)業(yè)技術(shù)總合研究所的原史朗挑戰了這項業(yè)界的常識。“半導體工廠(chǎng)真的需要無(wú)塵室嗎?明明需要隔絕灰塵的只有晶圓而已。”抱持著(zhù)這項疑問(wèn)，原史朗從 1990 年代開(kāi)始構想“迷你晶圓廠(chǎng)”。

　　幾年后，原史朗終于開(kāi)發(fā)出局部無(wú)塵化的關(guān)鍵技術(shù)，并將此成果制出特殊運輸系統“Minimal Shuttle”。利用電磁鐵控制開(kāi)關(guān)，幾乎不會(huì )有灰塵進(jìn)入。

　　“迷你晶圓廠(chǎng)”的另一個(gè)特點(diǎn)，是不需要用到光罩，這又可大幅降低成本。Minimal Fab 的概念，就是那樣的時(shí)代十分需要的多種少量生產(chǎn)系統。要處理的晶圓大約直徑0.5 英寸，比1 日元硬幣還要小。因為晶圓很小，所以生產(chǎn)設備也要跟著(zhù)變小。

　　芯片從晶圓上切割下來(lái)，大約1 平方公分大小。“迷你晶圓廠(chǎng)”的年產(chǎn)量大約是50 萬(wàn)個(gè)，一般的12 寸晶圓廠(chǎng)則是兩億個(gè)。如果只生產(chǎn)1 萬(wàn)個(gè)，市面上每一芯片要收1 萬(wàn)日元，但“迷你晶圓廠(chǎng)”只要收1，200 日元。

　　這項“迷你晶圓廠(chǎng)”的研發(fā)計劃，源自2010 年。從2012 年開(kāi)始的3 年內，獲得經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省的預算，計劃也隨之通過(guò)?，F在包含許多制造大廠(chǎng)在內，共140 間企業(yè)團體參與。雖然是由橫河解決方案在銷(xiāo)售，可是參與開(kāi)發(fā)制造的日本中小企業(yè)大約有30 間，這也是該設備的一大特色之一。

　　目前“迷你晶圓廠(chǎng)”的半導體前段制程所需的設備，已經(jīng)大致研發(fā)完畢，開(kāi)始正式銷(xiāo)售。預計2018 年以前，切割芯片功能與封裝等的后段制程設備也會(huì )開(kāi)發(fā)完成。