顛覆臺積電，日本推“迷你”晶圓廠

　　臺積電最新的超大晶圓廠（GIGAFAB），每個月可生產(chǎn)超過10 萬片12 吋晶圓，每座造價高達3 千億元。但今年4 月1 日，日本推出的「迷你晶圓廠」（Minimal Fab），瞄準物聯(lián)網(wǎng)時代小量、多樣的感測器需求，起價卻只要5 億日圓（1.7 億元臺幣）?！度战?jīng)商業(yè)周刊》稱之為：「顛覆全球半導體業(yè)界的制造系統(tǒng)」。

　　這個由經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省主導，由140 間日本企業(yè)、團體聯(lián)合開發(fā)的新世代制造系統(tǒng)，目標是透過成本與技術門檻的大幅降低，讓汽車與家電廠商能自己生產(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 等大廠都自己生產(chǎn)半導體的垂直整合時代。

　　販賣這種生產(chǎn)系統(tǒng)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、美觀的制造機臺，大小約與飲料自動販賣機差不多，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。一條「迷你晶圓廠」產(chǎn)線，所需的最小面積是大約是兩個網(wǎng)球場的大小。也僅是一座12 吋晶圓廠的百分之一面積。

　　「迷你晶圓廠」能夠做到如此廉價、體積小，首先是挑戰(zhàn)業(yè)界常識的創(chuàng)新做法──不需要無塵室。

　　半導體芯片上如果沾有超過0.1 微米的灰塵就算是不良品，為此，制造室內(nèi)一定要保持超高潔凈度。維持無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，很難獲利。

　　產(chǎn)業(yè)技術總合研究所的原史朗挑戰(zhàn)了這項業(yè)界的常識?！赴雽w工廠真的需要無塵室嗎？明明需要隔絕灰塵的只有晶圓而已?！贡С种@項疑問，原史朗從1990 年代開始構想「迷你晶圓廠」。

　　幾年后，原史朗終于開發(fā)出局部無塵化的關鍵技術，并將此成果制出特殊運輸系統(tǒng)「Minimal Shuttle」。利用電磁鐵控制開關，幾乎不會有灰塵進入。

　　「迷你晶圓廠」的另一個特點，是不需要用到光罩，這又可大幅降低成本。Minimal Fab 的概念，就是那樣的時代十分需要的多種少量生產(chǎn)系統(tǒng)。要處理的晶圓大約直徑0.5 英吋，比1 日圓硬幣還要小。因為晶圓很小，所以生產(chǎn)裝置也要跟著變小。

　　芯片從晶圓上切割下來，大約1 平方公分大小。「迷你晶圓廠」的年產(chǎn)量大約是50 萬個，一般的12 吋晶圓廠則是兩億個。如果只生產(chǎn)1 萬個，市面上每一芯片要收1 萬日圓，但「迷你晶圓廠」只要收1，200 日圓。

　　這項「迷你晶圓廠」的研發(fā)計劃，源自2010 年。從2012 年開始的3 年內(nèi)，獲得經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省的預算，計劃也隨之通過。現(xiàn)在包含許多制造大廠在內(nèi)，共140 間企業(yè)團體參與。雖然是由橫河解決方案在販售，可是參與開發(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」的半導體前段制程所需的設備，已經(jīng)大致研發(fā)完畢，開始正式販售。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開發(fā)完成。