迷你晶圆厂解决方案 | Yokogawa China Co., Ltd.

什么是迷你晶圆厂？

迷你晶圆厂是一种创新的半导体制造系统，其运作理念与传统半导体生产截然不同。它不依赖大型晶圆厂，而是采用小尺寸晶圆（0.5英寸）和一套专用的小型、高性价比的制造设备，构建出一条微型化的生产线。

迷你晶圆厂的主要优势：

大幅降低成本：
传统半导体晶圆厂需要数亿元的投资。迷你晶圆厂可将成本降低至约千分之一，使其更易于普及。
无需洁净室：
与传统晶圆厂不同，迷你晶圆厂无需昂贵的洁净室设施，显著降低了运营和维护成本。
灵活且多样的制造：
迷你晶圆厂非常适合小批量半导体生产，能够实现快速原型设计、研发以及新电子设备的商业化。
可扩展且易于实施：
该系统结构紧凑，使企业、大学和研究机构能够快速建立并运行半导体生产线，而无需应对大型晶圆厂的复杂性。

由于成本效益、灵活性和易于部署的特点，迷你晶圆厂正在革新半导体行业，让芯片制造变得更加便捷。

概述

作为迷你晶圆厂推广组织的核心成员，我们致力于迷你晶圆厂的推广工作。我们为客户提供从考虑引入迷你晶圆厂到设施建设、运营及维护的全方位支持，您可以放心地交给我们。

我们是获得该组织认证的迷你晶圆厂运营商。

您可以从“下载”选项卡下载我们的宣传册。此外，“视频”选项卡中提供了通俗易懂的视频，展示了迷你晶圆厂的优势，还有其他关于半导体行业迷你晶圆厂的视频可供观看。

您可以在横河电机迷你晶圆厂应用实验室进行微型设备原型设计。如果您想体验快速的设备原型设计，欢迎访问我们的应用实验室，或通过页面底部的链接联系我们，以获取更多解决方案信息，也可从“下载”选项卡查看原型设计宣传册。

无论您是希望在原型设计层面开发新设备，还是进行多品种小批量生产；无论您是希望培训自己的工程师，还是作为学生掌握半导体行业的基础知识；或者您只是想短期使用几天实验室，您都找到了答案——那就是迷你晶圆厂。

由于实际的大型晶圆厂地理位置特定、进入受限且成本高昂，接触此类设施并获取相关知识的难度很大。而迷你晶圆厂恰恰能在这种设施和知识获取困难的情况下，真正满足您的创造力、求知欲和培训需求。通过建立无需洁净室的半导体生产线，并且仅使用约半英寸（具体直径为12.5毫米）的晶圆，迷你晶圆厂为您的个性化项目提供了众多解决方案。欢迎深入了解这项技术，如有任何疑问，请联系我们。

参考案例

客户案例：日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）小规模集成电路原型设计（2021年3月）

我们很高兴地宣布，横河电机解决方案服务公司已成功使用安装在我们内部应用实验室的迷你晶圆厂前端工具，完成了小规模集成电路原型设计。我们是根据与日本宇宙航空研究开发机构的合同进行的此次原型设计。

要点
1) 基于日本产业技术综合研究所（AIST）为迷你晶圆厂开发的SOI-CMOS “Technology 2018”，横河电机成功开发了小规模集成电路原型，并针对横河电机迷你晶圆厂应用实验室进行了优化。
2) 示波器波形测量证实了电路运行正常（图3）。
3) 在3V至1.7V的电源电压范围内，确认了运算电路的正常运行（图4）。
4) 封装后，我们确认了所有约1,000个晶体管运行正常。

未来发展

在与电路设计公司合作建立设计环境后，我们将创建用于原型设计的PDK，并广泛征集设备原型。

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* 此次原型设计的目的是研究包括工艺可重复性在内的质量保证方法，以推动迷你晶圆厂作为航天器所需少量设备的供应系统。

半导体人才培养与教育

客户面临的挑战

仅靠课堂学习不足以培养半导体工程师。为了巩固理论知识、培养先进技能并激发兴趣和热情，使用实际设备进行实践培训至关重要。然而，传统的半导体制造设备成本高昂、操作复杂且运行费用高，因此对教育机构而言不切实际。此外，此类设备复杂的内部机制也可能限制学习效率。

横河电机的解决方案

我们推荐将迷你晶圆厂作为半导体教学的实用且有效的工具。
与传统半导体制造设备不同，迷你晶圆厂显著降低了资本投资和运营成本，使其更易于教育机构采用。其紧凑且简化的设计让学生能够轻松理解内部机制，同时实现快速加工。
得益于这些优势，许多教授和教育工作者已将迷你晶圆厂视为“半导体教学的理想工具”。

应用实验室

客户面临的挑战

“我从未见过迷你晶圆厂设备的实际运行，所以想看看演示。”
“我在SEMICON Japan展会上看到了迷你晶圆厂，但想了解更多。”
“我很想亲眼看到并接触实际设备，但感觉遥不可及。”
“我想尝试设备原型设计和新材料评估，但缺乏必要的环境。”
“我想利用迷你晶圆厂进行培训和半导体人才培养，但没有合适的设施。”

横河电机的解决方案

横河电机在三鹰总部建立了迷你晶圆厂应用实验室，为各种需求提供亲身体验、支持和服务：

设施参观：
如果您从未见过迷你晶圆厂设备，或者只在SEMICON Japan等展会上见过，欢迎您访问我们的应用实验室，观看演示并进行详细了解。
设备原型设计与材料评估：
利用我们的设施，在真实环境中进行半导体设备原型设计和新材料评估。
迷你晶圆厂培训：
培训操作员和维护人员，确保将迷你晶圆厂技术顺利引入您的工作流程。
半导体人才培养：
半导体行业面临严重的人才短缺问题。我们的设施通过提供从课堂半导体基础知识到实践设备制造的广泛培训，为教育机构、设备制造商和设备供应商提供支持。

我们经验丰富的工程师，曾在日本产业技术综合研究所的迷你晶圆厂技术和工艺开发中发挥关键作用，将提供专业的指导和支持。

如需咨询或申请参观，请通过本页右上角的“联系我们”链接与我们联系。

原型设计

客户面临的挑战

设备原型设计需要多次反复试验，短则数月，长则数年。在典型的“大型晶圆厂”中生产时，许多设备是一次性生产的，非常耗时且成本高昂。此外，在大尺寸晶圆上难以生产的特殊或昂贵材料的原型设计，在技术和成本方面也存在障碍。

横河电机的解决方案

迷你晶圆厂支持从单个设备开始进行原型设计。当前的迷你晶圆厂曝光工艺采用无掩模方式，大大加快了研发速度。由于不使用掩模，可以轻松使用CAD更改掩模布局，从而显著降低原型设计成本。
如果您有想要实现的设备，请立即联系我们。请参阅我们的宣传册《迷你设备原型制作》（1.9MB）。

设施建设

客户面临的挑战

从头开始建设半导体生产线需要具备设备、公用设施、法规方面的广泛专业知识以及设施建设经验，还需要与众多设备制造商和承包商会面，讨论规格并协调进度。
自行完成这些任务需要大量的时间和精力，这反过来会给您的业务带来压力，并可能导致生产率下降。

横河电机的解决方案

我们拥有具备广泛专业知识和建设经验的工程师，将考虑《建设业法》、有毒物质控制和高压力气体安全等法规，为您规划一个安全、易于操作的设施环境。

设施建设示例

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多品种小批量

客户面临的问题

随着物联网(*1) 时代的到来，对多品种小批量半导体生产的需求日益增长。
目前，大型晶圆厂的大规模生产导致产量与需求量不匹配，成本高昂。

横河电机的解决方案

使用迷你晶圆厂，可以从单个器件开始制造半导体。
这使您能够按需生产，消除浪费并显著降低成本。
此外，初始投资仅为几亿到几十亿日元，并且由于无需洁净室，运行成本也大大降低。
我们建议，即使是没有现有工厂的客户，也应探索利用迷你晶圆厂建立内部半导体设施的可能性。

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[*1] 物联网：指具有传感器、处理能力、软件和其他技术的设备，通过互联网或其他通信网络与其他设备和系统连接并交换数据。

快速交付

客户面临的问题

在大型晶圆厂的半导体制造中，掩模制作通常成本高昂且耗时，通常需要数月才能完成。
因此，客户反馈进行审核和修改存在相当大的时间延迟。

横河电机的解决方案

使用迷你晶圆厂，由于采用直接曝光，无需再制作掩模，几天内即可完成半导体制造。
因此，不存在大型晶圆厂那样的时间延迟。迷你晶圆厂交付周期（*2）短，这对设备原型制作非常有用。

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大型晶圆厂：完成掩模用于大批量设备生产需要数月时间。

迷你晶圆厂：使用数字微镜器件进行直接曝光，消除了掩模生产时间。数字掩模可在几天内完成。单次曝光即可实现快速的结果反馈，这是该系统的一大特点。

[*2]交付周期：在半导体领域，“交付周期”是指从启动到最终交付，完成制造过程或特定任务所需的总时间。它涵盖了生产周期中的所有阶段，包括设计、制造、测试和任何其他相关流程。

标准化

客户面临的挑战

过去，将研发成果转化为实际生产，需要对涉及的数百个工序中的每一个进行反复调整和验证。
这种转化需要相当长的时间，在某些情况下，甚至可能无法进入生产阶段。

横河电机的解决方案

迷你晶圆厂通过使用相同的设备，将研发与生产无缝连接，有效解决了因不同阶段使用不同设备而导致的耗时难题。其先进的标准化确保了无缝衔接，无需延迟即可顺利过渡到生产阶段。
迷你晶圆厂将标准化提升到了一个新的便利水平，不仅包括每台设备的尺寸，还包括封装在标准化微型运输盒中的0.5英寸晶圆的使用（参见视频选项卡）。
此外，每台设备都具有相同的标准化用户界面，包括自动模式、手动模式和维护模式。这使得专家和新手都能高效地操作同一套设备，并有助于知识转移。

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