छोटा, हां हटाएं: जापानी परियोजना मिनिमल फैब पर एक वास्तविक नज़र

16 मई को, MIET (ज़ेलेनोग्राड) ने जापानी डेवलपर्स और कॉम्पैक्ट तकनीकी लाइनों के निर्माताओं के साथ एक पारंपरिक संगोष्ठी-बैठक की मेजबानी की, जिसे तथाकथित न्यूनतम फैब कहा जाता है।


पिछला बड़ा सेमिनार 2017 में वहां हुआ था, और यूट्यूब पर लगभग तीन घंटे की रिकॉर्डिंग है। लंबे समय से मैं इस विषय पर एक बड़ा नोट लिखना चाहता था, मैंने बहुत सारी सामग्री एकत्र की, और इस बैठक के बाद मैंने आखिरकार "परिपक्व" किया। फिर भी, प्रश्नों और उत्तरों के साथ एक लाइव बैठक लेखों के अध्ययन की तुलना में बहुत अधिक प्रभावी है। इसके अलावा, हाल ही में ऐसे कई लेख आए हैं जहां यह पंक्ति एक तरफा है, जिसमें किसी तरह की प्रशंसा नहीं है और न ही पूरी तरह से "प्रशंसा" का पर्याप्त तरीका है। चलिए इसका पता लगाते हैं ...

कटौती की अवधारणा

मिनिमल फैब परियोजना के मुख्य विचारक जापानी वैज्ञानिक शिरो हारा हैं। 2000 के दशक के मध्य में, उन्होंने अर्धचालक उत्पादन की लागत को कम करने के लिए एक कट्टरपंथी दृष्टिकोण का प्रस्ताव दिया - उपकरण और मूल वेफर्स के व्यास को कम करने का रास्ता अपनाने के लिए।

2010 में, इस विचार को लागू करने के लिए, जापान सरकार के सहयोग से और नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ एडवांस्ड इंडस्ट्रियल साइंसेज एंड टेक्नोलॉजीज (AIST) के तत्वावधान में एक कंसोर्टियम बनाया गया था । इस कंसोर्टियम में सामग्री, उपकरण और प्रौद्योगिकियों के विकास में शामिल एक सौ से अधिक जापानी कंपनियां शामिल हैं।
2017 में, अर्धचालक बाजार (टोक्यो बोकेई ग्रुप लिमिटेड) के लिए तैयार समाधान के रूप में मिनिमल फैब को बढ़ावा देने के लिए एक अलग संगठन आवंटित किया गया था।

कटौती का यह विचार मौजूदा वैश्विक प्रवृत्ति के खिलाफ है। यदि आप अर्धचालक विनिर्माण के आधुनिक विकास को देखते हैं, तो न्यूनतम आकार में कमी के साथ, प्लेटों के व्यास में वृद्धि और उपकरणों की उत्पादकता में वृद्धि होती है। यह इस तथ्य की ओर जाता है कि टीएसएमसी, इंटेल, सैमसंग जैसी कई प्रमुख कंपनियां आज आधुनिक बड़े पैमाने पर उत्पादन का निर्माण कर सकती हैं। अवधारणा के संदर्भ में ये तथाकथित मेगाफैब्स के मालिक हैं।

वे कुल बाजार के आधे से अधिक "धारण" करते हैं, बड़े पैमाने पर आईपी के उत्पादन के लिए महत्वपूर्ण उत्पादन क्षमता रखते हैं। छोटे उत्पादकों को बाजार से बाहर धोया जा रहा है, जो उपभोक्ता क्षेत्र में दिग्गजों के साथ प्रतिस्पर्धा करने में असमर्थ हैं। या एक बड़े मार्जिन के साथ, लेकिन छोटे संस्करणों के साथ विशिष्ट उत्पादों के विशिष्ट निशानों में जाते हैं। इसी समय, छोटी कंपनियां अस्थिर स्थिति में हैं, क्योंकि उन्हें "गिगंतोमैनिया" की वैश्विक प्रवृत्ति का पालन करने और बुनियादी ढांचे और उपकरणों में भारी निवेश करने के लिए मजबूर किया जाता है। सशर्त रूप से, अगर आज मैं छोटी मात्रा के लिए एक लाइन बनाना चाहता हूं, और प्रौद्योगिकी का पुराना स्तर (~ 3 माइक्रोन) है, तो मुझे बराबर की कीमत पर तीस साल पहले की तुलना में अधिक खर्च करना होगा। ऐसा विरोधाभास है।

उन लोगों के लिए क्या करना है जो आईपी की एक छोटी श्रृंखला खरीदना चाहते हैं? आप उसी विशाल कंपनियों में जा सकते हैं और MWP के हिस्से के रूप में, उनसे शटल मंगवा सकते हैं। यह बहुत सस्ता नहीं होगा और बहुत तेज नहीं होगा (CMOS प्रौद्योगिकी 28nm में 1-2 महीने का निर्माण चक्र)। लेकिन अगर आपको तकनीक के मामले में कुछ विशिष्ट की जरूरत है, तो एक समस्या होगी। प्रौद्योगिकी का विकास बहुत महंगा है, और कोई भी एक आदेश को पूरा करने के लिए ऐसा नहीं करेगा, उदाहरण के लिए, दस प्लेटों के लिए। आपका अपना शासक होना अच्छा होगा, लेकिन महंगा नहीं।)

न्यूनतम फैब अवधारणा के लेखक ने अर्धचालकों के उत्पादन के लिए "प्रवेश टिकट" की लागत को काफी कम करने का प्रस्ताव दिया। यह निम्नलिखित समाधानों द्वारा प्राप्त किया जाता है:

- आधुनिक मानक 300 मिमी (प्लेट क्षेत्र ~ 70650 मिमी 2) से प्लेटों के व्यास को 12.5 मिमी (प्लेट क्षेत्र ~ 122 मिमी 2) के व्यास तक कम करना। यह क्षेत्र एक बड़ी योजना या कई छोटे लोगों को समायोजित करने के लिए पर्याप्त है। अतिरिक्त प्रसंस्करण के साथ बड़ी प्लेटों से प्लेटों को "क्लिपिंग" द्वारा बनाया जाता है, (कैसेट में रखी गई प्लेट की फोटो):


- प्लेट बाहरी वातावरण (एसएमआईएफ का एक निश्चित एनालॉग) से पृथक कैप्सूल में स्थित है, जो केवल इकाई के अंदर खुलती है। एक प्रक्रिया में केवल एक प्लेट को संसाधित किया जाता है।
(एक प्लेट के साथ एक कंटेनर यूनिट में लोड किया गया है)


- सभी उपकरण एक एकीकृत फॉर्म फैक्टर (आयाम 1440x300x450 मिमी), एक जटिल स्टार्ट-अप और कनेक्शन प्रक्रिया के बिना किया जाता है। प्रत्येक इकाई एक प्रकार की प्रक्रिया (रासायनिक उपचार, नक़्क़ाशी आदि) करती है।

प्रतिष्ठानों का इंटरफ़ेस और नियंत्रण मानकीकृत है।

सामान्य MegaFactory प्रारूप में किसी भी बुनियादी ढांचे की आवश्यकता नहीं है। गैस और अभिकर्मक कॉम्पैक्ट कारतूस (कंटेनरों) में इकाइयों के अंदर स्थित हैं, गैसों में गैसें। गैसीय प्रतिक्रिया उत्पादों और हीट सिंक को हटाने के लिए एक हुड की आवश्यकता होती है:


- यह घोषित किया जाता है कि इसके लिए कमरे में एक साफ कमरे की आवश्यकता नहीं है, क्योंकि प्लेट का प्रसंस्करण क्षेत्र पर्यावरण से अलग है। कसाव के कारण प्लेट प्रसंस्करण क्षेत्र के अंदर, आईएसओ 4 का एक सफाई वर्ग हासिल किया जाता है (आईएसओ 9, एक सामान्य कार्यालय के कमरे में बाहरी सफाई वर्ग के साथ)।


- मास्कलेस (बिना फोटोमैस्क के) प्लेट पर पैटर्न बनाने की विधि। छवि एक फोटोरसिस्ट (शास्त्रीय अनुप्रयोग और विकास) पर सीधे प्रक्षेपण के कारण बनती है। तरंग दैर्ध्य 365 एनएम है, सिस्टम का अनुमानित संकल्प 0.5 माइक्रोन है। किनारे का क्षेत्र लगभग 0.5 मिमी है (प्लेट का कार्यशील व्यास लगभग 11 मिमी होगा)।



इस अवधारणा के स्पष्ट लाभ:

• दसियों या सैकड़ों बार उत्पादन के संगठन के लिए प्रारंभिक लागतों में कमी
• आधारभूत ढाँचे के साथ पूंजी निर्माण करने की आवश्यकता नहीं है
• एक पारंपरिक लाइन के संबंध में दसियों या सैकड़ों बार ऐसी लाइन के संचालन को बनाए रखने की लागत को कम करना (बिजली, सामग्री की खपत को कम करना, उपकरणों को मानकीकृत करके कर्मचारियों को कम करना)
• महत्वपूर्ण रूप से तेज नमूना उत्पादन समय (कुछ सप्ताह से दिनों तक)
• हाइब्रिड विकल्प संभव है, जब कुछ ऑपरेशन, अनुकूलन के अधीन, मानक "बड़े" उपकरण (IL, f \ l) पर किया जा सकता है।
• फोटो मास्क का उत्पादन आवश्यक नहीं है, यदि आवश्यक हो तो छवि सुधार संभव है

अवधारणा के लेखक भी मेगाफैब और मिनिमल फैब की तुलना करते हुए निम्नलिखित मूल्यांकन देते हैं:


बहुत प्रभावी तुलना। यह विशेष रूप से उन लोगों को पसंद करने के लिए है जो इस बात पर जोर देते हैं कि मिनिमल फैब एक पूर्ण विकसित कारखाने की जगह लेता है, और यह सबसे अच्छा और एकमात्र तरीका है। ठीक है, यहाँ अरबों हैं, और यहाँ लाखों हैं।

लेकिन यहीं से वास्तविकता के साथ अवधारणा का टकराव शुरू होता है।

वास्तविकता

आज तक, न्यूनतम फैब लाइन पर लागू सीएमओएस चिप्स का स्तर बहुत आश्चर्यजनक नहीं है। 400 ट्रांजिस्टर से मिलकर बहुत सरल नमूने जैसे नंद-कोशिकाएं और रिंग जेनरेटर बनाए गए। शटर का आकार कुछ माइक्रोन है, तकनीक काफी आदिम है (70 के दशक के उत्तरार्ध का स्तर, 80 के दशक की शुरुआत)। फोटो में, SEMI जापान में 2018 में प्रस्तुत किए गए नमूने।


और प्रस्तुति से एक स्लाइड भी, जो 2013 में नमूने बनाने के लिए एक योजनाबद्ध मार्ग दिखाती है। 39 कार्यों का एक मार्ग, प्रसार स्रोत से जंक्शन जंक्शन, तारों की एक परत ...


मिओन-फैब फॉर्म कारक में वर्तमान में आयन डोपिंग प्रक्रियाओं को लागू नहीं किया गया है, हालांकि काम जारी है। अब तक, ऊर्जा को 60 केवीवी, और दो प्रकार के तत्वों, बी और पी से वादा किया गया है। यह स्पष्ट नहीं है कि उच्च आकार की स्थापनाओं को सीमित आकार में कैसे प्राप्त किया जाए। एक विकल्प के रूप में - एक हाइब्रिड कार्यान्वयन (पारंपरिक धारकों पर प्रक्रियाएं, विशेष धारकों के कारण)।

1-0.8 माइक्रोन के स्तर के बारे में बात करने के लिए कम से कम दो-परत तारों का कार्यान्वयन भी अभी तक दिखाई नहीं दे रहा है। सभी पीसीटी प्रक्रियाओं को लागू नहीं किया गया है।

डेवलपर्स द्वारा आज तक पहुंची फोटोलिथोग्राफी का स्तर 0.5 माइक्रोन तक रखा गया है। ऐसा कहा जाता है कि यह एक कदम है, लेकिन कुछ सामग्रियों को नहीं दिखाया गया है। योजनाओं में आगे इलेक्ट्रॉन बीम लिथोग्राफी के लिए संक्रमण है, लेकिन यह भविष्य में है।

यह रोडमैप कैसा दिखता है:


अब तक, पांच बिलियन के पूर्ण-स्वामित्व वाले कारखाने की तुलना और वर्तमान मिनिमल फैब लाइनअप कुछ भ्रामक लग रहा है। और जो लोग इसे अपील करते हैं वे बहुत अधिक ज्ञान के कारण या तो अज्ञानता से बाहर निकलते हैं या इसके विपरीत।

उदाहरण के लिए, कॉन्सेप्ट डेवलपर खुद को TSMC के विपरीत नहीं मानता है।

मिनियामल फैब के लेखकों के लिए एक जगह देखी जाती है। आंकड़ा यूएस सेमीकंडक्टर निर्माताओं (2017 प्रस्तुति से स्लाइड) का विश्लेषण दिखाता है।


संयुक्त राज्य अमेरिका में लगभग 98 कारखाने प्रक्रिया में अर्धचालक का निर्माण कर रहे हैं 0.5 माइक्रोन या उससे अधिक से, 100 और नीचे से वेफर व्यास। ये मध्यम और छोटे संस्करणों के निर्माता हैं, सबसे अधिक बार। ये सभी प्रकार (CMOS, MEMS, असतत) हैं। प्रौद्योगिकी के स्तर तक, यह पहले से ही लगभग मिनिमम फैब लाइन की क्षमताओं से मेल खाती है, ph स्तर के वर्तमान स्तर के साथ (यहां तक ​​कि एक इलेक्ट्रॉन बीम के बिना भी)। इन कारखानों के लिए एक हार्डवेयर समस्या है। इस व्यास के लिए नए उपकरण उपलब्ध नहीं हैं, और यहां न्यूनतम फैब प्रारूप बहुत उपयुक्त है। डेवलपर्स के अनुसार, इन क्षमताओं को बदलने के लिए, मिनिमल फैब की हजारों लाइनों की आवश्यकता होती है।
सिद्धांत रूप में, एक समान स्थिति, लेकिन छोटे पैमाने पर, हमारे देश में मौजूद है। हमारे पास पर्याप्त पुराने शासक भी हैं जो राजा मटर की तकनीक (घोड़े के मानकों आदि के अनुसार दस ट्रांजिस्टर की अलग-अलग झबरा श्रृंखला) का उपयोग करके छोटे खंड बनाते हैं।

दूसरा दिलचस्प और वास्तव में प्रासंगिक आला विशिष्ट प्रौद्योगिकियां हैं।

SOI, MEMS, सेंसर, हाइब्रिड सर्किट (CMOS + सेंसर, जैसे कि किलोमीटर) असतत, माइक्रोवेव, बंपिंग, A3B5 कनेक्शन जैसे बैकएंड ऑपरेशन ... यह सब एक छोटे व्यास पर किया जाता है, आमतौर पर छोटे संस्करणों के साथ। और यहां मिनिमल फैब पारंपरिक कार्यान्वयन (फोटो में एमईएमएस संरचना के कार्यान्वयन का एक उदाहरण) जीतता है।


आज तक, यह घोषणा की गई है कि पहले से ही मिनिमल फैब की 5-6 लाइनें ग्राहकों के लिए पूरी तरह से काम करती हैं। एक कंपनी के एक प्रतिनिधि ने सेमिनार में बात की और उनके आवेदन के अनुभव के बारे में बात की।

आमतौर पर, वे हाइब्रिड प्रारूप में न्यूनतम फैब उपकरण का उपयोग करते हैं। यही है, उनके पास बैकएंड प्रक्रिया के लिए उपकरणों के साथ एक पारंपरिक साफ कमरा है (कुछ बम्पिंग के लिए एक इंटरपॉसर की तरह)। और मिनिमल फैब की कई इकाइयाँ f \ l और रासायनिक प्रसंस्करण की प्रक्रिया करती हैं।

हमारे साथ पदोन्नति

हमारे पास एमआईईएम को न्यूनतम रूप से बढ़ावा देने का विचार है । प्रौद्योगिकी डेवलपर्स के साथ सेमिनार और बैठकें आयोजित करता है (बैठक के ढांचे के भीतर, सम्मेलन के बाद, NRU MIET, टोक्यो बोइकी (RUS) LLC (100% जापानी पूंजी के साथ) और इलेक्ट्रॉनिक उद्योग के क्षेत्र में कर्मियों को प्रशिक्षित करने वाले विश्वविद्यालयों के बीच एक समझौते पर हस्ताक्षर किए गए)।

टोक्यो BOEKI रूस की एक रूसी भाषा की वेबसाइट है ।
कुछ साल पहले, ADGEX ने बहुत ही दयनीय "माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक की दुनिया में एक नए युग की शुरुआत" की घोषणा की, और 2018 में मिनिमल फैब पर निर्मित "उपकरणों" की आपूर्ति शुरू करने की धमकी दी, लेकिन कुछ गलत हो गया।

व्यक्तिगत परिणाम को समेटना

• मिनिमल फैब प्रारूप केवल छात्र सीखने के लिए एक सिम्युलेटर नहीं है (हालांकि, मैं मानता हूं, कुछ साल पहले मैंने सोचा था कि यह अधिक पसंद था)
• एमईएमएस, सेंसर, सेंसर, बोल्टोमीटर आदि के लिए आदर्श।
• असतत उपकरणों, माइक्रोवेव, पावर इलेक्ट्रॉनिक्स और विशिष्ट सामग्री, जैसे SOI, A3B5 के लिए उपयुक्त है। (संभवतः एक हाइब्रिड कार्यान्वयन में)
• 3 माइक्रोन और उससे अधिक के स्तर के द्विध्रुवी या CMOS सर्किट के निर्माण के लिए एक बहुत ही यथार्थवादी विकल्प, एकीकरण की एक छोटी सी डिग्री के साथ (उदाहरण के लिए, कई सैन्य श्रृंखला, दस ट्रांजिस्टर और घोड़े के आकार के साथ तीन प्रतिरोधक, जो अभी भी जाली हैं)
• छोटे व्यास प्लेटों के पुराने शासकों को बदलने के लिए और एक छोटी श्रृंखला के लिए (पुराने उपकरणों की समस्या जो कोई भी शारीरिक रूप से नहीं करता है)
• अत्यंत दिलचस्प है पैकेजिंग का कार्यान्वयन \ bumping \ interposers और इतने पर (एक छोटी सी श्रृंखला के मामले में)
• CMOS स्तर 0.5 माइक्रोन से 0.25 माइक्रोन तक - संभवतः भविष्य में, प्रौद्योगिकी में निवेश पर निर्भर करता है।

एक संकर मोड में एक विकल्प के रूप में (एक क्लासिक कारखाने में मिनिमल फैब)।

• पूर्ण-स्तरीय सीएमओएस और एकीकरण की एक बड़ी डिग्री (0.25 माइक्रोन से नीचे) के लिए, इलेक्ट्रो-बीम f \ l होने पर भी कुछ आवश्यक शर्तें हैं। फिर भी, नग्न रूप में आकार सब कुछ से दूर है। 0.25 माइक्रोन से नीचे, तकनीकी प्रक्रिया बहुत अधिक जटिल है, और सबसे महत्वपूर्ण बात, डिजाइन घटक।
• नीचे 0.18mkm - डेवलपर्स निकट भविष्य में भी योजना नहीं देखते हैं
• 28nm और निचले नोड्स के साथ बड़े कारखाने शांति से सो सकते हैं, न्यूनतम भविष्य में उनके लिए मिनिमल फैब प्रतिस्पर्धी नहीं है।

न्यूनतम फैब सामग्री और संसाधन

1. MIET, 2017 में एक बड़े सेमिनार की रिकॉर्डिंग।
2. विनिर्माण प्रक्रिया के बारे में वीडियो बहुत स्पष्ट है।
3. SEMI EXPO मास्को 2017 की प्रस्तुति