“迷你晶圓廠”或將顛覆全球半導體業界的制造系統

　　臺積電最新的超大晶圓廠(GIGAFAB)，每個月可生產超過10 萬片12 寸晶圓，每座造價高達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”(Minimal Fab)，瞄準物聯網時代小量、多樣的感測器需求，起價卻只要 5 億日元(0.3 億元人民幣)。有媒體稱之為：“顛覆全球半導體業界的制造系統”。

　　這個由經濟產業省主導，由140 間日本企業、團體聯合開發的新世代制造系統，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 年前所創的晶圓代工模式，重回早年飛利浦、Sony 等大廠都自己生產半導體的垂直整合時代。

　　販賣這種生產系統的，是日本橫河電機集團旗下的橫河解決方案。每臺外型流線、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線。一條“迷你晶圓廠”產線，所需的最小面積是大約是兩個網球場的大小。也僅是一座12 寸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，首先是挑戰業界常識的創新做法──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的話，很難獲利。

　　產業技術總合研究所的原史朗挑戰了這項業界的常識。“半導體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。”抱持著這項疑問，原史朗從 1990 年代開始構想“迷你晶圓廠”。

　　幾年后，原史朗終于開發出局部無塵化的關鍵技術，并將此成果制出特殊運輸系統“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，所以生產設備也要跟著變小。

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

　　這項“迷你晶圓廠”的研發計劃，源自2010 年。從2012 年開始的3 年內，獲得經濟產業省的預算，計劃也隨之通過。現在包含許多制造大廠在內，共140 間企業團體參與。雖然是由橫河解決方案在銷售，可是參與開發制造的日本中小企業大約有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，已經大致研發完畢，開始正式銷售。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完成。