半导体原型制作、小批量生产工具

概要

作为迷你晶圆厂推广组织（Minimal Fab Promotion Organization）的成员，横河电机致力于迷你晶圆厂的推广。从考虑引进迷你晶圆厂到设施建设、运营和维护，我们为客户提供各方面的支持，因此您可以放心地交给我们。

横河电机是较早获得该组织颁发的迷你晶圆厂运营商认证的公司。

您可以从“资源”和“下载”选项卡下载宣传册。此外，在“视频”选项卡中，以视频形式呈现了迷你晶圆厂的优势，通俗易懂。还有一些有关半导体行业迷你晶圆厂的其他视频。

横河电机迷你晶圆厂应用实验室提供迷你设备原型制作。如果您想体验设备的快速原型制作，请访问我们的应用实验室，或索取有关我们解决方案的更多信息，请与我们联系（使用页面底部的链接），或查看“资源”和“下载”选项卡中的原型制作宣传册。

无论您是想在原型制作层面开发新设备，还是希望进行多品种小批量生产，无论您是打算培训自己的工程师，还是作为学生掌握半导体行业的基础知识，或者您只是想使用实验室几天，无需再搜索，您刚好找到了迷你晶圆厂。

由于位置特别、访问受限且成本高昂，实地访问大型晶圆厂具有很大难度。正是由于访问这些设施、获取此类知识较为困难，因此，迷你晶圆厂能够真正满足您对创造力、知识获取和培训的需求。通过建立半导体制造厂，不需要洁净室，并且使用大约半英寸的晶片（直径为12.5毫米），迷你晶圆厂即可为您的单个项目提供众多量身定制的解决方案。请深入探究这项技术，如有任何疑问，请与我们联系。

原型制作

客户面临的挑战

设备原型制作需要多轮反复试验，短则可能需要几个月的时间，长则可能需要几年的时间。在典型的“大型晶圆厂”中制造时，许多设备都是一次性生产的，非常耗时且成本高昂。此外，在技术和成本方面，难以在较大晶圆上生产的特殊或昂贵材料的原型制作也是一个障碍。

横河电机的解决方案

迷你晶圆厂支持从单个设备进行原型制作。目前的迷你晶圆厂曝光工艺使用无掩模方法，大大提高了研发速度。由于不使用掩模，因此很容易使用CAD更改掩模布局，从而大大降低了原型制作的成本。
如果您想要制作设备，请与我们联系。请参阅我们的宣传册《迷你晶圆厂原型制作》（1.9MB）

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制作（2021年3月）

我们很高兴地宣布，横河电机解决方案服务公司使用安装在内部应用实验室的迷你晶圆厂前端工具，成功完成了小规模集成电路的原型制作，横河电机是较早实现这一做法的私营公司。我们根据与JAXA的合同进行了此原型制作。

要点
1) 基于日本产业技术综合研究所（AIST）开发的迷你晶圆厂SOI-CMOS “技术2018”，横河电机成功开发了一款小型集成电路原型，并针对横河电机迷你应用实验室进行了优化。
2) 示波器波形测量确认了电路运行正常（图3）。
3) 在3 V至1.7 V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个晶体管的运行情况。

未来发展

在与电路设计公司合作建立设计环境后，我们将创建一个用于原型制作的PDK，并广泛征集设备的原型。

MinimalFab1

*该原型的目的是研究质量保证方法，包括过程复现性，以便促进迷你晶圆厂作为航天器所需极少数设备的设备供应系统。

设施构建

客户面临的挑战

从零开始构建半导体生产线需要在设备、设施和法规方面拥有广泛的专业知识，以及设施建设经验。此外，还需要与许多设备制造商和承包商会面，讨论规格并协调进度。
客户自己完成这些任务需要大量的时间和精力，反过来又会给客户的业务带来压力，可能导致生产率下降。

横河电机的解决方案

我们的工程师拥有广泛的专业知识和施工经验，将考虑《建筑业法》等法规、有毒物质控制以及高压气体安全，提出一个安全且易于操作的设施环境。

设施构建示例

MinimalFab2-2

多品种、小批量

客户面临的问题

随着IoT（^*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无法满足所需数量的生产，从而导致成本高昂。

横河电机的解决方案

使用迷你晶圆厂，可以从单个单元开始制造半导体。
这样，客户可以在需要时只生产所需的产品，从而消除浪费，并显著降低成本。
此外，初期资金投入只需要几百万到几亿元，而且由于不需要洁净室，运行成本也大大降低。
我们建议，即使是现在没有工厂的客户，也可以借助迷你晶圆厂，探索建立内部半导体设施的可能性。

MinimalFab3

	量产晶圆厂 - 大型晶圆厂	多品种、小批量晶圆厂 - 迷你晶圆厂
产量	数亿台/年	1至数万台/年
资金投入	几亿至几百亿元	几百万至几亿元
晶圆尺寸	6-12英寸	0.5英寸
洁净室	需要	不需要

[*1] 物联网（IoT）：物联网是指具有传感器、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。

周转时间短

客户面临的问题

在大型晶圆厂的半导体制造中，掩模制造通常既昂贵又耗时，需要几个月的时间才能完成。
因此，客户对审查和修改的反馈存在相当长的时间滞后。

横河电机的解决方案

使用迷你晶圆厂，由于直接曝光，不再需要掩模制造，半导体可以在几天内完成。
因此，与大型晶圆厂相比，它没有时间滞后。迷你晶圆厂的周转时间短（^*2），这对于设备原型制作来说非常有帮助。

MinimalFab5-1

大型晶圆厂：完成一个掩模，用以生产大批量设备，需要几个月的时间。

迷你晶圆厂：使用数字微镜设备（DMD）直接曝光，无需掩模生产时间。数字掩模可以在几天内完成。单次曝光可以实现快速结果反馈，这是该系统的一个特点。

[*2] 周转时间：在半导体领域，“周转时间”一词是指从启动到交付，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涉及的所有阶段，包括设计、制造、测试和任何其他相关过程。

标准化

客户面临的挑战

过去，将研发结果转化为实际生产，需要对涉及的数百个过程中的每一个过程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，可能无法达到生产阶段。

横河电机的解决方案

迷你晶圆厂通过使用相同的工具无缝集成研发和生产，有效地解决了由于每个阶段使用不同工具所造成的具有挑战性和耗时的问题。其先进的标准化操作确保了毫不延迟地顺利过渡到生产阶段。
迷你晶圆厂将标准化操作的便利性提升到了新的水平，不但包括每个工具的尺寸，还包括使用封装在标准化迷你运送系统中的0.5英寸晶圆（请观看下方视频）。
此外，每个工具都具有相同的标准化用户界面，具有自动模式、手动模式和维护模式。这使得专业人员和新手都能高效地操作相同的设备，并促进知识转移。

MinimalFab6-2