半導体製造工場
 | この記事の一部（最新の技術に関連する部分）は更新が必要です。（2020年9月） |
| 外観画像 | |
|---|---|
 TSMCが運営する300mm工場のクリーンルーム内部の写真 |
マイクロエレクトロニクス業界において、半導体製造工場はファブやファウンドリーとも呼ばれ、集積回路（IC）を製造する工場です。 [ 1 ]
クリーンルームは、あらゆる製造工程が行われる場所であり、フォトリソグラフィー、エッチング、洗浄、ドーピングのためのステッパーやスキャナーなど、集積回路製造用の機械が設置されています。これらの装置はすべて非常に精密であるため、非常に高価です。
300mmウエハー処理用の装置の価格は、1台あたり400万ドル以上で、中には3億4000万ドルに達する装置（EUVスキャナー等）もあります。典型的なファブには数百台の装置が設置されています。 半導体製造には多くの高価な装置が必要です。新しいファブを建設するには10億ドル以上かかると推定されており、30億ドルから40億ドルに達することも珍しくありません。例えば、TSMCは台湾のFab15に93億ドルを投資しました[ 2 ]。同社は将来のファブ建設費用を200億ドルと見積もっています[ 3 ] 。
1990年代にファウンドリーモデルが登場しました。自社設計の半導体を製造するファブを所有する企業は、統合デバイスメーカー（IDM）と呼ばれていました。設計の製造を外部委託する企業は、ファブレス半導体企業と呼ばれていました。自社設計を製造しないファウンドリーは、ピュアプレイ半導体ファウンドリーと呼ばれていました。[ 4 ]
クリーンルームでは、あらゆる塵埃を除去するように環境が管理されています。なぜなら、たった一つの塵埃でさえ、塵埃粒子よりもはるかに小さなナノスケールの特徴を持つマイクロ回路を損傷する可能性があるからです。また、フォトリソグラフィー装置のナノメートルスケールの調整を可能にするために、クリーンルームは振動を減衰させる必要があり、温度と湿度を狭い範囲に維持する必要があります。振動制御は、クリーンルームの基礎に深い杭を打ち込み、クリーンルームを岩盤に固定すること、建設場所を慎重に選定すること、振動ダンパーを使用することなどによって実現できます。静電気を最小限に抑えるには、温度と湿度の管理が不可欠です。コロナ放電源も静電気を低減するために使用できます。
多くの場合、ファブは次のように構築されます (上から下へ): 屋根 (外気を吸い込み、浄化し、冷却する空気処理装置が設置される場合があります)、複数の床置きファン フィルター ユニット (クリーンルームの天井の一部でもある) に空気を分配するための空気プレナム、クリーンルーム自体 (複数階建ての場合もあり、そうでない場合もあります)、戻り空気プレナム、クリーン サブファブ (クリーンルーム内のマシンのサポート機器 (化学物質の配送、浄化、リサイクル、破壊システムなど) が設置される場合があります)、および 1 階 (電気機器が設置される場合があります)。ファブには多くの場合、オフィス スペースもあります。
歴史
 |
通常、半導体製造技術の進歩には、全く新しいファブの建設が必要です。かつては、ファブに必要な設備はそれほど高価ではなく、少量生産の小規模ファブが多数存在していました。しかし、最新設備のコストは高騰し、新しいファブの建設には数十億ドルもの費用がかかることもあります。
コスト上昇のもう一つの副作用は、古い工場の活用が困難になっていることです。多くの企業にとって、これらの古い工場は、組み込みプロセッサ、フラッシュメモリ、マイクロコントローラといった特殊な市場向けの設計生産に役立っています。しかし、製品ラインが限定されている企業にとっては、工場を貸し出すか、完全に閉鎖することが最善策となる場合が多いです。これは、新しい技術を必要とするデバイスを生産するために既存の工場を改修するコストが、完全に新しい工場を建設するコストを上回る傾向があるためです。
ウェーハの大型化が進むにつれ、各工程で一度に処理されるチップの数も増加しています。その目的は、製造コスト（薬品費、製造時間）をより多くの販売可能なチップに分散させることです。機械を改造して大型ウェーハに対応させることは不可能（あるいは少なくとも現実的ではありません）です。しかし、これは必ずしも小型ウェーハを使用するファウンドリーが時代遅れであるという意味ではありません。古いファウンドリーは、運用コストが低く、シンプルなチップであれば歩留まりが高く、生産性も維持できる可能性があります。
業界は、最先端のウエハーサイズ300mm（12インチ）から2018年までに450mmに移行することを目指していました。[ 5 ] 2014年3月、インテルは2020年までに450mmを導入すると予想していました。[ 6 ]しかし、2016年に、関連する共同研究の取り組みは中止されました。[ 7 ]
さらに、半導体チップの製造を最初から最後まで完全に自動化しようという動きが大きく進んでいます。これはしばしば「ライトアウト・ファブ」コンセプトと呼ばれます。
参照
注記
- ^ブラウン、クレア、リンデン、グレッグ (2011).チップと変化：危機が半導体産業をどのように再形成するか（第1版）. マサチューセッツ州ケンブリッジ：MITプレス. ISBN 9780262516822。
- ^台湾中部でギガファブ建設開始Archived 2012-01-29 at the Wayback Machine、TSMC発行、2010年7月16日
- ^ 「TSMC、3nm工場の建設費用は200億ドル超と予測 - TheINQUIRER」theinquirer.net。2017年10月12日時点のオリジナルよりアーカイブ。2018年4月26日閲覧。
- ^ Mutschler, Ann Steffora (2008). 「IC Insightsによると、専業ファウンドリが市場の84%を占める」. Electronics News . オーストラリア: Reed Business Information Pty Ltd（Reed Elsevier Inc.傘下）
- ^ 2011年報告書は2012年7月10日にWayback Machineにアーカイブされています-半導体の国際技術ロードマップ
- ^ 「Intel、450mmは10年後に導入予定」 2014年3月18日. 2014年5月13日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2014年5月31日閲覧。
- ^ McGrath, Dylan (2017年10月17日). 「氷上で450mmの降下でも300mmならより重い荷重に耐えられる」 EE Times . 2021年1月3日閲覧。
参考文献
- 半導体製造技術ハンドブック 第2版ロバート・ドーリング、西芳雄著 (ハードカバー – 2007年7月9日)
- 半導体製造技術マイケル・クィルク、ジュリアン・セルダ著（ペーパーバック – 2000年11月19日）
- ゲイリー・S・メイ、コスタス・J・スパノス著『半導体製造とプロセス制御の基礎』 （ハードカバー、2006年5月22日）
- ジム・ターリー著『半導体エッセンシャルガイド（エッセンシャルガイドシリーズ）』（ペーパーバック – 2002年12月29日）
- 半導体製造ハンドブック（McGraw–Hill Handbooks）Hwaiyu Geng著（ハードカバー、2005年4月27日）
さらに読む
- 「半導体メーカーは無駄遣いに注意」ウォール・ストリート・ジャーナル、2007年7月19日、B3ページ
