MMC Magazine

Półprzewodniki jako fundament przemysłu i społeczeństwa Urządzenia do produkcji półprzewodników

Swego czasu Japonia była największym na świecie producentem półprzewodników

W latach 80-tych XX w. większość (50% światowego udziału) półprzewodników wyprodukowanych w Japonii stanowiły pamięci DRAM. Jednak konflikt gospodarczy między Stanami Zjednoczonymi a Japonią w zakresie handlu półprzewodnikami*1 spowodował, że Japonia opóźniła przestawienie się na układy logiczne i oddała wiodącą pozycję producentom z innych krajów, takim jak Intel Corporation (Stany Zjednoczone), TSMC (Tajwan) i Samsung Electronics Co., Ltd. (Korea). (Rys.1). 

W Japonii działa najwięcej na świecie zakładów produkcji półprzewodników

Obecnie w Japonii produkuje się układy logiczne i półprzewodniki mocy, czyli półprzewodniki starszego typu o szerokości ścieżek od 28 do 130 nm *2, mimo reorganizacji istniejących zakładów produkcyjnych we współpracy z podmiotami międzynarodowymi. 

Jeśli chodzi o najnowocześniejsze półprzewodniki, ze względu na globalną cyfryzację produkcja układów najwyższej klasy o szerokości ścieżek od 5 do 16 nm do smartfonów, DC*3 i 5G gwałtownie wzrosła. Z powodu wzrostu produkcji samochodów, maszyn przemysłowych i urządzeń gospodarstwa domowego, na całym świecie wzrósł również popyt na półprzewodniki średniej klasy o szerokości ścieżek od 20 do 40 nm. Krajowe strategie na rzecz zapewnienia stabilnych dostaw półprzewodników spowodowały przyśpieszenie innowacji technicznych i zwiększenie zdolności produkcyjnych zakładów. Także w Japonii, aby odrobić zapóźnienia z ostatnich 30 lat, wdrożono działania priorytetowo traktujące branżę półprzewodników.

Urządzenia do produkcji półprzewodników (SPE) niezbędne do wytwarzania najnowszych półprzewodników 

Mimo, że produkcja półprzewodników jest prowadzona w przewarzającej mierze za granicą, japońskie urządzenia do produkcji półprzewodników (SPE), wykorzystujące najnowsze rozwiązania techniczne, utrzymują najwyższą światową jakość i stanowią podstawowy komponent w ultra precyzyjnej produkcji półprzewodników najwyższej jakości, a jego udział w globalnym rynku przekracza 30%. Organizacja Semiconductor Equipment Association of Japan (SEAJ) prognozowała, że sprzedaż SPE w roku 2021 osiągnie rekordowy poziom przekraczający 3.3 mld jenów, co w porównaniu z rokiem poprzednim stanowi wzrost o 40%. 
To pokazuje, że półprzewodniki produkowane w Japonii są najwyższej jakości. 

*Uwaga 1: W latach 80-tych XX w. USA utrzymywały, że ceny półprzewodników produkowanych w Japonii naruszają przepisy antydumpingowe. We wrześniu 1986 r. między USA a Japonią została podpisana umowa regulująca te kwestie.
*Uwaga 2: 1 nm jest równy jednej miliardowej części metra.
*Uwaga 3: Centrum Danych specjalizuje się w obsłudze komputerów i urządzeń do transmisji danych. 

Proces i urządzenia do produkcji półprzewodników (wytwarzanie układów)

Ogólnie biorąc, produkcja półprzewodników obejmuje procesy front-end, czyli wytwarzanie obwodów na powierzchni wafla, oraz procesy back-end, obejmujące wycinanie chipów, a następnie kontrolę i pakowanie.

W procesie front-end, podobnie jak w przypadku fotografii, wzór obwodu jest rzutowany na płytkę przy użyciu technik litograficznych, a izolatory i półprzewodniki są poddawane częściowej obróbce poprzez wielokrotne trawienie i osadzanie warstw. Poprawa wskaźnika uzysku jest istotna dla konkurencyjności, a to wymaga bardzo czystego otoczenia, najwyższej precyzji i wysokiej wydajności operacji - dlatego szeroko wykorzystuje się bardzo niezawodne japońskie urządzenia do produkcji i kontroli półprzewodników (rys. 3). 

Możliwości techniczne urządzeń japońskiej produkcji pokazują najważniejsze liczby: urządzenia do pokrywania (globalny udział: 90 %), urządzenia do procesów CVD (globalny udział: 30 %) i urządzenia do trawienia (globalny udział: 30 %). W procesie front-end duża liczba substancji chemicznych jest stosowana w warunkach próżni, ponieważ muszą one być wysoce odporne na ciepło i na korozję. 

Części wykonane są z wielu różnych materiałów takich, jak stopy aluminium, stal nierdzewna i FCD, po Inconel, Kovar oraz inne materiały trudnoobrabialne takie, jak ceramiki, monokryształy krzemu, węglik krzemu, szkło kwarcowe i inne twarde, kruche materiały. 

Linia produktów dostosowana do szerokiej gamy materiałów obrabianych

Mitsubishi Materials dysponuje bogatą gamą produktów przeznaczonych do obróbki różnych materiałów wielowarstwowych i technologii obróbki. Płytki serii MP9 do obróbki materiałów trudnoobrabialnych, frezy serii AXD do stopów aluminium i materiałów trudnoobrabialnych, a w szczególności wiertła DC do obróbki materiałów twardych i kruchych, seria DF pełnowęglikowych frezów trzpieniowych - wszystkie one zostały wysoko ocenione przez wielu klientów. Nadal dostarczamy asortyment produktów zapewniających wysoką wydajność i efektywność obróbki aluminium i innych metali nieżelaznych oraz materiałów trudnoobrabialnych 

Asortyment produktów

Szybkość i innowacyjność

Przewiduje się, że aż do 2023 r. sprzedaż japońskich urządzeń do produkcji półprzewodników będzie co roku bić kolejne rekordy. (Rys. 4). Ponadto, japoński rząd postanowił zachęcić firmę TSMC specjalizującą się w produkcji najnowocześniejszych półprzewodników (22-28 nm) i wesprzeć budowę nowych zakładów w prefekturze Kumamoto. Rząd postanowił również wesprzeć remont i rozbudowę istniejących zakładów produkcji półprzewodników. Wsparcie rządowe produkcji półprzewodników, które priorytetowo traktuje bezpieczeństwo ekonomiczne, to dodatkowy impuls zwiększający zapotrzebowanie na urządzenia do produkcji półprzewodników.

Prognoza sprzedaży produkowanych w Japonii urządzeń do produkcji półprzewodników w latach 2021-2023 (skorygowana)

Mitsubishi Materials produkuje części do urządzeń produkcyjnych, materiały takie jak wyroby z krzemu i rozwiązania do powlekania galwanicznego dla procesów back-end, więc może szybko reagować na zapytania producentów urządzeń. Innymi słowy, Mitsubishi Materials jest jedynym ma świecie producentem zdolnym nie tylko do komercjalizacji części i materiałów, ale także dostarczania rozwiązań w zakresie obróbki skrawaniem poprzez dobór technologii na etapie badań i rozwoju nowych materiałów. 

Musimy rozwijać innowacje techniczne, w tym wyposażenie do produkcji półprzewodników o urządzenia o coraz mniejszej szerokości ścieżki (5 nm lub mniejszej), a realizując wymóg neutralności węglowej i oszczędzania energii, opracowywać rozwiązania do obróbki coraz trudniejszych w obróbce materiałów.

Kładąc nacisk na szybkość i innowacyjność, Mitsubishi Materials w pełni wykorzystuje efekt synergii korporacji - sieć naszych oddziałów na całym świecie wspiera rozwój producentów urządzeń i firm zajmujących się obróbką części.