300mmウェハの転換

目次

1. 🌐 世紀の転換点 1.1 成長 1.2 なぜ？ 1.3 最後の推移
2. 📈 計画 2.1 成長 2.2 プロセス
3. 🛠 設備 3.1 設備業者 3.2 工場の再設計
4. 🤖 自動化
5. 🏁 完成と将来 5.1 完了 5.2 結論

🌐 世紀の転換点

成長

20世紀後半、産業は生産性とコストを損なうことなく、〝ウェハ〞（wafer）を10年ごとに約50%拡大することを目指していました。1960年代初頭、業界は直径約13mmのウェハを使用していました。1970年代には、業界は3〜4インチの直径のウェハに移行しました。1980年代には5〜6インチのウェハに移行し、1990年代には直径200mmのウェハに移行しました。2000年代に入ると、50%の成長と予測され、200mmから300mmのウェハ、または12インチウェハに移行することになります。それはまるでウェハのためのムーアの法則のようでした。

なぜ？

なぜウェハを拡大するのでしょうか？長年にわたり、インテルは以前の移行のリーダーとして拡大する資金を提供してきました。それをする主な理由はコストでした。大きなウェハは高度な半導体製造をより経済的にするためです。集積回路のトランジスタを2年ごとに2倍にするには、増加する投資が必要でした。ウェハのサイズを増やすことで、製造業者は単一のウェハにより多くのデバイスを配置できます。ムーアの法則によると、業界全体は毎年25〜30%の生産性向上を必要としていました。ウェハサイズの変遷は、その25〜30%の中で4%を占めると計算されています。

最後の推移

150mmへの推移は比較的スムーズに進みました。しかし、1990年代に200mmへ飛躍したとき、事態はやや手に負えなくなりました。この推移は、ダイあたりのコストを20%以上削減すると約束されましたが、その期待に沿えなかったと言えるでしょう。

計画

成長

200mmへの推移が期待どおりに進まなかった大きな理由の1つは、合意に達しなかったからでした。そのため、一時期、ウェハメーカーは2種類の厚さのウェハを製造しなければなりませんでした。業界が定めた厚さに合意したのは、1994年初頭でした。ほぼ10年後の2001年までに、業界は推移を完了しました。それは20年経った今でも300mmウェハを使用しています。次世代とされる450mmに移行する話は立ち消えになっています。それには多額の装備開発費（推定250億ドル）がかかり、経済上の利益も依然として不明瞭なままです。

プロセス

300mmウェハの成長、切断、研磨、および高純度のシリコンウェハ結晶の供給方法の研究は大きな課題でした。半導体グレードのシリコンウェハは、チョクラルスキー法と呼ばれるものを使用して現在も育成しています。この方法は、種結晶を溶融シリコンの溶融液に浸し、溶融液から注意深く引き上げながら回転させることで、結晶を育成する仕組みです。この大型ウェハは、従来のものと比べて大幅に重く、ウェハ製造業者に新たな課題をもたらしました。

🛠 設備

設備業者

半導体設備供給業者は、この推移に関していくつかの期待に直面しました。最優先事項は、ウェハ処理装置のサイズを比例して増やさずに、より多くのウェハを処理できるようにすることでした。この推移に8倍もの費用がかかり、8倍の時間を要したのは、このためです。これは、最も裕福な企業にとっても多額の費用です。

工場の再設計

300mmファブは、単純に大きいだけでした。建築家たちは、より高い床および天井の負荷に対応するために設計を行う必要がありました。さらに、労働者にアクセスを提供するために、ユーティリティパイプを再配置する必要がありました。

🤖 自動化

自動化

200mmファブでは、インテルはFOUPをレールで移動させていました。しかし、300mm推移により、天井にオーバーヘッドホイストトランスポートシステム(通称OHT)が登場しました。これを天井に移動することで、クリーンルーム内でのスペースを3.5%増やすことができました。

🏁 完了と将来

完了

業界は、1994年に始まったこの推移を2001年までにほぼ完了しました。

結論

この20年間、業界は300mmウェハを使用し続けています。450mmに移行するという次の世代が話題になっていますが、業界にはそれに向かうエネルギーがないようです。さらに、業界は20年前とは異なります。当初は主要な業界主導企業は米国、ヨーロッパ、日本、韓国、台湾にいましたが、その後、中国、シンガポール、タイ、マレーシアが参加しました。End of Japanese Translation