Кіріспе
Интегралды схемаларды өндіретін зауыт. Микроэлектроника саласындағы жартылай өткізгіштерді өндіру орны (көбінесе fab деп аталады; кейде құю зауыты) – жартылай өткізгіш құрылғыларын жасауға арналған зауыт. Fab жұмыс істеуі үшін көптеген қымбат құрал-жабдықтар қажет. Бағалаулар бойынша, жаңа зауытты салуға бір миллиард доллардан астам қаржы жұмсалады, ал құны 3-4 миллиард долларға жетеді. TSMC Тайваньдағы Fab15 300 мм пластиналарын өндіру орнына 9,3 миллиард доллар инвестициялады. Сол компанияның есебі бойынша, олардың болашақ зауытының құны 20 миллиард долларға жетеді. 1990 жылдары құю моделі пайда болды: өз дизайнын жасаған құю зауыттары интеграцияланған құрылғылар өндірушілері (IDM) ретінде белгілі болды. Өздерінің дизайнын құю цехтарына тапсырған компаниялар fabless жартылай өткізгіш компаниялар деп аталды. Өз дизайнын жасамайтын құю зауыттары таза жартылай өткізгіш құю зауыттары деп аталды. Fab-тың орталық бөлігі – таза бөлме, бұл аумақтағы орта қоршаған ортаны тазалау үшін бақыланады, себебі тіпті бір ұсақ бөлшегі де шаң бөлшектерінен әлдеқайда кішігірім наноөлшемді сипаттамалары бар микросхеманы бүлдіре алады. Таза бөлме сонымен қатар дірілге қарсы болуы керек, бұл машиналарды нанометрлік дәлдікпен реттеуге мүмкіндік береді және температура мен ылғалдылықтың тар диапазонда сақталуы тиіс. Дірілді бақылау таза бөлменің негізіне терең қазылған тіреулерді орнату арқылы, таза бөлмені тасқа бекіту арқылы, құрылыс алаңын мұқият таңдау және/немесе дірілді демпферлеушілерді пайдалану арқылы жүзеге асырылуы мүмкін. Температура мен ылғалдылықты бақылау статикалық электр энергиясын азайту үшін маңызды. Статикалық электр энергиясын азайту үшін корона разряды көздерін де пайдалануға болады. Көбінесе зауыт мынадай ретпен (жоғарыдан төменге қарай) салынады: сыртқы ауаны тартатын, тазартатын және салқындататын ауамен жабдықталған шатыр, таза бөлменің төбесінің бөлігі болып табылатын бірнеше еденге орнатылған желдеткіш-сүзгі бірліктеріне ауаны бөлуге арналған ауа кеңістігі, таза бөлме (бір қабаттан артық болуы мүмкін немесе болмауы мүмкін), қайтару ауа кеңістігі, таза субфабрикация, онда химиялық заттарды жеткізу, тазарту, қайта өңдеу және жою жүйелері сияқты машиналарға қолдау жабдықтары орналасқан, және электр жабдықтары орналасқан жер қойнауы. Fab-тарда көбінесе кеңселер де болады. Таза бөлмеде барлық өндіріс процестері жүзеге асырылады және фотолитография үшін қадамдық және/немесе сканерлер сияқты интегралды схемаларды өндіруге арналған машиналар, сондай-ақ этаптау, тазалау, допинг және кесу машиналары бар. Бұл құрылғылардың барлығы өте дәл және сондықтан өте қымбат. 300 мм пластиналарды өңдеуге арналған ең көп таралған жабдықтардың бағасы 700 000 доллардан 4 000 000 долларға дейін, ал кейбір жабдықтардың бағасы 340 000 000 долларға дейін жетеді (мысалы, EUV сканерлері). Әдеттегі зауытта бірнеше жүз жабдық болады.
In the microelectronics industry, a semiconductor fabrication plant (commonly called a fab; sometimes foundry) is a factory for semiconductor device fabrication. Fabs require many expensive devices to function. Estimates put the cost of building a new fab at over one billion U. S. dollars with values as high as $3–4 billion not being uncommon. TSMC invested $9.3 billion in its Fab15 300 mm wafer manufacturing facility in Taiwan. The same company estimations suggest that their future fab might cost $20 billion. A foundry model emerged in the 1990s: Foundries that produced their own designs were known as integrated device manufacturers (IDMs). Companies that farmed out manufacturing of their designs to foundries were termed fabless semiconductor companies. Those foundries, which did not create their own designs, were called pure play semiconductor foundries. The central part of a fab is the clean room, an area where the environment is controlled to eliminate all dust, since even a single speck can ruin a microcircuit, which has nanoscale features much smaller than dust particles. The clean room must also be damped against vibration to enable nanometer scale alignment of machines and must be kept within narrow bands of temperature and humidity. Vibration control may be achieved by using deep piles in the cleanroom's foundation that anchor the cleanroom to the bedrock, careful selection of the construction site, and/or using vibration dampers. Controlling temperature and humidity is critical for minimizing static electricity. Corona discharge sources can also be used to reduce static electricity. Often, a fab will be constructed in the following manner (from top to bottom): the roof, which may contain air handling equipment that draws, purifies and cools outside air, an air plenum for distributing the air to several floor mounted fan filter units, which are also part of the cleanroom's ceiling, the cleanroom itself, which may or may not have more than one story, a return air plenum, the clean subfab that may contain support equipment for the machines in the cleanroom such as chemical delivery, purification, recycling and destruction systems, and the ground floor, that may contain electrical equipment. Fabs also often have some office space. The clean room is where all fabrication takes place and contains the machinery for integrated circuit production such as steppers and/or scanners for photolithography, in addition to etching, cleaning, doping and dicing machines. All these devices are extremely precise and thus extremely expensive. Prices for most common pieces of equipment for the processing of 300 mm wafers range from $700,000 to upwards of $4,000,000 each with a few pieces of equipment reaching as high as $340,000,000 each (e. g. EUV scanners). A typical fab will have several hundred equipment items.
Тарих
Әдетте, микросхема жасау технологиясының жетілуі үшін жаңа зауыт салу қажет. Бұрын фабрикаларды жабдықтау үшін қажетті жабдықтар өте қымбат емес еді, сондай-ақ шағын көлемде чиптер өндіретін көптеген кіші зауыттар болды. Дегенмен, ең заманауи жабдықтардың құны жаңа зауыт құны бірнеше миллиард долларға жететін деңгейге дейін өсті. Бұл құнның тағы бір салдары – ескі зауыттарды пайдаланудағы қиындықтар. Көптеген компаниялар үшін бұл ескі зауыттар кіріктірілген процессорлар, флэш-жад және микроконтроллерлер сияқты ерекше нарықтарға арналған жобаларды жасау үшін пайдалы. Алайда, өнім ассортименті шектеулі компаниялар үшін зауытты жалға беру немесе толығымен жабу орынды. Себебі, жаңа технологияны қолдайтын құрылғыларды өндіру үшін қолданыстағы зауытты жаңарту құны, жаңа зауыт құнынан асып түсуі мүмкін. Көбінесе үлкенірек пластиналар өндіріледі, сондықтан әрбір өндіріс кезеңі бір уақытта көбірек пластиналарда орындалады. Мақсаты – өндіріс шығындарын (химиялық заттар, зауыт уақыты) сатуға болатын чиптердің көп санына бөлу. Үлкен пластиналарды өңдеуге қабілетті жабдықты қайта жабдықтау мүмкін емес (немесе, кемінде, тиімді емес). Бұл кішкентай пластиналарды пайдаланатын зауыттар ескірген деген сөз емес; ескі зауыттарды пайдалану арзанға түсуі мүмкін, қарапайым чиптер үшін жоғары өнімділікке ие болуы мүмкін және бәрібір өнімді болуы мүмкін. Индустрия 2018 жылға қарай өнеркәсіптік стандарттағы пластина мөлшерін 300 мм (12 дюйм) -ден 450 мм-ге көшіруді жоспарлаған. 2014 жылдың наурызында Intel компаниясы 450 мм пластиналарды 2020 жылға дейін енгізуді күткен. Бірақ 2016 жылы осыған қатысты бірлескен зерттеу жұмыстары тоқтатылды. Сонымен қатар, жартылай өткізгіш чиптерді өндіруді басынан соңына дейін толық автоматтандыруға үлкен күш салынуда. Бұл көбінесе "жарықтар өшірілген зауыт" концепциясы деп аталады. Халықаралық Sematech өндіріс инициативасы (ISMI), АҚШ консорциумы SEMATECH-тің кеңейтілген нұсқасы, "300 мм Prime" инициативасын демелеуде. Бұл инициативаның маңызды мақсаты – тұтынушы электроникасындағы қысқа өмірлік циклдарға жауап ретінде зауыттарға кішкентай чиптерді көптеп өндіруге мүмкіндік беру. Логикасы бойынша, мұндай зауыт кішкентай партияларды оңай өндіре алады және өндірісін тиімді түрде түрлі жаңа электрондық құрылғыларға арналған чиптерді жеткізуге ауыстыра алады. Тағы бір маңызды мақсат – өңдеу кезеңдері арасындағы күту уақытын қысқарту.