مصنع تصنيع أشباه الموصلات

في صناعة الإلكترونيات الدقيقة ، يُعرف مصنع تصنيع أشباه الموصلات ، والذي يُطلق عليه أيضًا اسم مصنع أو مسبك ، بأنه مصنع يتم فيه تصنيع الدوائر المتكاملة (ICs). ^{[ 1 ]}

الغرفة النظيفة هي المكان الذي تتم فيه جميع عمليات التصنيع وتحتوي على الآلات اللازمة لإنتاج الدوائر المتكاملة مثل أجهزة الطباعة الضوئية و/أو الماسحات الضوئية المستخدمة في الطباعة الضوئية والحفر والتنظيف والتطعيم . ^{[ 2 ]}

تتراوح أسعار معدات معالجة رقائق السيليكون بقطر 300 مم بين 4 ملايين دولار أمريكي وما يزيد عن ذلك للقطعة الواحدة، بينما تصل أسعار بعض المعدات إلى 340 مليون دولار أمريكي (مثل الماسحات الضوئية بتقنية الأشعة فوق البنفسجية القصوى ). يحتوي مصنع أشباه الموصلات النموذجي على مئات المعدات. وتتطلب صناعة أشباه الموصلات العديد من الأجهزة باهظة الثمن. وتشير التقديرات إلى أن تكلفة بناء مصنع جديد تتجاوز مليار دولار أمريكي ، وقد تصل التكاليف في بعض الأحيان إلى عشرات المليارات من الدولارات. فعلى سبيل المثال، استثمرت شركة TSMC أكثر من 45 مليار دولار أمريكي في مصنع جديد لإنتاج رقائق السيليكون بتقنية 2 نانومتر. ^{[ 3 ]}

ظهر نموذج مصانع أشباه الموصلات في التسعينيات: عُرفت الشركات التي تمتلك مصانع تُنتج تصاميمها الخاصة باسم مُصنّعي الأجهزة المتكاملة (IDMs). أما الشركات التي تُسند تصنيع تصاميمها إلى جهات خارجية، فقد سُميت شركات أشباه الموصلات غير المُصنّعة (fabless ). بينما سُميت مصانع أشباه الموصلات التي لا تُنتج تصاميمها الخاصة بمصانع أشباه الموصلات المتخصصة . ^{[ 4 ]}

في الغرفة النظيفة، تُضبط البيئة بدقة لإزالة الغبار تمامًا، إذ أن ذرة غبار واحدة قد تُتلف الدوائر الإلكترونية الدقيقة، التي تتميز بخصائص نانوية أصغر بكثير من جزيئات الغبار. كما يجب عزل الغرفة النظيفة ضد الاهتزازات لتمكين محاذاة آلات الطباعة الضوئية بدقة متناهية (على مستوى النانومتر)، مع الحفاظ على درجة حرارة ورطوبة ضمن نطاقات ضيقة. ويمكن التحكم في الاهتزازات باستخدام ركائز عميقة في أساس الغرفة لتثبيتها في الصخر الأساسي، أو باختيار موقع البناء بعناية، أو باستخدام مخمدات الاهتزاز. ويُعد التحكم في درجة الحرارة والرطوبة أمرًا بالغ الأهمية لتقليل الكهرباء الساكنة . كما يمكن استخدام مصادر التفريغ الإكليلي لتقليلها.

غالبًا ما يُبنى مصنع أشباه الموصلات على النحو التالي (من الأعلى إلى الأسفل): السقف، الذي قد يحتوي على معدات معالجة الهواء التي تسحب الهواء الخارجي وتنقيه وتبرده، وغرفة توزيع الهواء لتوزيع الهواء على عدة وحدات ترشيح مراوح مثبتة على الأرض ، والتي تُعد أيضًا جزءًا من سقف الغرفة النظيفة، والغرفة النظيفة نفسها، التي قد تتكون من طابق واحد أو طابق واحد، وغرفة إعادة تدوير الهواء، والمصنع الفرعي النظيف الذي قد يحتوي على معدات دعم للآلات الموجودة في الغرفة النظيفة مثل أنظمة توصيل المواد الكيميائية والتنقية وإعادة التدوير والتدمير، والطابق الأرضي، الذي قد يحتوي على معدات كهربائية. كما تحتوي مصانع أشباه الموصلات غالبًا على بعض المساحات المكتبية. ^{[ 2 ]}

عادةً، يتطلب أي تقدم في تكنولوجيا تصنيع الرقائق الإلكترونية بناء مصنع جديد بالكامل. في الماضي، لم تكن معدات تجهيز المصنع باهظة الثمن، وكان هناك عدد كبير من المصانع الصغيرة التي تنتج الرقائق بكميات محدودة. إلا أن تكلفة أحدث المعدات ارتفعت منذ ذلك الحين إلى حدٍّ بات فيه بناء مصنع جديد يكلف مليارات الدولارات.

من الآثار الجانبية الأخرى للتكلفة صعوبة الاستفادة من مصانع أشباه الموصلات القديمة. فبالنسبة للعديد من الشركات، تُعد هذه المصانع القديمة مفيدة لإنتاج تصاميم لأسواق متخصصة، مثل المعالجات المدمجة وذاكرة الفلاش ووحدات التحكم الدقيقة . مع ذلك، بالنسبة للشركات ذات خطوط الإنتاج المحدودة، غالبًا ما يكون من الأفضل إما تأجير المصنع أو إغلاقه نهائيًا. ويعود ذلك إلى أن تكلفة تحديث مصنع قائم لإنتاج أجهزة تتطلب تقنيات أحدث غالبًا ما تتجاوز تكلفة إنشاء مصنع جديد بالكامل.

هناك اتجاه متزايد نحو إنتاج رقائق سيليكون أكبر حجماً ؛ حيث تُنفذ كل خطوة من خطوات التصنيع على عدد متزايد من الرقائق في آن واحد. والهدف من ذلك هو توزيع تكاليف الإنتاج (المواد الكيميائية، ووقت التصنيع) على عدد أكبر من الرقائق القابلة للبيع. من المستحيل (أو على الأقل غير العملي) تحديث الآلات لتتمكن من التعامل مع الرقائق الأكبر حجماً. هذا لا يعني بالضرورة أن مصانع الرقائق التي تستخدم رقائق أصغر حجماً قد عفا عليها الزمن؛ فالمصانع القديمة قد تكون أقل تكلفة في التشغيل، وتتمتع بإنتاجية أعلى للرقائق البسيطة، مع الحفاظ على كفاءتها الإنتاجية.

كان القطاع الصناعي يهدف إلى الانتقال من حجم الرقاقة المتطور 300  مم (12  بوصة) إلى 450  مم بحلول عام 2018. ^{[ 5 ]} في مارس  2014، توقعت شركة إنتل  نشر تقنية 450 مم بحلول عام 2020. ^{[ 6 ]} ولكن في عام 2016، توقفت جهود البحث المشتركة ذات الصلة. ^{[ 7 ]}

بالإضافة إلى ذلك، هناك توجه كبير نحو أتمتة إنتاج رقائق أشباه الموصلات بالكامل من البداية إلى النهاية. ويُشار إلى هذا غالبًا بمفهوم " المصنع المغلق تمامًا ".

• نموذج المسبك للجوانب التجارية للمسابك والشركات التي لا تمتلك مصانع تصنيع.
• قائمة مصانع تصنيع أشباه الموصلات
• قانون روك
• توحيد صناعة أشباه الموصلات
• تصنيع أجهزة أشباه الموصلات لعملية تصنيع الأجهزة

• دليل تكنولوجيا تصنيع أشباه الموصلات، الطبعة الثانية، بقلم روبرت دورينغ ويوشيو نيشي (غلاف مقوى - 9 يوليو 2007)
• تكنولوجيا تصنيع أشباه الموصلات من تأليف مايكل كويرك وجوليان سيردا (غلاف ورقي - 19 نوفمبر 2000)
• أساسيات تصنيع أشباه الموصلات والتحكم في العمليات بقلم غاري إس. ماي وكوستاس جيه. سبانوس (غلاف مقوى - 22 مايو 2006)
• الدليل الأساسي لأشباه الموصلات (سلسلة الدليل الأساسي) بقلم جيم تورلي (غلاف ورقي - 29 ديسمبر 2002)
• دليل تصنيع أشباه الموصلات (سلسلة أدلة ماكجرو هيل) بقلم هوايو جينغ (غلاف مقوى - 27 أبريل 2005)

• "مصنّعو الرقائق الإلكترونية يراقبون نفاياتهم"، صحيفة وول ستريت جورنال ، 19 يوليو 2007، ص. ب3