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宽 30 厘米，深 45 厘米，高 144 厘米。该设备比娇小的女性还小，是“最小晶圆厂”的半导体制造设备。横河解决方案服务有限公司于2016年4月开始将这种超紧凑、“非传统”设备投入商业服务，该设备无需洁净室，只需一台设备即可制造。它引起了极大的期待和关注，因为它将彻底改变传统的半导体制造工艺，可能成为日本半导体产业复兴的王牌。

我对其创新感到震惊，并决定立即参与

　大约 10 台最小的设备排列在一个带有时尚砖墙的房间里。这是横河电机最小应用实验室，于 2016 年 4 月在东京武藏野市横河解决方案服务 (YJP) 总部开业。在这里您可以实际看到、触摸和制作最小晶圆厂的原型样品（晶圆厂是半导体制造工厂）。

　每个最小的设备都有不同的功能，如光刻胶涂覆、曝光、蚀刻等。通过组合具有制造目标半导体器件所需的功能的最少设备，可以制造该器件。大约是80m²还要小的实验室，可以说是一个真正的半导体制造工厂。

　YJP半导体服务中心主任西村一友(Kazutomo Nishimura)第一次见到Minimal Fab是在2011年12月的SEMICON Japan活动上。AIST在研发使用半英寸晶圆且不需要洁净室的小型设备方面处于领先地位，在巨大的半导体制造设备林立的展厅中脱颖而出。

　它产生了强烈的影响。我当时就知道我想参与这项业务。”

　过去许多公司都尝试过半导体制造设备的小型化，但都以三心二意的方式结束。西村先生深知这一点，也深知这项业务存在风险。然而，

　“在其创新面前，风险被消除了。我可以直观地看到它的潜力，”他说。

当时，大约有 100 家公司参加了 AIST 联盟“晶圆厂系统研究小组”，该联盟正在推动小型晶圆厂的研究和开发（目前约有 140 家公司）。西村先生当场提交了入会申请。很少有公司能够提供制造以外的从设备安装支持到运维的一体化解决方案服务，该公司很受欢迎。

　为了提供 YJP 闻名的解决方案服务，需要对最小晶圆厂有透彻的了解。因此，西村先生向AIST的原史郎派遣了四名半导体制造专业人员，后者是最小晶圆厂系统开发的核心人物。从2012年开始的四年里，这四人将与AIST共同努力，将极简晶圆厂投入实际应用。

以低成本满足多品种、小批量需求的设备

　这个最小的晶圆厂是由 AIST 的 Hara 于 2007 年构思并提出的。

　当时，制造半导体器件的主流方法是在大型工厂（mega fabs）中以低成本大量生产。然而，建造一座巨型晶圆厂需要5000亿日元，全球只有少数几家公司能够承担如此巨额的投资。在DRAM业务中失去竞争的日本企业发现自己在随后的半导体市场中处于劣势，一些企业退出市场，还有一些企业仍在苦苦挣扎。

　“我们真的必须大规模生产才能获胜吗？难道真的没有多品种、小批量生产的需求吗？”原想知道。

　为了找到答案，我暂时放下了研究，对市场进行了大约五年的深入研究，会见了1000多人，听取了他们的诚实意见。就这样，原先生亲眼审视了半导体器件市场，密切关注国内外市场信息，判断了半导体的实际需求趋势，得出了一个统一的结论。 “对多种小批量产品的需求绝非小。”

从那时起，Hara相信，如果能够以低成本实现多品种、小批量生产，他就可以改变半导体行业的世界。

支持这个想法还有另一个原因。半导体是未来有前途的设备。然而，这需要巨大的投资。这使得人们即使有再好的技术或想法也很难迈出第一步，因为他们害怕风险。但如果你可以用少量的投资生产少量的产品并经营一家企业呢？答案是“最小化工厂”，它允许仅用一块制造设备。

　如果从大规模生产转向多品种、小批量生产，即使目标市场很小，也可以用更少的投资获得利润。更少的投资意味着更少的风险，因此可以更轻松地将许多独特的新设备推向市场。”

以标准化、统一尺寸和用户界面为目标

　这样诞生的“最小晶圆厂”是一种全新类型的半导体制造设备。宽30厘米、高144厘米，体积之小颠覆了半导体制造设备的现有概念，而且不需要洁净室，这一点非常规。所需投资额将减少至传统大型晶圆厂的1/1000（约5亿日元）。一个房间可以容纳多达50种设备，并且您可以自由地重新布置设备。节约能源，无有害废气排放。

　许多公司都认同这种最小晶圆厂的理念，并于2010年成立了“晶圆厂系统研究小组”。其中约30家中小企业利用其专业技术开发了最小设备的原型。然而，这不仅仅是缩小每个设备尺寸的问题。作为一个系统，还必须具有统一性。原非常注重确保所有设备的尺寸相同。

　然而，统一尺寸极其困难。即使有些人放弃了，并说：“如果你正在寻找这个功能，零件将不可避免地脱颖而出，”Hara 也不允许任何例外。原认为，在有限的空间内布置具有必要功能的部件，就像创造一个微型花园一样的技术，是日本企业可以与海外企业竞争的优势。

此外，外壳设计和用户界面已经统一。错误的显示方式也是一样的，使用起来更加方便。

　我们的目标是标准化。由于尺寸相同，设备可以自由布置。另外，对于中小企业来说，设计外壳和显示屏通常是一个相当大的负担，但标准化使他们可以只专注于设备内部部件的开发。如果外壳本身标准化，则可以以低成本制造，从而提高各方面的效率（原）。

优秀而成熟的人力资源使实际应用成为可能

　2011年，来自泰国的Kumpuan Somawan加入了Hara的研究小组。 Somawan曾在国内外多家机构从事研究工作，已成为极简晶圆厂实际应用的强大推动力。

　索马万到达时，眼前只有三种曝光设备，但距离投入实际使用还很远。 SomaOne 面临的挑战是实际制造悬臂式设备。当时，人们对最小晶圆厂的有效性仍然存在一些怀疑，第一步是改进设备，以证明设备确实可以制造出来。直到第一年，SomaOne 才能够在最小的晶圆厂中制造出悬臂式设备，而无需重做一次。原原本希望在五年内完成这个项目，但结果却很失望。

　首先，我们拆解了所有现有的原型以了解其结构。通过这一点，我们确定了许多改进措施，例如在显影设备中用小注射器替换阀门以节省空间。''

　在改进的同时，SomaOne还开发了自己的技术。该方法只需将 05 cc 的显影剂涂抹在晶圆的整个表面上。首先，旋转晶片以将注射器中的液滴散布在表面上。由于晶圆较小，因此具有很强的表面张力，即使晶圆上升4毫米也能防止液体溢出。针对这一特性，我们开发了一种技术，只需使用约 05 cc 的液体即可进行显影，并且液体不会溢出到晶圆上。他们能够节省大量的开发人员，并且能够将设备安装在最小晶圆厂的标准尺寸内。

YJP已开始商业化！海外反响热烈

　原、索马万等人对设备制造商制造的原型进行了彻底的改进。 YJP 的四个人共同开发了所有这些流程，最小的工厂作为一个系统完成，准备为所有模型提供服务。

于是，YJP决定大力推广极简晶圆厂服务业务，开始提供从装前咨询到销售、装机环境搭建、开机以及装后运维的一站式服务。其中的核心是横河电机最小应用实验室。目前已引进15种设备（截至2017年3月），但仍然可以用更少的工艺制造MEMS和晶体管。

　建立该实验室的决定是由YJP主任Junji Yamamoto做出的。山本先生相信，由于产品生命周期的缩短和半导体用途的多样化，多品种、小批量的生产将会取得进展。物联网时代，将需要各种各样的半导体。山本先生表示，他觉得极简晶圆厂能够满足时代的需求，并且会创造出一个不同于大规模生产的高附加值、高品种、小批量的市场。

　我觉得不需要无尘室生产半英寸晶圆的概念很棒。而且，我认为投资于日本人的高科技能力可以发挥的领域，也具有支持日本工业的意义。之后，我见到了原先生，听了他的故事，了解到这个概念是通过彻底的市场调查而提出的。而且，我被原先生的热情所感动，我对成功充满信心。''

　实验室开业以来，参观者络绎不绝，并已接到多家公司的订单。实验室主任西村先生说。

　“未来最小晶圆厂的主要用户不会是半导体专业人士。他们不了解安装环境、法律法规，在某些情况下，他们不知道去哪里购买化学品。每次客户提出意想不到的问题时，我都会意识到支持的重要性，我觉得我们走在正确的轨道上。”

　令人高兴的是，海外的反应甚至比日本国内的反应还要大。尽管国内企业对投资未经验证的设备犹豫不决，但据说海外政府和领先大学正在积极引进最小晶圆厂，这些工厂是理想的研发设备，有可能改变产业结构。

目前，一些最小晶圆厂系统仍在良率等方面进行改进，作为替代方案，YJP 正在提供与公司现有大型晶圆厂相结合的工艺服务。第一个目标是让用户使用已完成的流程并体验Minimal Fab的功能和好处，但最终目标当然是用Minimal Fab取代所有流程。

　2017财年将是YJP将2016财年收到的大量询盘转化为订单的时期。实验室将继续推出新的最小晶圆厂模型。到2017年底，20台设备将到位，到2020年，将完成目前正在开发的所有类型，从而形成70种类型的最小晶圆厂阵容。

改变器件制造理念，振兴半导体产业

　我们朝着同一个目标努力，总是有一种紧张感，工程师们也接受了工作培训。我们希望继续追求能够共同创造利润的业务。''

　到目前为止，我的印象是，一旦我们进行了联合研究，一切就结束了。然而，Hara 先生正试图将其作为一项业务开展。这就是为什么公司纷纷效仿。我很幸运能够在突破性产品商业化之前与他合作。''

　已经完成制造工艺的设备的原型设计服务将通过YJP提供，而AIST将致力于制造工艺的复杂化，以便将来迈向正式生产系统，并计划于2019年与合作伙伴在海滨城市中心建立研究和示范基地。这是企业可以尝试开发新的小批量设备制造工艺的地方，YJP也将作为服务联系公司参与其中。其目标是使用源自日本的最小晶圆厂实现人工智能/物联网时代设备所必需的小批量、多品种生产。

　我们正在推动最小晶圆厂的商业化，强烈希望“通过这种可以改变现有设备制造概念的设备来振兴日本的半导体产业。”