Závod na výrobu polovodičov

Závod na výrobu polovodičov alebo továreň na výrobu polovodičov anglicky fab alebo foundry je v mikroelektronickom priemysle továreň, kde sa vyrábajú polovodičové súčiastky, napr. integrované obvody.
Terminológia.
Továreň, ktorá vyrába návrhy iných spoločností, ako sú napríklad "fabless semiconductor companies" (angl., doslovný preklad: polovodičové spoločnosti bez výroby), sa po anglicky volá "semiconductor fabrication plant" alebo "semiconductor fab" alebo "semiconductor foundry". Ak továreň nevyrába aj svoje vlastné návrhy, po anglicky sa nazýva "pure-play semiconductor foundry". Ak továreň vyrába aj svoje vlastné návrhy, po anglicky sa nazýva "integrated device manufacturer" – IDM).
Cena.
Výroba polovodičov si vyžaduje veľa drahých zariadení. Odhaduje sa, že náklady na výstavbu novej továrne presahujú jednu miliardu amerických dolárov, pričom hodnoty 3 až 4 miliardy dolárov nie sú nezvyčajné. TSMC investovala 9,3 miliardy dolárov do svojho "Fab15" závodu na spracovanie 300 mm plátkov (angl. "wafer" – substrátový disk) na Taiwane. Odhad tejto spoločnosti je, že ich budúca továreň môže stáť 20 miliárd dolárov.
Zloženie.
Centrálnou časťou továrne je čistá miestnosť (iný názov: čisté priestory, angl. "cleanroom"), kde je prostredie kontrolované tak, aby sa eliminoval všetok prach, pretože aj jedno zrnko prachu môže zničiť mikroobvod, ktorý má nanorozmery oveľa menšie ako majú prachové častice. Čistá miestnosť musí byť chránená aj proti vibráciám, aby sa umožnilo nastavenie strojov v nanometrovej mierke, a musí sa udržiavať v úzkych pásmach kolísania teploty a vlhkosti. Tlmenie vibrácií sa dá dosiahnuť použitím hlbokých pilótami v základoch čistej miestnosti, ktoré ju ukotvia k skalnému podložiu, starostlivým výberom miesta stavby a / alebo použitím tlmičov vibrácií. Kontrola teploty a vlhkosti je rozhodujúca pre minimalizáciu vzniku statickej elektriny. Na zníženie statickej elektriny možno použiť aj zdroje korónového výboja. Továreň je často postavená nasledujúcim spôsobom (zhora nadol): strecha, ktorá môže obsahovať vzduchotechnické zariadenie, ktoré nasáva, čistí a ochladzuje vonkajší vzduch, vzduchovú tlakovú komoru na distribúciu vzduchu do niekoľkých ventilátorových filtračných jednotiek namontovaných na podlahe, ktoré sú ale tiež súčasťou stropu aj samotného čistého priestoru, ktorý môže, ale nemusí mať viac ako jedno poschodie, pretlaková komora vratného vzduchu, "clean subfab" (doslova: čistá podvýroba), ktorá môže obsahovať podporné zariadenia pre stroje v čistej miestnosti, napr. ako systémy na dodávku, čistenie, recykláciu chemikálií a prízemie, ktoré zvyčajne môže obsahovať elektrické zariadenia. Továrne na výrobu polovodičov majú často aj nejaké kancelárske priestory.
Čistá miestnosť je miesto, kde prebieha všetka výroba a obsahuje strojové zariadenie na výrobu integrovaných obvodov, ako sú „steppery“ a/alebo skenery na fotolitografiu, stroje na leptanie, čistenie, dotovanie a „dicing“ (rozdeľovanie na čipy). Všetky tieto zariadenia sú extrémne presné, a tým aj extrémne drahé. Ceny najbežnejších zariadení na spracovanie 300 mm polovodičových plátkov sa pohybujú od 700 tisíc USD do viac ako 4 milióny USD za kus, pričom niektoré zariadenia môžu stáť až 130 miliónov USD (napr. EUV skenery). Typická továreň na výrobu polovodičov má niekoľko stoviek takýchto zariadení.
História.
Pokrok v technológii výroby čipov si zvyčajne vyžaduje vybudovanie úplne novej továrne. V minulosti vybavenie na vybavenie továrne na výrobu polovodičov nebolo až tak drahé a existovalo obrovské množstvo menších tovární vyrábajúcich čipy v malých množstvách. Náklady na najaktuálnejšie vybavenie však odvtedy narástli natoľko, že nová továreň môže stáť niekoľko miliárd dolárov.
Ďalším vedľajším efektom nákladov bola výzva využiť staršie továrne. Pre mnohé spoločnosti sú tieto staršie továrne užitočné na výrobu návrhov pre špeciálne trhy, ako sú napríklad vstavané procesory, flash pamäte alebo mikrokontroléry. Pre podniky s obmedzenejším produktovým radom je však často najlepšie buď prenajať továreň, alebo ju úplne zatvoriť, pretože náklady na modernizáciu existujúcej továrne na výrobu zariadení s novšou technológiou, prevyšujú náklady na úplne novú továreň.
Výrobcovia svoje továrne číslujú alebo podobne rozlišujú. V Japonsku Rohm (Lapis Semiconductor) čísluje továrne ako Building No.1 až Building No.4 v USA napr. Texas Instruments má továrne D1 až DMOS6. Najčastejšie je číslovanie priamo s prídavkom slova fab (továreň/výroba). Napríklad Micron (predtým Rexchip) má továrne až po Fab 16, TSMC až po Fab 21 a Intel otvoril v roku 2017 Fab 8 v Číne.
Existuje trend vyrábať stále väčšie polovodičové plátky, takže každý procesný krok sa vykonáva na stále viac čipoch naraz. Cieľom je rozložiť výrobné náklady (chemikálie, čas) na väčší počet predajných čipov. Je nemožné (alebo prinajmenšom neuskutočniteľné) dodatočne vybaviť strojové zariadenie na manipuláciu s väčšími polovodičovými plátkami. To neznamená, že zlievarne používajúce menšie plátky sú nevyhnutne zastarané; staršie továrne na výrobu polovodičov môžu mať lacnejšie prevádzku a majú vyššiu výťažnosť plátkov. Priemysel sa snažil posunúť súčasnú veľkosť plátkov 300 mm (12 palcov) na 450 mm do roku 2018, no v roku 2016 sa príslušné výskumné úsilie zastavilo. Okrem toho existuje veľký tlak na úplnú automatizáciu výroby polovodičových čipov od začiatku až do konca. Toto sa často označuje ako koncept „light-out fab“ (výroba bez svetla). Ďalším dôležitým cieľom je skrátiť čakaciu dobu medzi krokmi spracovania.
Slovensko.
Tesla Piešťany bola súčasťou česko-slovenského koncernového podniku Tesla. Bola určená hlavne na výrobu logických integrovaných obvodov, prevláda unipolárna technológia výroby. Tesla Piešťany bola odkúpená v roku 1998 koncernom Motorola, z ktorého sa v roku 1999 oddelila časť polovodičovej divízie a vznikla spoločnosť ON Semiconductor, ktorá v Piešťanoch naďalej pôsobí dodnes ako firma Onsemi, ktorá zamestnáva 300 zamestnancov. Vývojové centrum Onsemi v Bratislave navrhuje čipy pre svetové automobilky a je jedinečné na Slovensku.