18吋晶圓階段性發(fā)展計畫大公開。2012年臺灣國際半導體展(SEMICON Taiwan)中，18吋晶圓技術(shù)、設(shè)備與標準進展無疑是最受矚目的焦點，包括全球18吋晶圓推動聯(lián)盟(G450C)、臺積電、科磊(KLA-Tencor )、應用材料(Applied Materials)、TEL(Tokyo Electron)及Lam Research等重量級業(yè)者，皆相繼展開商用量產(chǎn)布局，且研發(fā)能量正日益壯大，成為推動18吋晶圓量產(chǎn)的重要動能。
在此同時，國際半導體設(shè)備材料產(chǎn)業(yè)協(xié)會(SEMI)亦積極推展18吋晶圓通用標準(圖1)，助力半導體業(yè)者部署。SEMI國際產(chǎn)業(yè)標準資深總監(jiān)James Amano表示，SEMI針對矽晶圓、實體介面與輸送機制，以及機械裝配和產(chǎn)品封測三大范疇，已公布十五項18吋晶圓規(guī)范。未來還將新增14項標準，涵蓋晶圓乘載介面(Load Port)、晶圓傳送盒(FOUP)/運輸盒(FOSB)、自動化物料搬運系統(tǒng)(AMHS)儲存與傳送介面等。目前已提交兩項規(guī)范至委員會審議，其他還有十二項正值草擬階段。
| 圖1 18吋晶圓各段制程標準發(fā)展現(xiàn)況 |
延續(xù)摩爾魂G450C催生18吋晶圓
隨著18吋晶圓標準發(fā)展腳步加快，產(chǎn)業(yè)鏈合作也更加密切，現(xiàn)階段G450C在美國紐約州奈米科學與工程學院(CNSE)的12吋晶圓廠，已安裝十一臺18吋晶圓生產(chǎn)設(shè)備，并將于今年12月進一步打造首座18吋晶圓無塵室(Cleanroom)。此外，該聯(lián)盟亦計畫在2016年，釋出193i微影測試設(shè)備并建立整條18吋晶圓測試產(chǎn)線，以延續(xù)摩爾定律(Moore's Law)的發(fā)展。
臺積電電子束作業(yè)處18吋晶圓專案資深總監(jiān)游秋山分析，隨著先進節(jié)點復雜度不斷攀升，制程微縮帶來的成本效益將愈來愈低。因此，業(yè)界不得不展開18吋晶圓研發(fā)，期增進產(chǎn)能擴充效益，并加快IC設(shè)計技術(shù)升級與制造周期，為半導體產(chǎn)??業(yè)創(chuàng)造長期獲利契機。
G450C總經(jīng)理暨臺積電制造技術(shù)中心處長林進祥(圖2)表示，18吋晶圓系降低半導體生產(chǎn)成本及延續(xù)摩爾定律的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，因而激勵半導體設(shè)備、IC設(shè)計、晶圓代工與電子設(shè)計自動化(EDA)工具等業(yè)者競相投入研發(fā)。過去1年來，18吋晶圓技術(shù)出現(xiàn)顯著突破，預計G450C多數(shù)成員將能在2013年導入試產(chǎn)，并于2015年秀出品質(zhì)精良的18吋晶圓，持續(xù)朝商用量產(chǎn)努力。 圖2 G450C總經(jīng)理暨臺積電制造技術(shù)中心處長林進祥認為，G450C將扮演半導體產(chǎn)業(yè)的火車頭，加速18吋晶圓制造時代的來臨。
配合18吋晶圓技術(shù)開發(fā)腳步，G450C也預告將從今年起展開14奈米(nm)制程演示，并將于2015~2016年進一步啟動10奈米先進制程試產(chǎn)，協(xié)助半導體相關(guān)業(yè)者在電晶體密度不斷攀升下，仍可有效改善研發(fā)與制造成本結(jié)構(gòu)。
據(jù)了解，G450C系于今年3月成立，集結(jié)英特爾(Intel)、臺積電、三星(Samsung)、IBM及格羅方德(GLOBALFOUNDRIES)等半導體、晶圓代工重量級大廠，致力推動18吋晶圓設(shè)備與制程技術(shù)。目前該聯(lián)盟也攜手SEMI改良相關(guān)設(shè)備基礎(chǔ)架構(gòu)、元件標準、后段制程(BEOL)及封測作業(yè)相關(guān)規(guī)范，全力建構(gòu)18吋晶??圓生態(tài)系統(tǒng)。
與此同時，在18吋晶圓制造設(shè)備發(fā)展方面(圖3)，林進祥透露，除置頂輸送工具(Overhead Transport Vehicles, OHV)已就緒外，大部分與制程相關(guān)的試驗機臺均將于2014年到位；而最重要的193i微影設(shè)備則須到2016年才能初具雛型。[!--empirenews.page--]至于量產(chǎn)機臺問世時程預計落在2018年，屆時，全球頂尖晶圓代工業(yè)者將陸續(xù)啟動18吋晶圓生產(chǎn)服務。
| 圖3 18吋晶圓設(shè)備就位時間規(guī)畫 |
事實上，為助力晶圓代工、IC設(shè)計商降低生產(chǎn)成本，包括Lam Research、應用材料、TEL及科磊等半導體設(shè)備開發(fā)商，已陸續(xù)啟動18吋晶圓制造方案布局。其中，科磊已率先量產(chǎn)全球首部18吋晶圓缺陷檢測系統(tǒng)--Surfscan SP3 450，搶攻18吋晶圓市場先「機」。
半導體設(shè)備商各就各位18吋晶圓發(fā)展全速前進 科磊450mm發(fā)展計畫資深總監(jiān)Hubert Altendorfer強調(diào)，科磊最新推出的SP3 450，將負責18吋晶圓第一道檢測過程，符合市場對20奈米以下制程缺陷和晶圓表面品質(zhì)特性檢測需求；同時，具備12及18吋晶圓同步乘載共用結(jié)構(gòu)，將可提高客戶的生產(chǎn)效益與靈活度。 關(guān)口章久強調(diào)，此將提供晶圓代工業(yè)者較佳的產(chǎn)能擴充、制作流程變動彈性，并能快速投產(chǎn)與減輕投資負擔，更快達成獲利目標。 除國外設(shè)備大廠已展露18吋晶圓設(shè)備研發(fā)成果外，臺灣的半導體設(shè)備供應商亦積極搶攻市場商機。現(xiàn)階段，家登已建置完成18吋晶圓前開式FOUP、多功能應用晶圓傳送盒(MAC)，以及極紫外光光罩傳送盒(EUV POD)產(chǎn)線，并逐漸擴大出貨。此舉不僅為該公司今年下半年營運表現(xiàn)加溫，亦為18吋晶圓發(fā)展挹注龐大動能。 隨著設(shè)備端產(chǎn)品陸續(xù)突破，18吋晶圓發(fā)展已跨出重要的第一步。目前，SEMI、G450C正分頭部署全球通用標準與制程技術(shù)，并于今年SEMICON Taiwan展會上，揭露2013~2018年的18吋晶圓發(fā)展階段性目標，已吸引大量熱錢涌入。 然而，應用材料矽晶系統(tǒng)部門副總裁Kirk Hasserjian認為，18吋晶圓影響層面甚廣，且相關(guān)設(shè)備、技術(shù)投入金額相當龐大，除須解決技術(shù)與創(chuàng)新應用等問題外，業(yè)者間亦須協(xié)同合作并共同分攤研發(fā)成本。 Hasserjian強調(diào)，未來，半導體設(shè)備廠、晶片商及晶圓代工業(yè)者須從研發(fā)設(shè)計階段，就展開技術(shù)與資金合作，再回頭改良制程工具，從而優(yōu)化晶圓廠配置(Fab Layout)，以便滿足IC設(shè)計業(yè)者對專屬產(chǎn)品效能與品質(zhì)的最終要求。 關(guān)口章久進一步分析，距離2018年實現(xiàn)18吋晶圓量產(chǎn)的目標還有數(shù)年，這段期間的投資風險與不確定性，將促進晶片商、設(shè)備商、晶圓廠和標準協(xié)會組織之間的頻繁溝通，借以催生最符合經(jīng)濟效益的產(chǎn)業(yè)分工合作與成本攤提模式。 臺積電/英特爾放話18吋晶圓量產(chǎn)有眉目 隨著業(yè)界共通標準、制程設(shè)備愈發(fā)成熟，整合元件制造商(IDM)、晶圓代工廠紛紛揭示18吋晶圓量產(chǎn)計畫，成為推動18吋晶圓強而有力的引擎。其中，英特爾日前在該公司2012年開發(fā)者大會(IDF)上宣稱，將于2016~2017年啟動商用量產(chǎn)，可望搶得市場頭香。在此同時，全球晶圓代工一哥--臺積電也在今年SEMICON展會中，揭橥2013~2018年18吋晶圓發(fā)展藍圖。 英特爾資深院士Mark Bohr表示，以每一個電晶體的制程成本來看，18吋晶圓一定遠低于目前的12吋晶圓方案，但要讓18吋晶圓設(shè)備能夠具備量產(chǎn)效能與經(jīng)濟效益，仍須等待4?5年以上時間。目前看來，英特爾有望在2016~2017年備妥18吋晶圓設(shè)備，領(lǐng)先業(yè)界展開投產(chǎn)，從而繼續(xù)維持全球半導體產(chǎn)業(yè)龍頭地位。 不過，近來資本支出已大幅追近英特爾的臺積電，亦不惶多讓，臺積電十二吋廠營運副總經(jīng)理王建光透露，該公司最快將于2013~2014年推出18吋晶圓樣品制造工具，隨后于2015年提供測試設(shè)備(Demo Tool)；整段18吋晶圓產(chǎn)線則預定在2016~2017年完成，并于2018年正式啟動量產(chǎn)。 [!--empirenews.page--] 顯而易見，臺積電今年積極參與G450C，并大灑銀彈入股半導體設(shè)備大廠--艾司摩爾(ASML)，分頭從18吋晶圓制程標準、機臺研發(fā)方向著手，成效已逐漸浮現(xiàn)。王建光強調(diào)，除與國際大廠協(xié)商18吋晶圓發(fā)展共識外，臺積電也戮力拉攏臺灣半導體材料、設(shè)備、EDA與封測服務供應商，開發(fā)一套獨特18吋晶圓制作模式，實現(xiàn)差異化布局。 王建光預估，2018年后，臺積電FinFET 10奈米制程將搭配18吋晶圓形式產(chǎn)出，大幅縮減晶片制作成本與功耗；同時降低晶圓制作過程中的水、電營運開支，進一步強化臺積電的市場競爭力。 事實上，即使全球經(jīng)濟狀況詭譎，但著眼于20奈米以下先進制程與18吋晶圓的市場需求，半導體產(chǎn)業(yè)資本支出仍將維持穩(wěn)定成長。 據(jù)SEMI調(diào)查報告指出，2012年晶圓廠總支出(含晶圓廠建設(shè)和設(shè)備采購、維護成本)約在590?600億美元之間，將與2011年持平；至于2013年則可望成長2 ~5%。預估2016年后，IDM、晶圓代工與封測業(yè)者大舉安裝18吋晶圓設(shè)備，并擴建廠房后，總支出金額將攀上新高峰。 無庸置疑，隨著半導體產(chǎn)業(yè)鏈資金涌入，與制造技術(shù)、標準陸續(xù)到位，18吋晶圓將于2018年放量的目標已日益明確，可望為整個半導體產(chǎn)業(yè)注入新的成長動能。
至于TEL則以提升18吋晶圓制造效率與降低成本為目標，加緊研發(fā)開放性共通生產(chǎn)平臺。TEL副總裁暨企業(yè)行銷總經(jīng)理關(guān)口章久(Akihisa Sekiguchi)(圖4)指出，此一概念性平臺將透過TEL標準連接介面，緊密扣連18吋晶圓各段制程設(shè)備；由于采模組化設(shè)計方式，正式量產(chǎn)后預估僅需1個月時間就能組裝完成。 圖4 TEL副總裁暨企業(yè)行銷總經(jīng)理關(guān)口章久認為，18吋晶圓生產(chǎn)設(shè)備與技術(shù)研發(fā)開銷龐大，未來僅有財力雄厚的半導體大廠才能出線，站穩(wěn)市場一席之地。
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