2018年恐難實(shí)現(xiàn)18寸晶圓量產(chǎn)

在9月初Semicon Taiwan舉辦的“450mm供應(yīng)鏈”研討會(huì)中，臺(tái)積電和G450C(全球450聯(lián)盟)明確揭示了18寸晶圓預(yù)計(jì)于2018年投入量產(chǎn)的發(fā)展時(shí)程。相對(duì)于臺(tái)積電的信心滿滿，包括TEL(東京威力科創(chuàng))、Lam Research、應(yīng)用材料和KLA-Tencor等設(shè)備制造商，卻都異口同聲地談到，設(shè)備業(yè)者所面臨的嚴(yán)峻開發(fā)成本與風(fēng)險(xiǎn)挑戰(zhàn)。
G450C的18寸晶圓量產(chǎn)時(shí)程
G450C (Global 450 Consortium) 是由英特爾、三星、臺(tái)積電、IBM和GlobalFoundries五家龍頭業(yè)者于去年共組的18寸晶圓研發(fā)聯(lián)盟，在這些業(yè)者的積極推動(dòng)下，18寸晶圓的發(fā)展藍(lán)圖也越來越為明確。
臺(tái)積電派駐于G450C的林進(jìn)祥博士表示，一年來18寸晶圓的技術(shù)開發(fā)與業(yè)者的參與程度都有顯著進(jìn)展。G450C的目標(biāo)是從今年起展開14奈米的技術(shù)展示，到2015~2016年進(jìn)入10奈米試產(chǎn)。
而就制造設(shè)備的成熟度來看，大部分設(shè)備到2014年都能完成試驗(yàn)機(jī)臺(tái)的開發(fā)，但最重要的蝕刻技術(shù)，則預(yù)計(jì)要到2016年完成初步試驗(yàn)機(jī)臺(tái)，2018年完成量產(chǎn)機(jī)臺(tái)開發(fā)。
目前，G450C是采用壓印(imprint)技術(shù)作為過渡時(shí)期的蝕刻方案，未來將朝193i(浸潤(rùn)式193nm)與EUV發(fā)展。G450C的無塵室預(yù)定于2012年12月就緒，這將會(huì)是全球第一座18寸晶圓廠。
臺(tái)積電450mm計(jì)劃資深總監(jiān)游秋山博士則是提到了公司內(nèi)部對(duì)18寸晶圓設(shè)備設(shè)定的目標(biāo)，希望與12寸設(shè)備相比，整體設(shè)備效率能于2018年達(dá)到1.1倍、2020年提升至1.8倍。此外，設(shè)備價(jià)格小于1.4倍、尺寸小于1.5倍、缺陷密度小于0.4倍，以及平均每片晶圓能維持相同的水電消耗。
這個(gè)數(shù)據(jù)一提出，當(dāng)場(chǎng)就有設(shè)備業(yè)者問到，若晶片制造商希望設(shè)備效率提高1.8倍，但卻僅希望付出1.4倍的價(jià)格，這樣如何說服設(shè)備業(yè)者投入龐大資金開發(fā)新的18寸晶圓設(shè)備?
這個(gè)問題，的確觸及到眾多設(shè)備制造商的痛處?；叵氘?dāng)初移轉(zhuǎn)至12寸晶圓的慘痛教訓(xùn)，現(xiàn)在18寸晶圓的大餅更是不這么好吃。
推動(dòng)18寸晶圓量產(chǎn)，主要的考量在于取得成本效益，希望能延續(xù)過去從6寸移轉(zhuǎn)至8寸、12寸的發(fā)展軌跡，透過更高的每片晶圓產(chǎn)出，讓晶片成本能持續(xù)下降。然而，這套過去適用的摩爾定律，隨著制程微縮趨近極限，以及18寸晶圓的龐大機(jī)臺(tái)投資，能否再和過去一樣帶來同樣的成本效益，實(shí)在令人懷疑。
此外，全球經(jīng)濟(jì)前景的不確定性，以及未來幾有少數(shù)幾家制造業(yè)者有能力買單，投資報(bào)酬率有限，種種因素，都讓設(shè)備業(yè)者對(duì)此議題顯得裹足不前，進(jìn)退兩難。
設(shè)備廠商痛苦跟隨
TEL副總裁暨企業(yè)行銷總經(jīng)理關(guān)口章九甚至說，如果業(yè)界沒有充分的事先討論，共同開發(fā)機(jī)臺(tái)，450mm將會(huì)是一場(chǎng)災(zāi)難。而且，漫長(zhǎng)的450mm市場(chǎng)成熟期會(huì)讓設(shè)備商的財(cái)務(wù)風(fēng)險(xiǎn)增加。
Lam Research公司450mm計(jì)劃副總裁Mark Fissel也以12寸晶圓移轉(zhuǎn)為例指出，從1995年試驗(yàn)機(jī)臺(tái)首度完成開發(fā)，由于歷經(jīng)網(wǎng)路泡沫等經(jīng)濟(jì)因素，一直到2004年，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)整整花了9年的時(shí)間，才使得12寸晶圓出貨量超過8寸晶圓。
而18寸晶圓即使能于2018年投入量產(chǎn)，可能需要更長(zhǎng)的時(shí)間才能成為主流，面對(duì)既有12寸晶圓先進(jìn)制程持續(xù)投資與18寸晶圓開發(fā)的雙重壓力，設(shè)備業(yè)者若沒有強(qiáng)大的財(cái)務(wù)支援，很有可能無以為繼。
游秋山也坦承，移轉(zhuǎn)至18寸晶圓還有許多挑戰(zhàn)有待克服。首先，業(yè)界有沒有辦法在2015年前就10奈米制程蝕刻技術(shù)取得重大突破?同時(shí)，合理的設(shè)備成本、顯 著的生產(chǎn)力提升、全自動(dòng)化無人生產(chǎn)線、環(huán)保工廠等議題都需要獲得全面性的解決，才有可能讓18寸晶圓量產(chǎn)得到預(yù)期的成本效益。
游秋山指出，當(dāng)初業(yè)界朝12寸晶圓移轉(zhuǎn)時(shí)，也曾面臨許多質(zhì)疑。但事實(shí)證明，透過多項(xiàng)的技術(shù)創(chuàng)新與突破，仍然克服了種種挑戰(zhàn)，因此他樂觀認(rèn)為，18寸晶圓量產(chǎn)目標(biāo)終將能夠成功。
不過，不管是從晶片制造商和設(shè)備商的角度來看，18寸晶圓都已成為少數(shù)幾家業(yè)者才能玩得起的游戲，這是與業(yè)界朝12寸晶圓移轉(zhuǎn)時(shí)，完全不同的產(chǎn)業(yè)環(huán)境與需求。?口章九表示，即使幾家重量級(jí)制造商已經(jīng)訂出了量產(chǎn)時(shí)程目標(biāo)，但高昂的進(jìn)入成本，將是不利于創(chuàng)新的。
ASML的聯(lián)合開發(fā)計(jì)劃
盡管困難重重，但臺(tái)積電、英特爾、三星這些龍頭業(yè)者，為了延續(xù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展、持續(xù)保持領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，并建立更高的競(jìng)爭(zhēng)障礙，勢(shì)必得在朝18寸晶圓移轉(zhuǎn)的這項(xiàng)行動(dòng)中奮力前進(jìn)。
對(duì)此議題，應(yīng)用材料矽晶系統(tǒng)部門副總裁Kirk Hasserjian總結(jié)了順利移轉(zhuǎn)至18寸晶圓世代的六項(xiàng)關(guān)鍵因素，分別是：業(yè)界同步的移轉(zhuǎn)時(shí)程、蝕刻技術(shù)成熟度、成本分?jǐn)?、協(xié)同合作、創(chuàng)新、以及供應(yīng)鏈的就緒。
成本分?jǐn)?、合作?chuàng)新在18寸晶圓世代將顯得重要。林進(jìn)祥也鼓勵(lì)設(shè)備業(yè)者說，現(xiàn)在共同承擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)，未來終將能共同分享利益。
提到成本與風(fēng)險(xiǎn)分?jǐn)?，微影設(shè)備大廠ASML日前提出的聯(lián)合開發(fā)計(jì)劃便是一個(gè)極佳的范例。微影技術(shù)能否就緒，攸關(guān)18寸晶圓量產(chǎn)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，而ASML的動(dòng)作更是扮演了舉足輕重的角色。
ASML在今年7月提出了客戶聯(lián)合投資計(jì)劃，在英特爾首先表態(tài)以41億美元收購(gòu)ASML的15%股權(quán)后、臺(tái)積電和三星也分別跟進(jìn)，各取得5%和3%的股權(quán)，將共同研發(fā)下一代微影技術(shù)。
臺(tái)積電、英特爾、三星是未來半導(dǎo)體制造的三大勢(shì)力，盡管彼此間的角力激烈，但從G450C的合作，到ASML的共同入主，卻又不得不共同分?jǐn)傁乱淮?8寸晶 圓制造的龐大研發(fā)成本。它們之間的競(jìng)合關(guān)系是未來半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的關(guān)注重點(diǎn)，也是18寸量產(chǎn)目標(biāo)能否成真的重要關(guān)鍵。