不再只聞樓梯響18吋晶圓量產(chǎn)時(shí)程表出爐
18吋晶圓階段性發(fā)展計(jì)畫大公開。2012年臺(tái)灣國(guó)際半導(dǎo)體展(SEMICON Taiwan)中，18吋晶圓技術(shù)、設(shè)備與標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展無疑是最受矚目的焦點(diǎn)，包括全球18吋晶圓推動(dòng)聯(lián)盟(G450C)、臺(tái)積電、科磊(KLA-Tencor )、應(yīng)用材料(Applied Materials)、TEL(Tokyo Electron)及Lam Research等重量級(jí)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(dòng)18吋晶圓量產(chǎn)的重要?jiǎng)幽堋?
在此同時(shí)，國(guó)際半導(dǎo)體設(shè)備材料產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)(SEMI)亦積極推展18吋晶圓通用標(biāo)準(zhǔn)(圖1)，助力半導(dǎo)體業(yè)者部署。SEMI國(guó)際產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)資深總監(jiān)James Amano表示，SEMI針對(duì)矽晶圓、實(shí)體介面與輸送機(jī)制，以及機(jī)械裝配和產(chǎn)品封測(cè)三大范疇，已公布十五項(xiàng)18吋晶圓規(guī)范。未來還將新增14項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，涵蓋晶圓乘載介面(Load Port)、晶圓傳送盒(FOUP)/運(yùn)輸盒(FOSB)、自動(dòng)化物料搬運(yùn)系統(tǒng)(AMHS)儲(chǔ)存與傳送介面等。目前已提交兩項(xiàng)規(guī)范至委員會(huì)審議，其他還有十二項(xiàng)正值草擬階段。
| 圖1 18吋晶圓各段制程標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(guó)紐約州奈米科學(xué)與工程學(xué)院(CNSE)的12吋晶圓廠，已安裝十一臺(tái)18吋晶圓生產(chǎn)設(shè)備，并將于今年12月進(jìn)一步打造首座18吋晶圓無塵室(Cleanroom)。此外，該聯(lián)盟亦計(jì)畫在2016年，釋出193i微影測(cè)試設(shè)備并建立整條18吋晶圓測(cè)試產(chǎn)線，以延續(xù)摩爾定律(Moore's Law)的發(fā)展。
臺(tái)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(jìn)節(jié)點(diǎn)復(fù)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(jìn)產(chǎn)能擴(kuò)充效益，并加快IC設(shè)計(jì)技術(shù)升級(jí)與制造周期，為半導(dǎo)體產(chǎn)??業(yè)創(chuàng)造長(zhǎng)期獲利契機(jī)。
G450C總經(jīng)理暨臺(tái)積電制造技術(shù)中心處長(zhǎng)林進(jìn)祥(圖2)表示，18吋晶圓系降低半導(dǎo)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(lì)半導(dǎo)體設(shè)備、IC設(shè)計(jì)、晶圓代工與電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化(EDA)工具等業(yè)者競(jìng)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(yù)計(jì)G450C多數(shù)成員將能在2013年導(dǎo)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(tái)積電制造技術(shù)中心處長(zhǎng)林進(jìn)祥認(rèn)為，G450C將扮演半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的火車頭，加速18吋晶圓制造時(shí)代的來臨。
配合18吋晶圓技術(shù)開發(fā)腳步，G450C也預(yù)告將從今年起展開14奈米(nm)制程演示，并將于2015~2016年進(jìn)一步啟動(dòng)10奈米先進(jìn)制程試產(chǎn)，協(xié)助半導(dǎo)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(tái)積電、三星(Samsung)、IBM及格羅方德(GLOBALFOUNDRIES)等半導(dǎo)體、晶圓代工重量級(jí)大廠，致力推動(dòng)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(biāo)準(zhǔn)、后段制程(BEOL)及封測(cè)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(shí)，在18吋晶圓制造設(shè)備發(fā)展方面(圖3)，林進(jìn)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(yàn)機(jī)臺(tái)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(jī)臺(tái)問世時(shí)程預(yù)計(jì)落在2018年，屆時(shí)，全球頂尖晶圓代工業(yè)者將陸續(xù)啟動(dòng)18吋晶圓生產(chǎn)服務(wù)。
| 圖3 18吋晶圓設(shè)備就位時(shí)間規(guī)畫 |
事實(shí)上，為助力晶圓代工、IC設(shè)計(jì)商降低生產(chǎn)成本，包括Lam Research、應(yīng)用材料、TEL及科磊等半導(dǎo)體設(shè)備開發(fā)商，已陸續(xù)啟動(dòng)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(cè)系統(tǒng)--Surfscan SP3 450，搶攻18吋晶圓市場(chǎng)先「機(jī)」。
半導(dǎo)體設(shè)備商各就各位18吋晶圓發(fā)展全速前進(jìn) 科磊450mm發(fā)展計(jì)畫資深總監(jiān)Hubert Altendorfer強(qiáng)調(diào)，科磊最新推出的SP3 450，將負(fù)責(zé)18吋晶圓第一道檢測(cè)過程，符合市場(chǎng)對(duì)20奈米以下制程缺陷和晶圓表面品質(zhì)特性檢測(cè)需求；同時(shí)，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(qiáng)調(diào)，此將提供晶圓代工業(yè)者較佳的產(chǎn)能擴(kuò)充、制作流程變動(dòng)彈性，并能快速投產(chǎn)與減輕投資負(fù)擔(dān)，更快達(dá)成獲利目標(biāo)。 除國(guó)外設(shè)備大廠已展露18吋晶圓設(shè)備研發(fā)成果外，臺(tái)灣的半導(dǎo)體設(shè)備供應(yīng)商亦積極搶攻市場(chǎng)商機(jī)。現(xiàn)階段，家登已建置完成18吋晶圓前開式FOUP、多功能應(yīng)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(kuò)大出貨。此舉不僅為該公司今年下半年?duì)I運(yùn)表現(xiàn)加溫，亦為18吋晶圓發(fā)展挹注龐大動(dòng)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(biāo)準(zhǔn)與制程技術(shù)，并于今年SEMICON Taiwan展會(huì)上，揭露2013~2018年的18吋晶圓發(fā)展階段性目標(biāo)，已吸引大量熱錢涌入。 然而，應(yīng)用材料矽晶系統(tǒng)部門副總裁Kirk Hasserjian認(rèn)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(dāng)龐大，除須解決技術(shù)與創(chuàng)新應(yīng)用等問題外，業(yè)者間亦須協(xié)同合作并共同分?jǐn)傃邪l(fā)成本。 Hasserjian強(qiáng)調(diào)，未來，半導(dǎo)體設(shè)備廠、晶片商及晶圓代工業(yè)者須從研發(fā)設(shè)計(jì)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(jì)業(yè)者對(duì)專屬產(chǎn)品效能與品質(zhì)的最終要求。 關(guān)口章久進(jìn)一步分析，距離2018年實(shí)現(xiàn)18吋晶圓量產(chǎn)的目標(biāo)還有數(shù)年，這段期間的投資風(fēng)險(xiǎn)與不確定性，將促進(jìn)晶片商、設(shè)備商、晶圓廠和標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)組織之間的頻繁溝通，借以催生最符合經(jīng)濟(jì)效益的產(chǎn)業(yè)分工合作與成本攤提模式。 臺(tái)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(biāo)準(zhǔn)、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(jì)畫，成為推動(dòng)18吋晶圓強(qiáng)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(huì)(IDF)上宣稱，將于2016~2017年啟動(dòng)商用量產(chǎn)，可望搶得市場(chǎng)頭香。在此同時(shí)，全球晶圓代工一哥--臺(tái)積電也在今年SEMICON展會(huì)中，揭橥2013~2018年18吋晶圓發(fā)展藍(lán)圖。 英特爾資深院士Mark Bohr表示，以每一個(gè)電晶體的制程成本來看，18吋晶圓一定遠(yuǎn)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(jì)效益，仍須等待4?5年以上時(shí)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(dǎo)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(tái)積電，亦不惶多讓，臺(tái)積電十二吋廠營(yíng)運(yùn)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(cè)試設(shè)備(Demo Tool)；整段18吋晶圓產(chǎn)線則預(yù)定在2016~2017年完成，并于2018年正式啟動(dòng)量產(chǎn)。 [!--empirenews.page--] 顯而易見，臺(tái)積電今年積極參與G450C，并大灑銀彈入股半導(dǎo)體設(shè)備大廠--艾司摩爾(ASML)，分頭從18吋晶圓制程標(biāo)準(zhǔn)、機(jī)臺(tái)研發(fā)方向著手，成效已逐漸浮現(xiàn)。王建光強(qiáng)調(diào)，除與國(guó)際大廠協(xié)商18吋晶圓發(fā)展共識(shí)外，臺(tái)積電也戮力拉攏臺(tái)灣半導(dǎo)體材料、設(shè)備、EDA與封測(cè)服務(wù)供應(yīng)商，開發(fā)一套獨(dú)特18吋晶圓制作模式，實(shí)現(xiàn)差異化布局。 王建光預(yù)估，2018年后，臺(tái)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(shí)降低晶圓制作過程中的水、電營(yíng)運(yùn)開支，進(jìn)一步強(qiáng)化臺(tái)積電的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。 事實(shí)上，即使全球經(jīng)濟(jì)狀況詭譎，但著眼于20奈米以下先進(jìn)制程與18吋晶圓的市場(chǎng)需求，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)資本支出仍將維持穩(wěn)定成長(zhǎng)。 據(jù)SEMI調(diào)查報(bào)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(hù)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(zhǎng)2 ~5%。預(yù)估2016年后，IDM、晶圓代工與封測(cè)業(yè)者大舉安裝18吋晶圓設(shè)備，并擴(kuò)建廠房后，總支出金額將攀上新高峰。 無庸置疑，隨著半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈資金涌入，與制造技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)陸續(xù)到位，18吋晶圓將于2018年放量的目標(biāo)已日益明確，可望為整個(gè)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)注入新的成長(zhǎng)動(dòng)能。
至于TEL則以提升18吋晶圓制造效率與降低成本為目標(biāo)，加緊研發(fā)開放性共通生產(chǎn)平臺(tái)。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(tái)將透過TEL標(biāo)準(zhǔn)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(jì)方式，正式量產(chǎn)后預(yù)估僅需1個(gè)月時(shí)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(rèn)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(cái)力雄厚的半導(dǎo)體大廠才能出線，站穩(wěn)市場(chǎng)一席之地。
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