在各式電子產(chǎn)品邁向低功耗及輕薄設(shè)計(jì)趨勢(shì)下，3D IC與28、20奈米等先進(jìn)制程的發(fā)展無疑成為今年臺(tái)灣國(guó)際半導(dǎo)體展會(huì)上最受矚目的焦點(diǎn)，包括晶圓代工廠、封測(cè)業(yè)者與半導(dǎo)體設(shè)備商均已積極展開投入，期加快3D IC與先進(jìn)制程的量產(chǎn)腳步，從而延伸摩爾定律。
在蘋果(Apple)帶動(dòng)智慧行動(dòng)聯(lián)網(wǎng)裝置熱潮的沖擊下，更加確立電子產(chǎn)品對(duì)于“輕薄”、“低功耗”能力的迫切需求。也因此，對(duì)下一代晶片設(shè)計(jì)而言，為免因主打微型設(shè)計(jì)而無法兼顧效能的情況，透過矽穿孔(TSV)技術(shù)將晶片堆疊成立體形式的三維晶片(3D IC)，已成為既節(jié)省占位空間又能不犧牲效能的必經(jīng)之路。

有鑒于此，2011年臺(tái)灣國(guó)際半導(dǎo)體展(SEMICON Taiwan)的核心議題即鎖定3D IC的進(jìn)展，包括相關(guān)的邏輯與記憶體晶片接合標(biāo)準(zhǔn)，以及晶圓代工和封裝廠針對(duì)矽穿孔技術(shù)展開的布局等。除此之外，較特別之處尚有各領(lǐng)域的大型論壇，將發(fā)光二極體(LED)、微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)、綠色制程材料及設(shè)備等熱門議題一并納入展出范疇，吸睛程度更甚以往。

此外，由于臺(tái)積電、全球晶圓(GlobalFoundries)及三星(Samsung)在28奈米制程的角逐愈趨白熱化，明年將相繼啟動(dòng)量產(chǎn)，也激勵(lì)半導(dǎo)體設(shè)備業(yè)者積極卡位28奈米制程設(shè)備商機(jī)，并藉SEMICON展出各種設(shè)備，亦成為會(huì)中一大亮點(diǎn)。

來自設(shè)備、材料、晶圓制造、封裝測(cè)試與整合元件制造等領(lǐng)域的重量級(jí)業(yè)者齊聚一堂，分別針對(duì)產(chǎn)業(yè)趨勢(shì)發(fā)表看法。

刺激半導(dǎo)體景氣SEMICON聚焦四大亮點(diǎn)

SEMICON Taiwan 2011于9月7日開展，透過聚焦3D IC、MEMS、LED與綠色制程等四大熱門議題，期為臺(tái)灣半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)勾勒未來發(fā)展藍(lán)圖并注入新的成長(zhǎng)動(dòng)能。

圖1 SEMI臺(tái)灣暨東南亞區(qū)總裁曹世綸表示，今年SEMICON Taiwan展覽攤位已增加至一千兩百個(gè)，報(bào)名參展人數(shù)達(dá)兩萬三千人更較去年大幅提升34%。
國(guó)際半導(dǎo)體設(shè)備材料產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)(SEMI)臺(tái)灣暨東南亞區(qū)總裁曹世綸(圖1)鑒于3D IC、MEMS、LED及綠色制程的議題熱燒，SEMICON Taiwan 2011特別針對(duì)此四大技術(shù)開辟專屬論壇，并邀來代表性大廠出任講師。包括主講3D IC技術(shù)、封裝與測(cè)試的臺(tái)積電、日月光和京元電子，以及專攻MEMS的意法半導(dǎo)體(ST)；另外，晶元光電、友達(dá)等廠商則分別針對(duì)LED及綠色制程發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行演講，為期三天的展覽共計(jì)會(huì)有三十二場(chǎng)免費(fèi)技術(shù)論壇帶來絕佳觀點(diǎn)。

曹世綸強(qiáng)調(diào)，縱使今年下半年全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)因去化庫存，致使整體買氣低迷，但明年即可望恢復(fù)正常的供需狀態(tài)；加上3D IC如火如荼的進(jìn)展，MEMS從工業(yè)、汽車、醫(yī)療蔓延到消費(fèi)型電子領(lǐng)域，以及LED加速取代傳統(tǒng)照明等諸多商機(jī)正醞釀成形，勢(shì)將為臺(tái)灣半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)挹注更多營(yíng)收。

意法半導(dǎo)體臺(tái)灣分公司總經(jīng)理暨大中華與南亞區(qū)工業(yè)產(chǎn)品事業(yè)部副總裁Giuseppe Izzo補(bǔ)充說明，受到蘋果iPad與Android平板電腦的需求加持，MEMS元件今年在消費(fèi)性電子應(yīng)用市場(chǎng)規(guī)模可望成長(zhǎng)37%，創(chuàng)下新高。加上車用、醫(yī)療及工業(yè)市場(chǎng)對(duì)MEMS元件的需求也持續(xù)攀升，未來MEMS市場(chǎng)的發(fā)展仍備受期待。

此外，隨著全球具領(lǐng)導(dǎo)地位的半導(dǎo)體、面板和LED大廠皆不約而同傾向在制造源頭即導(dǎo)入綠色設(shè)計(jì)概念(Design for Green Manufacturing)。因此，全球化學(xué)材料供應(yīng)商先進(jìn)科材(ATMI)亦關(guān)注到此一需求而首度參展，揭露該公司在綠色材料上的解決方案，協(xié)助業(yè)界掌握綠色制程后續(xù)推動(dòng)的關(guān)鍵。

ATMI執(zhí)行副總裁暨全球微電子事業(yè)部總經(jīng)理Tod Higinbotham認(rèn)為，客戶與產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同合作，開誠(chéng)布公的分享資訊并訂出明確的節(jié)能目標(biāo)，才是發(fā)展半導(dǎo)體綠色永續(xù)解決方案的關(guān)鍵所在。為此，ATMI將綠色化學(xué)十二準(zhǔn)則及綠色工程十二準(zhǔn)則納入研發(fā)過程，將為客戶開發(fā)新世代綠色制程帶來全面性的助益。

行動(dòng)裝置熱潮來襲半導(dǎo)體設(shè)備/材料需求勁揚(yáng)

盡管受到歐債、美元貶值與日本311強(qiáng)震的影響，讓今年全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)景氣能見度雖撲朔迷離，但在設(shè)備及材料方面仍有不錯(cuò)的成長(zhǎng)表現(xiàn)。SEMI產(chǎn)業(yè)研究資深經(jīng)理曾瑞榆指出，全球半導(dǎo)體設(shè)備市場(chǎng)今年仍將有12%的成長(zhǎng)，規(guī)模并可沖到443億美元的史上高點(diǎn)，而2012年仍可維持在430～440億美元之間，市場(chǎng)熱度不減。此外，半導(dǎo)體材料方面，今明兩年也將分別達(dá)到460億及476億美元，可見在行動(dòng)聯(lián)網(wǎng)裝置掀起一波熱潮之下，材料需求力道依然強(qiáng)勁。

曾瑞榆進(jìn)一步分析，今年上半年全球半導(dǎo)體設(shè)備出貨金額達(dá)240億美元，臺(tái)灣所占比重高達(dá)24%；而目前來看，2011與2012年全球設(shè)備及材料市場(chǎng)前景明朗，臺(tái)灣在今明兩年的半導(dǎo)體材料支出均將超過100億美元，明年更可望一舉超越日本，成為全球最大的材料消費(fèi)市場(chǎng)。因此，盡早展開3D IC、MEMS、LED及綠色制程的技術(shù)布局，將是推升往后臺(tái)灣半導(dǎo)體發(fā)展的重要一步。

加速量產(chǎn)3D IC接合標(biāo)準(zhǔn)年底通關(guān)

半導(dǎo)體業(yè)者嗅到3D IC導(dǎo)入行動(dòng)裝置的商機(jī)，紛紛投入技術(shù)研發(fā)；然而，要加速量產(chǎn)時(shí)程，制定邏輯與記憶體IC接合標(biāo)準(zhǔn)已成首要關(guān)鍵。因此，全球十八家晶片商正透過聯(lián)合電子裝置工程協(xié)會(huì)(JEDEC)組織委員會(huì)研擬標(biāo)準(zhǔn)，其中，日月光也投身該組織卡位3D IC封裝商機(jī)，在眾家大廠戮力推動(dòng)下，該標(biāo)準(zhǔn)預(yù)計(jì)于年底定案，將協(xié)助3D IC邁開量產(chǎn)腳步。

圖2 日月光集團(tuán)總經(jīng)理暨研發(fā)長(zhǎng)唐和明指出，3D IC猶如晶片大樓，如何在既有地基向上搭建與接合仍具挑戰(zhàn)，故供應(yīng)鏈須通力合作，才能確保各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)順?biāo)鞜o誤。
日月光集團(tuán)總經(jīng)理暨研發(fā)長(zhǎng)唐和明(圖2)表示，將處理器、邏輯與記憶體等異質(zhì)晶片以立體堆疊形式做結(jié)合的3D IC，具有整合度高的優(yōu)勢(shì)，可大幅推升運(yùn)算效能，并降低耗電量及印刷電路板(PCB)占位空間，因而成為產(chǎn)業(yè)競(jìng)相布局的新市場(chǎng)。然而，其設(shè)計(jì)復(fù)雜度卻遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)晶片，無論是技術(shù)及成本的挑戰(zhàn)皆多如繁星；其中，最大的問題在于如何接合不同類型的晶片，以及晶圓磨薄后如何精確穿孔和對(duì)位，方能打造出有效運(yùn)作的立體堆疊晶片。

著眼于異質(zhì)晶片接合標(biāo)準(zhǔn)對(duì)推動(dòng)3D IC的重要性，唐和明透露，目前包括英特爾(Intel)、高通(Qualcomm)、博通(Broadcom)、三星及爾必達(dá)(Elpida)等全球十八家晶片大廠，以及掌握晶片最后一道封裝關(guān)卡的日月光已組成JEDEC JC 11.2標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)，快馬加鞭的推動(dòng)邏輯與記憶體晶片接合的介面標(biāo)準(zhǔn)--Wide I/O Memory Bus，并可望于年底塵埃落定。如此一來，除能透過標(biāo)準(zhǔn)的依循與協(xié)助，加快廠商開發(fā)時(shí)程，促使3D IC盡早展開量產(chǎn)之外，并可進(jìn)一步以量制價(jià)，一并解決目前3D IC生產(chǎn)成本居高不下的問題。[!--empirenews.page--]

另一方面，近期半導(dǎo)體供應(yīng)鏈加碼投資3D IC開發(fā)的現(xiàn)象日益顯著，包括臺(tái)積電、京元電子等晶圓及封測(cè)廠均加入競(jìng)逐行列，且研發(fā)費(fèi)用較2010年明顯增加，對(duì)催生3D IC產(chǎn)品亦有推波助瀾之效。唐和明指出，樂觀來看，3D IC可望于2013年開始大量生產(chǎn)，應(yīng)可視為3D IC的量產(chǎn)元年；不僅如此，若Wide I/O Memory Bus標(biāo)準(zhǔn)在年底順利過關(guān)，量產(chǎn)時(shí)間更可望提早至2012年底。屆時(shí)，可預(yù)見行動(dòng)裝置將掀起一波兼顧高效能與超輕薄外型的產(chǎn)品革命。

雖然3D IC現(xiàn)仍處于試產(chǎn)階段，且并未導(dǎo)入實(shí)體產(chǎn)品設(shè)計(jì)，不過，其以矽穿孔技術(shù)將各種晶片疊合在一起，達(dá)成高效能而低耗電的整體表現(xiàn)，已讓新一代的行動(dòng)裝置紛紛聚焦此種晶片做為設(shè)計(jì)腹案。唐和明分析，“輕薄短小”已成行動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)圭臬，讓工程師對(duì)晶片占位空間與低功耗要求錙銖必較，促使以立體堆疊形式的3D IC漸成未來晶片主流。特別是今年各大市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)頻頻上修平板電腦及智慧型手機(jī)的預(yù)估出貨量，在此一市場(chǎng)需求推助下，產(chǎn)品設(shè)計(jì)將持續(xù)朝向輕薄化邁進(jìn)，而要達(dá)到此一要求，3D IC將是不可或缺的要素。

除可滿足行動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)需求外，高效能、低耗電，占位空間更小的3D IC亦可加速更新穎、劃時(shí)代的電子產(chǎn)品問世。唐和明強(qiáng)調(diào)，未來5～10年，云端運(yùn)算及物聯(lián)網(wǎng)(IoT)的時(shí)代將全面來臨，屆時(shí)，隨時(shí)、隨地，甚至隨“物”均須具備聯(lián)網(wǎng)能力。如此一來，無論是車用、醫(yī)療與生活電子皆須是聯(lián)網(wǎng)、輕便可攜且長(zhǎng)時(shí)間待機(jī)等三種特性兼具的產(chǎn)品，若采用傳統(tǒng)形式的晶片勢(shì)難達(dá)成此一目標(biāo)，也因此，3D IC將是引領(lǐng)電子產(chǎn)品邁向未來的關(guān)鍵。

先進(jìn)制程慢熱臺(tái)積電轉(zhuǎn)攻3D IC

20和14奈米先進(jìn)制程的極紫外光微影(EUV)制程與多重電子束(MEB)無光罩微影技術(shù)尚未完備，且生產(chǎn)成本仍大幅超出市場(chǎng)預(yù)期，量產(chǎn)時(shí)程延緩將在所難免。因此，在先進(jìn)制程技術(shù)面臨關(guān)卡之際，臺(tái)積電積極鎖定3D IC商機(jī)，并展開關(guān)鍵的矽穿孔技術(shù)布局，以進(jìn)一步擴(kuò)大晶圓代工范疇與獲利來源。

臺(tái)積電研發(fā)副總經(jīng)理林本堅(jiān)表示，臺(tái)積電一直戮力推升制程技術(shù)來維持摩爾定律的步調(diào)，目前28奈米采用的光微影制程已可在每個(gè)關(guān)鍵層上進(jìn)行多重曝光(Multiple Patterning)，進(jìn)而降低成本及提高設(shè)計(jì)彈性。然而，就臺(tái)積電原先規(guī)畫每2年即走入下一代制程的腳步而言，28奈米要在2011年邁開量產(chǎn)步伐已有所延宕。主因在于全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)在下半年陷入一團(tuán)景氣迷霧，廠商投片意愿趨向保守，故預(yù)計(jì)28奈米在今年第四季僅可小幅試產(chǎn)，待明年初高通、Altera、賽靈思(Xilinx)及NVIDIA訂單陸續(xù)到位后才能進(jìn)入量產(chǎn)。

林本堅(jiān)也透露，針對(duì)20和14奈米先進(jìn)制程應(yīng)用的EUV及MEB工具估計(jì)在2012～2013年方能完備，目前20奈米晶圓試產(chǎn)仍須透過多重曝光技術(shù)，致使成本加劇且效率減半，在2013年步入量產(chǎn)的進(jìn)度明顯落后。再加上14奈米晶圓將以EUV或MEB技術(shù)產(chǎn)出仍未做出最終決定，而試產(chǎn)結(jié)果每小時(shí)曝光量更低于一百片的期望值約十分之一，成本遠(yuǎn)高于市場(chǎng)可接受度，故原訂于2015年啟動(dòng)量產(chǎn)的計(jì)劃亦難以達(dá)成。

在先進(jìn)制程導(dǎo)入速度不如預(yù)期之下，臺(tái)積電已瞄準(zhǔn)3D IC蓄勢(shì)待發(fā)的商機(jī)積極搶攻，期藉晶圓廠的整合能力將觸角伸及封裝領(lǐng)域，并在先進(jìn)制程尚未到位之際，利用3D立體堆疊設(shè)計(jì)來延續(xù)摩爾定律。

圖3 臺(tái)積電先進(jìn)模組技術(shù)發(fā)展資深處長(zhǎng)余振華談及，未來3D IC的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)包括矽穿孔制程、薄晶圓處理與提升已知良裸晶的比率，要進(jìn)入量產(chǎn)仍有一段長(zhǎng)遠(yuǎn)的路要走。
臺(tái)積電先進(jìn)模組技術(shù)發(fā)展資深處長(zhǎng)余振華(圖3)指出，行動(dòng)裝置輕薄短小的設(shè)計(jì)風(fēng)潮，已帶動(dòng)晶片架構(gòu)的典范轉(zhuǎn)移，逐步朝System Scaling的立體堆疊形式發(fā)展，以提高效能并縮減占位空間；而臺(tái)積電正積極發(fā)展3D IC架構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)--矽穿孔(TSV)，并結(jié)合現(xiàn)有的晶圓級(jí)封裝(WLP)與堆疊式封裝(PoP)打造完整的3D IC流程解決方案，進(jìn)一步瞄準(zhǔn)未來行動(dòng)裝置及云端設(shè)備對(duì)3D IC的殷切需求，搶先卡位市場(chǎng)商機(jī)。

值得一提的是，關(guān)于3D IC的生產(chǎn)流程須在前端晶圓代工制程進(jìn)行穿孔，亦或在后端封裝廠才執(zhí)行，仍處在激烈的唇槍舌戰(zhàn)中。

余振華認(rèn)為，在晶圓代工階段即導(dǎo)入矽穿孔制程，對(duì)晶片業(yè)者來說較具競(jìng)爭(zhēng)力，因?yàn)榫A廠對(duì)整個(gè)晶片設(shè)計(jì)的掌握度較佳且新投入設(shè)備成本較少，能快速完成IC與銅線的立體疊合，藉以滿足客戶控管生產(chǎn)成本及加快產(chǎn)品上市時(shí)程的考量。此外，晶片走入更先進(jìn)制程后，更薄、更小的體積也將拉高矽穿孔的技術(shù)門檻，屆時(shí)，封裝廠勢(shì)必要投入更多設(shè)備，加諸大量成本于產(chǎn)出流程中，將與客戶的成本考量背道而馳。

囿于臺(tái)積電積極拓展業(yè)務(wù)范疇，亦已引起封裝廠對(duì)其踩進(jìn)地盤的疑慮，一場(chǎng)3D IC的競(jìng)賽醞釀開打。唐和明也強(qiáng)調(diào)，3D IC雖被視為未來晶片發(fā)展趨勢(shì)，但目前整個(gè)供應(yīng)鏈尚未明朗，預(yù)期要到2013年才望導(dǎo)入量產(chǎn)，因此現(xiàn)在討論封裝形式言猶過早。況且3D IC的全新架構(gòu)帶來極大改變，并非僅著眼于前端或后端制程執(zhí)行矽穿孔，關(guān)鍵在于晶圓代工廠、整合元件制造商(IDM)及封裝廠如何創(chuàng)造新的垂直合作關(guān)系，簡(jiǎn)而言之，人人皆可望分一杯羹。

插旗28奈米版圖高效率晶圓封裝機(jī)臺(tái)搶市

另值得注意的是，隨著臺(tái)積電28奈米訂單明年將陸續(xù)到位，且全球晶圓及三星也決定針對(duì)28奈米高介電金屬閘極(HKMG)制程進(jìn)行合作，并瞄準(zhǔn)此一市場(chǎng)需求攜手大擴(kuò)產(chǎn)能。有鑒于此，晶圓封裝設(shè)備商正緊鑼密鼓的部署兼顧更低制造成本、更快生產(chǎn)速度及更高產(chǎn)能的高生產(chǎn)效率機(jī)臺(tái)，以卡位28奈米制程設(shè)備商機(jī)。

圖4 歐瑞康執(zhí)行長(zhǎng)Andreas R. Dill強(qiáng)調(diào)，太陽能與LED后勢(shì)看俏，將為激勵(lì)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)持續(xù)成長(zhǎng)的主要?jiǎng)幽?，歐瑞康相關(guān)的解決方案已然到位。
歐瑞康(Oerlikon)執(zhí)行長(zhǎng)Andreas R. Dill(圖4)表示，智慧型手機(jī)、平板裝置等終端產(chǎn)品價(jià)格直直落，將加速晶圓代工廠與封裝廠導(dǎo)入28奈米制程，以符合消費(fèi)性電子、個(gè)人電腦(PC)等終端裝置對(duì)于低成本的關(guān)鍵半導(dǎo)體元件要求。

歐瑞康副總裁Albert Koller指出，半導(dǎo)體制程邁入28奈米之后，除將導(dǎo)致污染，以及制程中產(chǎn)生的化學(xué)分子落在晶圓的弊病更難消弭之外，客戶更在乎的是晶圓封裝機(jī)臺(tái)的生產(chǎn)效率，以達(dá)成降低生產(chǎn)成本、加快生產(chǎn)速度與提高產(chǎn)能目標(biāo)。為爭(zhēng)取28奈米晶圓封裝廠的青睞，繼CLUSTERLINE機(jī)臺(tái)之后，歐瑞康將于10月于臺(tái)灣引進(jìn)全球首臺(tái)標(biāo)榜較前一代CLUSTERLINE機(jī)臺(tái)更低生產(chǎn)成本，且生產(chǎn)速度和產(chǎn)能高兩倍的新機(jī)種Hexagon，主要供應(yīng)給國(guó)內(nèi)晶圓封裝廠日月光。[!--empirenews.page--]

Hexagon主要系全新的轉(zhuǎn)盤式平臺(tái)設(shè)計(jì)，一次可同時(shí)進(jìn)行多片晶圓鍍膜的作業(yè)，且轉(zhuǎn)盤式的設(shè)計(jì)降低晶圓在過程中拿取及放置可能造成的破片率。傳送晶圓的時(shí)間也較原先縮短約三分之二，同時(shí)抽氣效率提升之下，依照鍍膜不同的需求，每小時(shí)可處理的晶圓數(shù)量倍增。

Koller強(qiáng)調(diào)，Hexagon將制程反應(yīng)室(Process Chamber)改為內(nèi)嵌式，面積僅有240公分×360公分，總體積比CLUSTERLINE減少50%，由于無塵室空間成本高昂，對(duì)于晶圓封裝廠而言，可在有限的空間內(nèi)進(jìn)行更有彈性的運(yùn)用，且亦可藉此降低生產(chǎn)成本。此外，針對(duì)制程反應(yīng)室開啟模式，歐瑞康亦其由手動(dòng)改為電動(dòng)式，減少維修時(shí)所耗費(fèi)的人力，相對(duì)提高安全性。

隨著日月光、矽品、艾克爾(Amkor)及新科金朋(STATS-ChipPAC)等封裝大廠競(jìng)相導(dǎo)入28奈米制程，勢(shì)必墊高進(jìn)入門檻，已難有新進(jìn)者進(jìn)駐市場(chǎng)，Dill認(rèn)為，觀察到28奈米技術(shù)挑戰(zhàn)加劇，市場(chǎng)不會(huì)再有后進(jìn)者加入，預(yù)期在微處理器之后，更多消費(fèi)性電子產(chǎn)品的關(guān)鍵半導(dǎo)體元件亦將逐漸導(dǎo)入28奈米制程。有鑒于此，2012年28奈米的市場(chǎng)滲透率將會(huì)顯著攀升，而歐瑞康將持續(xù)提供更符合客戶需求的機(jī)臺(tái)，以掌握既有的主要客戶群。

盡管現(xiàn)階段半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)景氣低迷，不過，Dill表示，長(zhǎng)遠(yuǎn)觀之，晶圓封裝市場(chǎng)產(chǎn)值的衰退幅度較小，尤其在邁入28奈米制程后，過去傳統(tǒng)打線的制程將逐漸由晶圓級(jí)封裝取代，將促使晶圓級(jí)封裝需求上揚(yáng)，為歐瑞康有利的市場(chǎng)機(jī)會(huì)點(diǎn)。