18寸晶圓之路漸行漸遠(yuǎn) 三大半導(dǎo)體廠態(tài)度迥異

　　在短短幾年前還在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)界被熱烈討論的18寸（450mm）晶圓，似乎失去了背后的推動(dòng)力，至少在目前看來(lái)如此?！?8寸晶圓議題可能會(huì)繼續(xù)沉寂5~10年；”市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)VLSI Research的執(zhí)行長(zhǎng)暨資深半導(dǎo)體設(shè)備分析師G. Dan Hutcheson表示：“也許它會(huì)起死回生，端看半導(dǎo)體設(shè)備業(yè)者是否會(huì)達(dá)成共識(shí)。”

　　一個(gè)參與者包括英特爾（Intel）、臺(tái)積電（TSMC）、Globalfoundries、IBM、三星（Samsung）以及美國(guó)紐約州立大學(xué)理工學(xué)院（SUNY Polytechnic Institute）的研發(fā)專案Global 450 Consortium （G450C），已經(jīng)在去年底悄悄地逐漸停止運(yùn)作，成員廠商的結(jié)論是目前的時(shí)機(jī)不適合邁入可選擇的第二階段計(jì)劃。

　　“所有的伙伴們都贊同，這并不是一個(gè)適合持續(xù)專注于18寸技術(shù)的時(shí)機(jī)；”紐約州立大學(xué)理工學(xué)院的聯(lián)盟與專案計(jì)劃助理副總裁Paul Kelly接受EE Times采訪時(shí)表示：“但是大家都說(shuō)G450C專案本身仍然是成功了?！?/p>

　　在最近于美國(guó)舉行的SEMI年度產(chǎn)業(yè)策略高峰會(huì)（Industry Strategy Symposium）上，幾乎沒(méi)人提起18寸晶圓；但不過(guò)在幾年前，包括G450C成員在內(nèi)的主要芯片廠商都積極推動(dòng)18寸晶圓設(shè)備能最快在2018年就能于晶圓廠裝機(jī)。

　　但Hutcheson指出，18寸晶圓面臨的最大障礙就來(lái)自于芯片設(shè)備業(yè)者，他們到目前為止仍對(duì)2000年初產(chǎn)業(yè)界轉(zhuǎn)移至12寸晶圓時(shí)經(jīng)歷的艱辛記憶猶新；他表示，此時(shí)若推動(dòng)更大尺寸晶圓、大量減少產(chǎn)業(yè)界的單位需求量，會(huì)讓設(shè)備業(yè)者的生意受損：“設(shè)備業(yè)者就是不想要再經(jīng)歷一次轉(zhuǎn)換至12寸晶圓時(shí)的痛苦?！?/p>

　　Hutcheson表示，產(chǎn)業(yè)界一開(kāi)始推動(dòng)18寸晶圓，是因?yàn)橄嘈女?dāng)半導(dǎo)體業(yè)者再也無(wú)法跟上摩爾定律（Moore‘s Law），會(huì)要一種替代方案來(lái)提升銷售額；但顯然摩爾定律還沒(méi)走到盡頭：“目前的狀況是制程微縮反而讓芯片市場(chǎng)成長(zhǎng)趨緩?！?/p>

　　過(guò)去幾年，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)界成長(zhǎng)腳步停滯，不需要像以前那樣大量擴(kuò)充產(chǎn)能；沒(méi)有了對(duì)更大尺寸晶圓的充分需求，興建18寸晶圓廠意味著芯片業(yè)者得先讓12寸晶圓廠除役：“18寸技術(shù)陷入僵局的原因是，那是一個(gè)仍然距離太遙遠(yuǎn)的世代。”

　　半導(dǎo)體設(shè)備大廠應(yīng)材（Applied Materials）的一位發(fā)言人表示，該公司已經(jīng)暫緩18寸晶圓計(jì)劃，因?yàn)檫^(guò)去幾年產(chǎn)業(yè)界對(duì)該技術(shù)的興趣逐漸消退：“我們轉(zhuǎn)而專注于利用新一代材料與元件架構(gòu)，協(xié)助我們的客戶推動(dòng)創(chuàng)新；我們將持續(xù)觀察18寸技術(shù)的進(jìn)展，以及該如何給予我們的客戶最好的支援?！?/p>

　　紐約州立大學(xué)理工學(xué)院的Kelly強(qiáng)調(diào)，G450C專案的宗旨就是以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度判斷轉(zhuǎn)移18寸晶圓是否在技術(shù)上可行；在這方面，他認(rèn)為G450C徹底成功：“所有的成員都感到滿意，他們能在必要的時(shí)候轉(zhuǎn)移至18寸技術(shù)。”

　　Kelly指出，除了證明18寸晶圓技術(shù)是可行的，G450C聯(lián)盟成員也達(dá)成了其他有價(jià)值的進(jìn)展，包括建立了無(wú)凹槽（notchless）晶圓片標(biāo)準(zhǔn)；而該聯(lián)盟成員終究還是認(rèn)為，目前的時(shí)機(jī)不適合將G450C推進(jìn)第二階段：“成員們決定，將會(huì)在感覺(jué)必要的時(shí)候重新啟動(dòng)相關(guān)工作?！?/p>

　　全球12寸晶圓產(chǎn)線續(xù)增 18寸晶圓之路漸行漸遠(yuǎn)

　　由于12寸晶圓持續(xù)擴(kuò)大應(yīng)用至非存儲(chǔ)器領(lǐng)域，使得全球12寸晶圓生產(chǎn)線持續(xù)增加，據(jù)報(bào)道，2016年已接近100條產(chǎn)線，較5年前增加約20條產(chǎn)線，且預(yù)計(jì)未來(lái)4年將再增加近20條產(chǎn)線，相較之下，18寸晶圓商用化時(shí)程則會(huì)再往后延緩，業(yè)界預(yù)期2020年之前將不會(huì)有采用18寸晶圓進(jìn)行大量生產(chǎn)的產(chǎn)線。

　　12寸晶圓除應(yīng)用在DRAM和NANDFlash等需要大量生產(chǎn)的存儲(chǔ)器芯片，亦持續(xù)擴(kuò)大使用在非存儲(chǔ)器產(chǎn)品，包括電源管理芯片、影像感測(cè)器等，甚至用來(lái)制造邏輯芯片、微型元件IC等，且為因應(yīng)市場(chǎng)需求，將芯片產(chǎn)量最大化，半導(dǎo)體廠在12寸晶圓產(chǎn)線上，紛采用尖端技術(shù)促進(jìn)制程微細(xì)化，并改變材料。

　　根據(jù)南韓ETNEWS引用ICInsights資料指出，12寸晶圓產(chǎn)線從2010年約73條，在2014年增至87條，2015年共有93條產(chǎn)線使用12寸晶圓2016年接近100條12寸晶圓廠，尤其是中國(guó)的入局，讓12寸晶圓廠大增。預(yù)期2019年將增加到110條。若以晶圓尺寸對(duì)應(yīng)生產(chǎn)量的市占率來(lái)看，全球12寸晶圓市場(chǎng)比重在2014年突破6成之后，呈現(xiàn)逐年走揚(yáng)趨勢(shì)，2015年比重逾62%，估計(jì)2019年將逼近65%。

　　至于次世代18寸晶圓雖可減少單位芯片生產(chǎn)成本，然引進(jìn)時(shí)程持續(xù)減速，目前僅有少數(shù)產(chǎn)線采用18寸晶圓進(jìn)行實(shí)驗(yàn)性生產(chǎn)，業(yè)者預(yù)期2020年之前將不會(huì)有采用18寸晶圓進(jìn)行大量生產(chǎn)的產(chǎn)線。

　　半導(dǎo)體業(yè)者認(rèn)為，18寸晶圓引進(jìn)時(shí)程趨緩，主要系因初期需要大規(guī)模投資，由于晶圓尺寸改變，相關(guān)設(shè)備必須配合變動(dòng)，不僅需要建設(shè)新工廠，設(shè)備亦需要更換，對(duì)半導(dǎo)體和設(shè)備廠來(lái)說(shuō)負(fù)擔(dān)不小，目前半導(dǎo)體業(yè)者大多轉(zhuǎn)向活用現(xiàn)有設(shè)備，朝微細(xì)化制程方向進(jìn)行投資。

　　半導(dǎo)體業(yè)者指出，18寸晶圓計(jì)劃很早就喊卡，因?yàn)橛心芰M(jìn)入18寸晶圓世代的廠商太少，只剩下臺(tái)積電、三星電子（SamsungElectronics）和英特爾（Intel），盡管晶圓廠鼓勵(lì)設(shè)備廠投入18寸晶圓技術(shù)研發(fā)，然設(shè)備廠完全看不到投資報(bào)酬率，一旦計(jì)劃失敗恐導(dǎo)致?tīng)I(yíng)運(yùn)困頓，使得各家設(shè)備大廠紛踩煞車。

　　三大半導(dǎo)體廠態(tài)度迥異

　　據(jù)digitimes報(bào)道，全球18寸晶圓（450mm）世代時(shí)程至少將延至2018年，甚至傳出英特爾（Intel）減速研發(fā)時(shí)程，微影設(shè)備機(jī)臺(tái)大廠ASML亦傳出停止新世代18寸晶圓機(jī)臺(tái)開(kāi)發(fā)，目前最心急18寸晶圓世代來(lái)臨的應(yīng)是三星電子（Samsung Electronics），因?yàn)槠渲塾?8寸晶圓廠配合10納米以下制程技術(shù)，將可驅(qū)動(dòng)固態(tài)硬盤（SSD）大量取代傳統(tǒng)硬盤市場(chǎng)。

　　半導(dǎo)體業(yè)者指出，18寸晶圓世代是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)一定要驅(qū)動(dòng)的方向，但當(dāng)中面臨的技術(shù)障礙比預(yù)期高，可能導(dǎo)致量產(chǎn)時(shí)程延后，目前全球有能力進(jìn)入18寸晶圓世代的半導(dǎo)體廠，分別是臺(tái)積電、英特爾及三星，而GlobalFoundries因?yàn)榧尤肴顷嚑I(yíng)，后續(xù)動(dòng)態(tài)仍需觀察，但三大半導(dǎo)體廠對(duì)于18寸晶圓世代的急迫性，顯然有不同看法。

　　半導(dǎo)體業(yè)者表示，過(guò)去英特爾主導(dǎo)PC時(shí)代，在8寸和12寸晶圓世代研發(fā)總是沖鋒搶第一，但因?yàn)橛⑻貭枦](méi)有趕上移動(dòng)通訊大爆發(fā)世代，在18寸晶圓擴(kuò)產(chǎn)腳步可能不會(huì)這么急迫，與過(guò)去態(tài)度迥異。

　　目前對(duì)于推展18寸晶圓最為急迫的應(yīng)該是三星，由于其是DRAM和NAND Flash芯片霸主，存儲(chǔ)器芯片是標(biāo)準(zhǔn)型大量產(chǎn)品，對(duì)于成本結(jié)構(gòu)敏感度極高，轉(zhuǎn)進(jìn)18寸晶圓廠生產(chǎn)具有成本快速降低效應(yīng)。另外，SSD需求再度翻紅，且最大應(yīng)用商機(jī)將不再是個(gè)人儲(chǔ)存領(lǐng)域，而是云端儲(chǔ)存、大型資料中心需要的伺服器應(yīng)用，這亦讓三星更急于推展18寸晶圓。

　　半導(dǎo)體業(yè)者認(rèn)為，像是在SSD應(yīng)用上，半導(dǎo)體廠若能驅(qū)動(dòng)到18寸晶圓，配合10納米以下制程技術(shù)生產(chǎn)NAND Flash芯片，將可大幅降低SSD成本結(jié)構(gòu)，甚至可大幅取代傳統(tǒng)硬盤，讓SSD生產(chǎn)極具成本效益，因此三星將是最積極推動(dòng)18寸晶圓世代的半導(dǎo)體廠。

　　至于臺(tái)積電在28、20納米制程成功搶攻市占率后，未來(lái)在16、10及7納米制程藍(lán)圖都已擘劃完成。半導(dǎo)體業(yè)者透露，18寸晶圓發(fā)展亦在臺(tái)積電的藍(lán)圖中，但會(huì)更謹(jǐn)慎擘劃，目前10納米制程的試產(chǎn)線還沒(méi)用到極紫外線（EUV）機(jī)臺(tái)，預(yù)計(jì)仍是以多重曝光微影設(shè)備方式來(lái)作制程微縮。

　　業(yè)界預(yù)期18寸晶圓世代來(lái)臨至少要到2018年左右，甚至有半導(dǎo)體廠喊出要到2020年，由于技術(shù)障礙高，能否獲得臺(tái)積電、英特爾和三星采用都是問(wèn)題，至于設(shè)備業(yè)者投入龐大研發(fā)成本是否能夠回收，亦將是一大問(wèn)題。

　　半導(dǎo)體業(yè)者指出，半導(dǎo)體廠要降低生產(chǎn)成本可透過(guò)制程微縮或增加晶圓尺寸，由于制程微縮已見(jiàn)瓶頸，尤其10納米以下難度大增，目前似乎只有增加晶圓尺寸來(lái)擴(kuò)大產(chǎn)出，進(jìn)而降低成本，盡管從12寸轉(zhuǎn)至18寸晶圓面積可多出1.25倍，但因?yàn)橥度胙邪l(fā)和蓋廠費(fèi)用飆升，估計(jì)一座12寸廠成本約25億美元，但18寸廠要100億美元起跳，讓廠商躊躇不前。

　　360°：Global 450 Consortium

　　全球18寸晶圓（450mm）開(kāi)發(fā)主要是由Global 450 Consortium（G450C）組織主導(dǎo)，這是由全球五大半導(dǎo)體廠臺(tái)積電、英特爾（Intel）、三星電子（Samsung Electronics）、IBM和Global Foundries在2011年成立的組織。

　　G450C的成立宗旨在于協(xié)調(diào)半導(dǎo)體廠和機(jī)臺(tái)設(shè)備業(yè)者對(duì)18寸晶圓世代技術(shù)開(kāi)發(fā)的不同意見(jiàn)。 18寸晶圓的技術(shù)障礙高是一大問(wèn)題，但未來(lái)半導(dǎo)體客戶過(guò)度集中，設(shè)備廠開(kāi)發(fā)成本高，但未必能有足夠回收，卻是更嚴(yán)重的問(wèn)題，因?yàn)檫@將導(dǎo)致設(shè)備廠投資上的疑慮，進(jìn)而拖延半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)進(jìn)入18寸晶圓世代的時(shí)程。為了讓半導(dǎo)體廠與設(shè)備業(yè)者能更緊密合作，因此才成立了G450C。

　　半導(dǎo)體大廠除了組成產(chǎn)業(yè)組織外，為了加速設(shè)備研發(fā)的腳步，個(gè)別廠商也曾有對(duì)設(shè)備廠進(jìn)行策略性投資的例子，如英特爾曾宣布投資41億美元，入股最關(guān)鍵的微影設(shè)備大廠ASML ，第一階段的研發(fā)重點(diǎn)是450mm Lithography技術(shù)，將分5年投入6.8億美元，加上普通股投資約21億美元取得10%股權(quán)，而第二階段則是EUV Lithography技術(shù)開(kāi)發(fā)，同樣也分為5年，約投入10.2億美元做技術(shù)研發(fā)，另外投資10億美元取得5%股權(quán)。

　　臺(tái)積電、三星電子對(duì)ASML也有類似的策略性投資。