18寸晶圓2018年量產(chǎn) 是否過度樂觀的目標

在9月初SemiconTaiwan舉辦的“450mm供應(yīng)鏈”研討會中，臺積電和G450C(全球450聯(lián)盟)明確揭示了18寸晶圓預(yù)計于2018年投入量產(chǎn)的發(fā)展時程。相對于臺積電的信心滿滿，包括TEL(東京威力科創(chuàng))、LamResearch、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)者所面臨的嚴峻開發(fā)成本與風(fēng)險挑戰(zhàn)。

G450C的18寸晶圓量產(chǎn)時程

G450C(Global450Consortium)是由英特爾、三星、臺積電、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)者的積極推動下，18寸晶圓的發(fā)展藍圖也越來越為明確。

臺積電派駐于G450C的林進祥博士表示，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展。G450C的目標是從今年起展開14奈米的技術(shù)展示，到2015~2016年進入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年都能完成試驗機臺的開發(fā)，但最重要的蝕刻技術(shù)，則預(yù)計要到2016年完成初步試驗機臺，2018年完成量產(chǎn)機臺開發(fā)。

目前，G450C是采用壓印(imprint)技術(shù)作為過渡時期的蝕刻方案，未來將朝193i(浸潤式193nm)與EUV發(fā)展。G450C的無塵室預(yù)定于2012年12月就緒，這將會是全球第一座18寸晶圓廠。

臺積電450mm計劃資深總監(jiān)游秋山博士則是提到了公司內(nèi)部對18寸晶圓設(shè)備設(shè)定的目標，希望與12寸設(shè)備相比，整體設(shè)備效率能于2018年達到1.1倍、2020年提升至1.8倍。此外，設(shè)備價格小于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。

這個數(shù)據(jù)一提出，當(dāng)場就有設(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？

這個問題，的確觸及到眾多設(shè)備制造商的痛處。回想當(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寸晶圓的龐大機臺投資，能否再和過去一樣帶來同樣的成本效益，實在令人懷疑。

此外，全球經(jīng)濟前景的不確定性，以及未來幾有少數(shù)幾家制造業(yè)者有能力買單，投資報酬率有限，種種因素，都讓設(shè)備業(yè)者對此議題顯得裹足不前，進退兩難。

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)機臺，450mm將會是一場災(zāi)難。而且，漫長的450mm市場成熟期會讓設(shè)備商的財務(wù)風(fēng)險增加。

LamResearch公司450mm計劃副總裁MarkFissel也以12寸晶圓移轉(zhuǎn)為例指出，從1995年試驗機臺首度完成開發(fā)，由于歷經(jīng)網(wǎng)路泡沫等經(jīng)濟因素，一直到2004年，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)整整花了9年的時間，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)，可能需要更長的時間才能成為主流，面對既有12寸晶圓先進制程持續(xù)投資與18寸晶圓開發(fā)的雙重壓力，設(shè)備業(yè)者若沒有強大的財務(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，合理的設(shè)備成本、顯著的生產(chǎn)力提升、全自動化無人生產(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，也曾面臨許多質(zhì)疑。但事實證明，透過多項的技術(shù)創(chuàng)新與突破，仍然克服了種種挑戰(zhàn)，因此他樂觀認為，18寸晶圓量產(chǎn)目標終將能夠成功。

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，完全不同的產(chǎn)業(yè)環(huán)境與需求。?口章九表示，即使幾家重量級制造商已經(jīng)訂出了量產(chǎn)時程目標，但高昂的進入成本，將是不利于創(chuàng)新的。

ASML的聯(lián)合開發(fā)計劃

盡管困難重重，但臺積電、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，并建立更高的競爭障礙，勢必得在朝18寸晶圓移轉(zhuǎn)的這項行動中奮力前進。

對此議題，應(yīng)用材料矽晶系統(tǒng)部門副總裁KirkHasserjian總結(jié)了順利移轉(zhuǎn)至18寸晶圓世代的六項關(guān)鍵因素，分別是：業(yè)界同步的移轉(zhuǎn)時程、蝕刻技術(shù)成熟度、成本分攤、協(xié)同合作、創(chuàng)新、以及供應(yīng)鏈的就緒。

成本分攤、合作創(chuàng)新在18寸晶圓世代將顯得重要。林進祥也鼓勵設(shè)備業(yè)者說，現(xiàn)在共同承擔(dān)風(fēng)險，未來終將能共同分享利益。

提到成本與風(fēng)險分攤，微影設(shè)備大廠ASML日前提出的聯(lián)合開發(fā)計劃便是一個極佳的范例。微影技術(shù)能否就緒，攸關(guān)18寸晶圓量產(chǎn)目標的實現(xiàn)，而ASML的動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)合投資計劃，在英特爾首先表態(tài)以41億美元收購ASML的15%股權(quán)后、臺積電和三星也分別跟進，各取得5%和3%的股權(quán)，將共同研發(fā)下一代微影技術(shù)。

臺積電、英特爾、三星是未來半導(dǎo)體制造的三大勢力，盡管彼此間的角力激烈，但從G450C的合作，到ASML的共同入主，卻又不得不共同分攤下一代18寸晶圓制造的龐大研發(fā)成本。它們之間的競合關(guān)系是未來半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的關(guān)注重點，也是18寸量產(chǎn)目標能否成真的重要關(guān)鍵。
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