不再只闻楼梯响18吋晶圆量产时程表出炉
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18吋晶圆阶段性发展计画大公开。2012年台湾国际半导体展(SEMICON Taiwan)中，18吋晶圆技术、设备与标准进展无疑是最受瞩目的焦点，包括全球18吋晶圆推动联盟(G450C)、台积电、科磊(KLA-Tencor )、应用材料(Applied Materials)、TEL(Tokyo Electron)及Lam Research等重量级业者，皆相继展开商用量产布局，且研发能量正日益壮大，成为推动18吋晶圆量产的重要动能。
在此同时，国际半导体设备材料产业协会(SEMI)亦积极推展18吋晶圆通用标准(图1)，助力半导体业者部署。SEMI国际产业标准资深总监James Amano表示，SEMI针对矽晶圆、实体介面与输送机制，以及机械装配和产品封测三大范畴，已公布十五项18吋晶圆规范。未来还将新增14项标准，涵盖晶圆乘载介面(Load Port)、晶圆传送盒(FOUP)/运输盒(FOSB)、自动化物料搬运系统(AMHS)储存与传送介面等。目前已提交两项规范至委员会审议，其他还有十二项正值草拟阶段。
| 图1 18吋晶圆各段制程标准发展现况 |
延续摩尔魂G450C催生18吋晶圆
随着18吋晶圆标准发展脚步加快，产业链合作也更加密切，现阶段G450C在美国纽约州奈米科学与工程学院(CNSE)的12吋晶圆厂，已安装十一台18吋晶圆生产设备，并将于今年12月进一步打造首座18吋晶圆无尘室(Cleanroom)。此外，该联盟亦计画在2016年，释出193i微影测试设备并建立整条18吋晶圆测试产线，以延续摩尔定律(Moore's Law)的发展。
台积电电子束作业处18吋晶圆专案资深总监游秋山分析，随着先进节点复杂度不断攀升，制程微缩带来的成本效益将愈来愈低。因此，业界不得不展开18吋晶圆研发，期增进产能扩充效益，并加快IC设计技术升级与制造周期，为半导体产??业创造长期获利契机。
G450C总经理暨台积电制造技术中心处长林进祥(图2)表示，18吋晶圆系降低半导体生产成本及延续摩尔定律的关键环节，因而激励半导体设备、IC设计、晶圆代工与电子设计自动化(EDA)工具等业者竞相投入研发。过去1年来，18吋晶圆技术出现显著突破，预计G450C多数成员将能在2013年导入试产，并于2015年秀出品质精良的18吋晶圆，持续朝商用量产努力。 图2 G450C总经理暨台积电制造技术中心处长林进祥认为，G450C将扮演半导体产业的火车头，加速18吋晶圆制造时代的来临。
配合18吋晶圆技术开发脚步，G450C也预告将从今年起展开14奈米(nm)制程演示，并将于2015~2016年进一步启动10奈米先进制程试产，协助半导体相关业者在电晶体密度不断攀升下，仍可有效改善研发与制造成本结构。
据了解，G450C系于今年3月成立，集结英特尔(Intel)、台积电、三星(Samsung)、IBM及格罗方德(GLOBALFOUNDRIES)等半导体、晶圆代工重量级大厂，致力推动18吋晶圆设备与制程技术。目前该联盟也携手SEMI改良相关设备基础架构、元件标准、后段制程(BEOL)及封测作业相关规范，全力建构18吋晶??圆生态系统。
与此同时，在18吋晶圆制造设备发展方面(图3)，林进祥透露，除置顶输送工具(Overhead Transport Vehicles, OHV)已就绪外，大部分与制程相关的试验机台均将于2014年到位；而最重要的193i微影设备则须到2016年才能初具雏型。[!--empirenews.page--]至于量产机台问世时程预计落在2018年，届时，全球顶尖晶圆代工业者将陆续启动18吋晶圆生产服务。
| 图3 18吋晶圆设备就位时间规画 |
事实上，为助力晶圆代工、IC设计商降低生产成本，包括Lam Research、应用材料、TEL及科磊等半导体设备开发商，已陆续启动18吋晶圆制造方案布局。其中，科磊已率先量产全球首部18吋晶圆缺陷检测系统--Surfscan SP3 450，抢攻18吋晶圆市场先「机」。
半导体设备商各就各位18吋晶圆发展全速前进 科磊450mm发展计画资深总监Hubert Altendorfer强调，科磊最新推出的SP3 450，将负责18吋晶圆第一道检测过程，符合市场对20奈米以下制程缺陷和晶圆表面品质特性检测需求；同时，具备12及18吋晶圆同步乘载共用结构，将可提高客户的生产效益与灵活度。 关口章久强调，此将提供晶圆代工业者较佳的产能扩充、制作流程变动弹性，并能快速投产与减轻投资负担，更快达成获利目标。 除国外设备大厂已展露18吋晶圆设备研发成果外，台湾的半导体设备供应商亦积极抢攻市场商机。现阶段，家登已建置完成18吋晶圆前开式FOUP、多功能应用晶圆传送盒(MAC)，以及极紫外光光罩传送盒(EUV POD)产线，并逐渐扩大出货。此举不仅为该公司今年下半年营运表现加温，亦为18吋晶圆发展挹注庞大动能。 随着设备端产品陆续突破，18吋晶圆发展已跨出重要的第一步。目前，SEMI、G450C正分头部署全球通用标准与制程技术，并于今年SEMICON Taiwan展会上，揭露2013~2018年的18吋晶圆发展阶段性目标，已吸引大量热钱涌入。 然而，应用材料矽晶系统部门副总裁Kirk Hasserjian认为，18吋晶圆影响层面甚广，且相关设备、技术投入金额相当庞大，除须解决技术与创新应用等问题外，业者间亦须协同合作并共同分摊研发成本。 Hasserjian强调，未来，半导体设备厂、晶片商及晶圆代工业者须从研发设计阶段，就展开技术与资金合作，再回头改良制程工具，从而优化晶圆厂配置(Fab Layout)，以便满足IC设计业者对专属产品效能与品质的最终要求。 关口章久进一步分析，距离2018年实现18吋晶圆量产的目标还有数年，这段期间的投资风险与不确定性，将促进晶片商、设备商、晶圆厂和标准协会组织之间的频繁沟通，借以催生最符合经济效益的产业分工合作与成本摊提模式。 台积电/英特尔放话18吋晶圆量产有眉目 随着业界共通标准、制程设备愈发成熟，整合元件制造商(IDM)、晶圆代工厂纷纷揭示18吋晶圆量产计画，成为推动18吋晶圆强而有力的引擎。其中，英特尔日前在该公司2012年开发者大会(IDF)上宣称，将于2016~2017年启动商用量产，可望抢得市场头香。在此同时，全球晶圆代工一哥--台积电也在今年SEMICON展会中，揭橥2013~2018年18吋晶圆发展蓝图。 英特尔资深院士Mark Bohr表示，以每一个电晶体的制程成本来看，18吋晶圆一定远低于目前的12吋晶圆方案，但要让18吋晶圆设备能够具备量产效能与经济效益，仍须等待4?5年以上时间。目前看来，英特尔有望在2016~2017年备妥18吋晶圆设备，领先业界展开投产，从而继续维持全球半导体产业龙头地位。 不过，近来资本支出已大幅追近英特尔的台积电，亦不惶多让，台积电十二吋厂营运副总经理王建光透露，该公司最快将于2013~2014年推出18吋晶圆样品制造工具，随后于2015年提供测试设备(Demo Tool)；整段18吋晶圆产线则预定在2016~2017年完成，并于2018年正式启动量产。 [!--empirenews.page--] 显而易见，台积电今年积极参与G450C，并大洒银弹入股半导体设备大厂--艾司摩尔(ASML)，分头从18吋晶圆制程标准、机台研发方向着手，成效已逐渐浮现。王建光强调，除与国际大厂协商18吋晶圆发展共识外，台积电也戮力拉拢台湾半导体材料、设备、EDA与封测服务供应商，开发一套独特18吋晶圆制作模式，实现差异化布局。 王建光预估，2018年后，台积电FinFET 10奈米制程将搭配18吋晶圆形式产出，大幅缩减晶片制作成本与功耗；同时降低晶圆制作过程中的水、电营运开支，进一步强化台积电的市场竞争力。 事实上，即使全球经济状况诡谲，但着眼于20奈米以下先进制程与18吋晶圆的市场需求，半导体产业资本支出仍将维持稳定成长。 据SEMI调查报告指出，2012年晶圆厂总支出(含晶圆厂建设和设备采购、维护成本)约在590?600亿美元之间，将与2011年持平；至于2013年则可望成长2 ~5%。预估2016年后，IDM、晶圆代工与封测业者大举安装18吋晶圆设备，并扩建厂房后，总支出金额将攀上新高峰。 无庸置疑，随着半导体产业链资金涌入，与制造技术、标准陆续到位，18吋晶圆将于2018年放量的目标已日益明确，可望为整个半导体产业注入新的成长动能。
至于TEL则以提升18吋晶圆制造效率与降低成本为目标，加紧研发开放性共通生产平台。TEL副总裁暨企业行销总经理关口章久(Akihisa Sekiguchi)(图4)指出，此一概念性平台将透过TEL标准连接介面，紧密扣连18吋晶圆各段制程设备；由于采模组化设计方式，正式量产后预估仅需1个月时间就能组装完成。 图4 TEL副总裁暨企业行销总经理关口章久认为，18吋晶圆生产设备与技术研发开销庞大，未来仅有财力雄厚的半导体大厂才能出线，站稳市场一席之地。
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