台积电：14nm节点延期，都怪设备商不给力

在Semicon Taiwan半导体设备展上，晶圆代工大厂台积电(TSMC)的高层指出，要赶上 14奈米节点芯片在2015年的量产时程，时间已经不多了，但设备业者却动作太慢。台积电认为，要让 14奈米芯片达到成本效益，需要采用下一代微影技术以及 18寸晶圆，但设备业者在这两方面都没有赶上晶圆代工业者的时间表。

台积电研发资深副总蒋尚义(Shang-Yi Chiang)表示：“我们一天比一天更担心。”晶圆厂的产能需要达到每小时100片以上晶圆片，但到目前为止，超紫外光(EUV)微影技术产量最多仅能达到每小时5片晶圆；其它两种采用多重电子束直写方案的备选微影技术，一小时的产量甚至不到1片晶圆。

“台积电在几个月之前就提出了我们的 18寸晶圆愿望清单，但有部分设备业者认为那太赶了，所以现在我们也不知道确切的时间表将会如何；”蒋尚义接受EETimes编辑访问时指出：“我们可能得采取转换至0.13微米制程时的做法，当时有部分产能是采用8寸晶圆，有部分是采用12寸晶圆。”

台积电目前计划在新竹的Fab 12建置一条18寸晶圆试产线，然后在台中设置量产线；更大尺寸的晶圆片将有助于半导体产业赶上摩尔定律(Moore's Law)的脚步，并将IC制造成本降低至少30%。18寸晶圆可让代工业者减少晶圆厂数量，并因此节省大量的土地与人力成本。

举例来说，为了达到3,200万片8寸约当晶圆的产能需求，若以现在的12寸晶圆进行生产，台积电得雇用2万7,000名工程师维持29座厂房营运，但如果采用18寸晶圆，只需要2万名工程师、22座厂房。“18寸晶圆不是一个技术议题，而是一个在这些日子以来比技术更重要的经济议题。”蒋尚义表示。


18寸晶圆可让业者节省土地与人力成本

在微影技术方面，目前的193奈米浸润式微影系统将使用于台积电目前正在量产的28奈米节点，以及下一代的20奈米节点制程；但在20奈米节点部分，晶圆厂会需要用到双重图形(double patterning)方案，基本上就是让晶圆片透过某种程序曝光两次，以画上更细的线条。

而到了14nm节点，以浸润式微影设备做双重图形，对许多客户来说价格会变得非常高，所以台积电将在两周内开始测试ASML的3100系列EUV微影设备原型机；该公司已经开始测试Mapper Lithography的电子束微影设备，并计划在明年装设另一台由KLA Tencor提供的电子束微影设备。

“如果我们无法让EUV或电子束微影设备，达到每小时100片晶圆的产量，我们可能会看到很少有客户愿意继续迈向更精细的制程技术节点，因为成本实在太高。”蒋尚义表示，台积电计划在2015年量产14nm节点制程，所以：“我们必须在明年决定要用哪一种微影设备。如果我们继续专注于采用193奈米浸润式微影，稍后要转换至EUV会变得很困难，而且设计规则必须要根据所选择的微影技术来定义，所以时间真的很赶。”


14奈米制程节点所需的微影技术成本飙高

蒋尚义表示，浸润式微影技术在14奈米节点会变得非常昂贵，颠覆以往每升级一个节点、资本设备支出会减半的原则；而虽然EUV与电子束微影设备的成本也很高，估计至少需要1.2亿美元，但还是会比以浸润式微影技术进行双重图形来得便宜许多。他并指出，电子束与EUV设备的价格差不多，但目前正在进行测试的电子束微影设备不需要光罩，所以成本会比EUV微影技术稍低一些。