18寸晶圆2018年量产 是否过度乐观的目标

在9月初SemiconTaiwan举办的“450mm供应链”研讨会中，台积电和G450C(全球450联盟)明确揭示了18寸晶圆预计于2018年投入量产的发展时程。相对于台积电的信心满满，包括TEL(东京威力科创)、LamResearch、应用材料和KLA-Tencor等设备制造商，却都异口同声地谈到，设备业者所面临的严峻开发成本与风险挑战。

G450C的18寸晶圆量产时程

G450C(Global450Consortium)是由英特尔、三星、台积电、IBM和GlobalFoundries五家龙头业者于去年共组的18寸晶圆研发联盟，在这些业者的积极推动下，18寸晶圆的发展蓝图也越来越为明确。

台积电派驻于G450C的林进祥博士表示，一年来18寸晶圆的技术开发与业者的参与程度都有显著进展。G450C的目标是从今年起展开14奈米的技术展示，到2015~2016年进入10奈米试产。

而就制造设备的成熟度来看，大部分设备到2014年都能完成试验机台的开发，但最重要的蚀刻技术，则预计要到2016年完成初步试验机台，2018年完成量产机台开发。

目前，G450C是采用压印(imprint)技术作为过渡时期的蚀刻方案，未来将朝193i(浸润式193nm)与EUV发展。G450C的无尘室预定于2012年12月就绪，这将会是全球第一座18寸晶圆厂。

台积电450mm计划资深总监游秋山博士则是提到了公司内部对18寸晶圆设备设定的目标，希望与12寸设备相比，整体设备效率能于2018年达到1.1倍、2020年提升至1.8倍。此外，设备价格小于1.4倍、尺寸小于1.5倍、缺陷密度小于0.4倍，以及平均每片晶圆能维持相同的水电消耗。

这个数据一提出，当场就有设备业者问到，若晶片制造商希望设备效率提高1.8倍，但却仅希望付出1.4倍的价格，这样如何说服设备业者投入庞大资金开发新的18寸晶圆设备?

这个问题，的确触及到众多设备制造商的痛处。回想当初移转至12寸晶圆的惨痛教训，现在18寸晶圆的大饼更是不这么好吃。

推动18寸晶圆量产，主要的考量在于取得成本效益，希望能延续过去从6寸移转至8寸、12寸的发展轨迹，透过更高的每片晶圆产出，让晶片成本能持续下降。然而，这套过去适用的摩尔定律，随着制程微缩趋近极限，以及18寸晶圆的庞大机台投资，能否再和过去一样带来同样的成本效益，实在令人怀疑。

此外，全球经济前景的不确定性，以及未来几有少数几家制造业者有能力买单，投资报酬率有限，种种因素，都让设备业者对此议题显得裹足不前，进退两难。

设备厂商痛苦跟随

TEL副总裁暨企业行销总经理关口章九甚至说，如果业界没有充分的事先讨论，共同开发机台，450mm将会是一场灾难。而且，漫长的450mm市场成熟期会让设备商的财务风险增加。

LamResearch公司450mm计划副总裁MarkFissel也以12寸晶圆移转为例指出，从1995年试验机台首度完成开发，由于历经网路泡沫等经济因素，一直到2004年，半导体产业整整花了9年的时间，才使得12寸晶圆出货量超过8寸晶圆。

而18寸晶圆即使能于2018年投入量产，可能需要更长的时间才能成为主流，面对既有12寸晶圆先进制程持续投资与18寸晶圆开发的双重压力，设备业者若没有强大的财务支援，很有可能无以为继。

游秋山也坦承，移转至18寸晶圆还有许多挑战有待克服。首先，业界有没有办法在2015年前就10奈米制程蚀刻技术取得重大突破?同时，合理的设备成本、显著的生产力提升、全自动化无人生产线、环保工厂等议题都需要获得全面性的解决，才有可能让18寸晶圆量产得到预期的成本效益。

游秋山指出，当初业界朝12寸晶圆移转时，也曾面临许多质疑。但事实证明，透过多项的技术创新与突破，仍然克服了种种挑战，因此他乐观认为，18寸晶圆量产目标终将能够成功。

不过，不管是从晶片制造商和设备商的角度来看，18寸晶圆都已成为少数几家业者才能玩得起的游戏，这是与业界朝12寸晶圆移转时，完全不同的产业环境与需求。?口章九表示，即使几家重量级制造商已经订出了量产时程目标，但高昂的进入成本，将是不利于创新的。

ASML的联合开发计划

尽管困难重重，但台积电、英特尔、三星这些龙头业者，为了延续产业发展、持续保持领先优势，并建立更高的竞争障碍，势必得在朝18寸晶圆移转的这项行动中奋力前进。

对此议题，应用材料矽晶系统部门副总裁KirkHasserjian总结了顺利移转至18寸晶圆世代的六项关键因素，分别是：业界同步的移转时程、蚀刻技术成熟度、成本分摊、协同合作、创新、以及供应链的就绪。

成本分摊、合作创新在18寸晶圆世代将显得重要。林进祥也鼓励设备业者说，现在共同承担风险，未来终将能共同分享利益。

提到成本与风险分摊，微影设备大厂ASML日前提出的联合开发计划便是一个极佳的范例。微影技术能否就绪，攸关18寸晶圆量产目标的实现，而ASML的动作更是扮演了举足轻重的角色。

ASML在今年7月提出了客户联合投资计划，在英特尔首先表态以41亿美元收购ASML的15%股权后、台积电和三星也分别跟进，各取得5%和3%的股权，将共同研发下一代微影技术。

台积电、英特尔、三星是未来半导体制造的三大势力，尽管彼此间的角力激烈，但从G450C的合作，到ASML的共同入主，却又不得不共同分摊下一代18寸晶圆制造的庞大研发成本。它们之间的竞合关系是未来半导体产业的关注重点，也是18寸量产目标能否成真的重要关键。