在9月份剛過去的台灣國際半導體展(SEMICON Taiwan)，18吋晶圓製造與前期智權報所報導的3D IC一樣，都是展會中的熱門議題；其實，兩者所面對的挑戰也很類似，包括：有相當高的投資門檻，需要投入龐大的資金；許多業界標準尚未建立；及現階段良率不佳等。比較不一樣的是，18吋晶圓是依據摩爾定律(Moore’s Law) (註)發展的必然結果，但3D IC的趨勢卻是因市場及技術導向而逐漸成形的。
說到18吋晶圓製程的關鍵性發展，要算是2012年3月成立的G450C。G450C是Global 450 Consortium的簡稱，中文全名為全球18吋晶圓聯盟。G450C總部位於美國紐約，由紐約州與紐約州立大學奈米科學與工程學院與民間半導體大廠共同成立的聯盟，算是一個官方與民間的共同組織，半導體大廠成員包括Intel (英特爾)、TSMC(台積電)、Global Foundries、IBM及Samsung（三星）。繼G450C後，荷蘭微影大廠ASML亦於2012年7月提出了客戶聯合投資專案，Intel、TSMC及Samsung均有參加，在初期，Intel投資41億美元、TSMC投資11.14億美元及Samsung投資7.79億美元。
從以上18吋晶圓製程的發展看來，除了是因為摩爾定律外，競爭對手的發展也是一項很重要的指標。這如同面板產業一樣，當對手都在投資次世代製程的時候，如果不跟進，那在3、5年後便一定會給對手拋離，而且落後的差距是無論如何都無法彌補的。然而，由於18吋晶圓製的投資又是十分浩大，估計建廠一座即需要百億美元資金；加上技術橫跨廣泛領域，因此策略聯盟幾乎也成了唯一可以成就之途。
G450C總部位於美國紐約，是一個官方與民間的共同組織，半導體大廠成員包括Intel、
TSMC、Global Foundries、IBM及Samsung。
 
圖片來源
從6吋到18吋 聯盟面臨大難題
Intel公司全球晶圓廠物料部門 (Global fab Materials) 物料主任工程師Michael Goldstein在SEMICON Taiwan中以「18吋晶圓面臨之規格挑戰」為題發表演說，他指出18吋晶圓之主要驅動力有3，包括價格、產能及占地尺寸(Footprint)。
Goldstein指出：「在最初的時候，價格是最關鍵的因素，當電晶體的尺寸被縮小但密度卻相對提升的時候，就會出現如摩爾定律所預言的情況：價格會相應降低；然而，設備面積提升、更複雜的設計及新的材料需求，則會相對讓下一世代的晶圓成本價格增加。更重要的是，如果要延續摩爾定律的發展，則每4~5年晶圓面積即需改變。」
Goldstein表示，在過去，從6吋演進到8吋晶圓的時候，製程轉換、資金籌措、試產線的設備建構及所有必須的優化改善措施， 都是由單一廠商獨立完成的；由於所費不貲，因此很容易出現公司資源緊張的情形。到了12吋晶圓轉換的時候，新的晶圓轉換模式已形成，就是聯盟式的合作形態。
到了從12吋過渡至18吋晶圓時也不例外，也是由產業聯盟ISMI（International Sematech Manufacturing Initiative）帶領，與G450C合作下推動。Goldstein指出，聯盟所主導的轉換計劃面臨最大的難題是它必須面對一個「分裂」的產業（半導體設備產業），當中有許多不同的供應商，特別是當半導體設備商強烈反對轉換的時候，情況更為嚴重。然而，在全球第1及第3大的半導體設備商應用材料（Applied Materials）及東京威力 (Tokyo Electron) 於9月底合併的情況下，「新應用材料」公司對發展18吋晶圓的態度仍有待觀察。
因此，聯盟在剛開始即重溫了12吋晶圓轉換時所學到的教訓，包括：
(1) 產業聯盟及合作是嚴峻及極其困難的；
(2) 需要每一家設備及材料製造商的早期參與，最好是在轉換過期中的工具測試階段 (Beta Tool)
(3) 從一開始就必須建立工作架構及運作需求的相關共識。
18吋晶圓製造為SEMICON Taiwan熱門議題之一
 
18吋晶圓製程之里程碑
Goldstein指出目前已發展出有3種不同類型的晶圓，可以以最具經濟效益的方式支援18吋晶圓製程之轉換，如表1所示。
表1. 3種不同類型的晶圓，能以最具經濟效益的方式支援18吋晶圓製程之轉換
在第一類型機械處理晶圓的部分 (Mechanical Handling Wafer)，Goldstein認為首要挑戰是晶圓厚度的規格。因為：(1)沒有所謂合理的歷史軌跡可遁；(2) 從過去晶圓轉換的教訓顯示，一旦決定了晶圓厚度便很難更改。最後，計劃小組的工作成員在不同刺激之下，以推列方式來測量評估，項目包括：(1) 重力下壓 vs. 晶圓厚度；(2) 壓力 vs. 晶圓厚度；(3) 製程導致彎曲；(4) ISMI的ITB (Interoperability Test Bed) 團隊測量了在不同的晶圓處理架構中，重力下壓及晶圓形狀對18吋晶圓厚度的影響。最後SEMI M74機械處理晶圓規格才順利於2008年11月出爐；此外，SEMI M76也於2010年7月出爐，而SEMI M1則是於2012年8月推出修訂版，修訂版涵蓋了18吋晶圓於32奈米、22奈米及16奈米技術世代時的需求。
18吋晶圓的未來
Goldstein指出目前G450C已經廣泛的與不同的供應商合作，相當積極的要完成設立測驗工具的平台；而18吋晶圓轉換的下一步則是由個別的IC設計公司以公司業務目標為基礎所設定的詳盡技術目標，來建立in house的試產線，這時候供應商就必須能提供符合技術目標的完整自動化系統及生產流程工具。
Goldstein說：「前面還有很多挑戰要面對，一些18吋晶圓的規格與次世代技術革命息息相關，這都因晶圓尺寸的增加而被放大了。」
註：摩爾定律是由英特爾創始人之一戈登·摩爾（Gordon E. Moore）提出來的。其內容為：積體電路上可容納的電晶體數目，約每隔24個月便會增加一倍；經常被參照的「18個月」是由英特爾執行長David House所說：預計18個月會將晶片的效能提高一倍（即更多的電晶體使其更快）。儘管這種趨勢已經持續了超過半個世紀，摩爾定律仍應該被認為是觀測或推測，而不是一個物理或自然法。預計定律將持續到至少2015年或2020年。
更多歷期精采文章，請參閱智權報總覽 >>
|
