18寸晶圓之路漸行漸遠?18寸晶圓到底會不會來?

　　在短短幾年前還在半導體產業界被熱烈討論的18寸（450mm）晶圓，似乎失去了背後的推動力，至少在目前看來如此。「18寸晶圓議題可能會繼續沉寂5~10年；」市場研究機構VLSI Research的執行長暨資深半導體設備分析師G. Dan Hutcheson表示：「也許它會起死回生，端看半導體設備業者是否會達成共識。」

　　一個參與者包括英特爾（Intel）、臺積電（TSMC）、Globalfoundries、IBM、三星（Samsung）以及美國紐約州立大學理工學院（SUNY Polytechnic Institute）的研發專案Global 450 Consortium （G450C），已經在去年底悄悄地逐漸停止運作，成員廠商的結論是目前的時機不適合邁入可選擇的第二階段計劃。

　　

　　所有的夥伴們都贊同，這並不是一個適合持續專注於18寸技術的時機；」紐約州立大學理工學院的聯盟與專案計劃助理副總裁Paul Kelly接受EE Times採訪時表示：但是大家都說G450C專案本身仍然是成功了。

　　在最近於美國舉行的SEMI年度產業策略高峰會（Industry Strategy Symposium）上，幾乎沒人提起18寸晶圓；但不過在幾年前，包括G450C成員在內的主要晶片廠商都積極推動18寸晶圓設備能最快在2018年就能於晶圓廠裝機。

　　但Hutcheson指出，18寸晶圓面臨的最大障礙就來自於晶片設備業者，他們到目前為止仍對2000年初產業界轉移至12寸晶圓時經歷的艱辛記憶猶新；他表示，此時若推動更大尺寸晶圓、大量減少產業界的單位需求量，會讓設備業者的生意受損：「設備業者就是不想要再經歷一次轉換至12寸晶圓時的痛苦。」

　　Hutcheson表示，產業界一開始推動18寸晶圓，是因為相信當半導體業者再也無法跟上摩爾定律（Moore『s Law），會要一種替代方案來提升銷售額；但顯然摩爾定律還沒走到盡頭：「目前的狀況是製程微縮反而讓晶片市場成長趨緩。」

　　過去幾年，半導體產業界成長腳步停滯，不需要像以前那樣大量擴充產能；沒有了對更大尺寸晶圓的充分需求，興建18寸晶圓廠意味著晶片業者得先讓12寸晶圓廠除役：「18寸技術陷入僵局的原因是，那是一個仍然距離太遙遠的世代。」

　　半導體設備大廠應材（Applied Materials）的一位發言人表示，該公司已經暫緩18寸晶圓計劃，因為過去幾年產業界對該技術的興趣逐漸消退：「我們轉而專注於利用新一代材料與元件架構，協助我們的客戶推動創新；我們將持續觀察18寸技術的進展，以及該如何給予我們的客戶最好的支援。」

　　紐約州立大學理工學院的Kelly強調，G450C專案的宗旨就是以嚴謹的態度判斷轉移18寸晶圓是否在技術上可行；在這方面，他認為G450C徹底成功：「所有的成員都感到滿意，他們能在必要的時候轉移至18寸技術。」

　　Kelly指出，除了證明18寸晶圓技術是可行的，G450C聯盟成員也達成了其他有價值的進展，包括建立了無凹槽（notchless）晶圓片標準；而該聯盟成員終究還是認為，目前的時機不適合將G450C推進第二階段：「成員們決定，將會在感覺必要的時候重新啟動相關工作。」

　　全球12寸晶圓產線續增 18寸晶圓之路漸行漸遠

　　由於12寸晶圓持續擴大應用至非存儲器領域，使得全球12寸晶圓生產線持續增加，據報導，2016年已接近100條產線，較5年前增加約20條產線，且預計未來4年將再增加近20條產線，相較之下，18寸晶圓商用化時程則會再往後延緩，業界預期2020年之前將不會有採用18寸晶圓進行大量生產的產線。

　　12寸晶圓除應用在DRAM和NANDFlash等需要大量生產的存儲器晶片，亦持續擴大使用在非存儲器產品，包括電源管理晶片、影像感測器等，甚至用來製造邏輯晶片、微型元件IC等，且為因應市場需求，將晶片產量最大化，半導體廠在12寸晶圓產線上，紛採用尖端技術促進位程微細化，並改變材料。

　　根據南韓ETNEWS引用ICInsights資料指出，12寸晶圓產線從2010年約73條，在2014年增至87條，2015年共有93條產線使用12寸晶圓2016年接近100條12寸晶圓廠，尤其是中國的入局，讓12寸晶圓廠大增。預期2019年將增加到110條。若以晶圓尺寸對應生產量的市佔率來看，全球12寸晶圓市場比重在2014年突破6成之後，呈現逐年走揚趨勢，2015年比重逾62%，估計2019年將逼近65%。

　　至於次世代18寸晶圓雖可減少單位晶片生產成本，然引進時程持續減速，目前僅有少數產線採用18寸晶圓進行實驗性生產，業者預期2020年之前將不會有採用18寸晶圓進行大量生產的產線。

　　半導體業者認為，18寸晶圓引進時程趨緩，主要系因初期需要大規模投資，由於晶圓尺寸改變，相關設備必須配合變動，不僅需要建設新工廠，設備亦需要更換，對半導體和設備廠來說負擔不小，目前半導體業者大多轉向活用現有設備，朝微細化製程方向進行投資。

　　半導體業者指出，18寸晶圓計劃很早就喊卡，因為有能力進入18寸晶圓世代的廠商太少，只剩下臺積電、三星電子（SamsungElectronics）和英特爾（Intel），儘管晶圓廠鼓勵設備廠投入18寸晶圓技術研發，然設備廠完全看不到投資報酬率，一旦計劃失敗恐導致營運困頓，使得各家設備大廠紛踩煞車。

　　三大半導體廠態度迥異

　　據digitimes報導，全球18寸晶圓（450mm）世代時程至少將延至2018年，甚至傳出英特爾（Intel）減速研發時程，微影設備機臺大廠ASML亦傳出停止新世代18寸晶圓機臺開發，目前最心急18寸晶圓世代來臨的應是三星電子（Samsung Electronics），因為其著眼於18寸晶圓廠配合10納米以下製程技術，將可驅動固態硬碟（SSD）大量取代傳統硬碟市場。

　　

　　半導體業者指出，18寸晶圓世代是半導體產業一定要驅動的方向，但當中面臨的技術障礙比預期高，可能導致量產時程延後，目前全球有能力進入18寸晶圓世代的半導體廠，分別是臺積電、英特爾及三星，而GlobalFoundries因為加入三星陣營，後續動態仍需觀察，但三大半導體廠對於18寸晶圓世代的急迫性，顯然有不同看法。

　　半導體業者表示，過去英特爾主導PC時代，在8寸和12寸晶圓世代研發總是衝鋒搶第一，但因為英特爾沒有趕上移動通訊大爆發世代，在18寸晶圓擴產腳步可能不會這麼急迫，與過去態度迥異。

　　目前對於推展18寸晶圓最為急迫的應該是三星，由於其是DRAM和NAND Flash晶片霸主，存儲器晶片是標準型大量產品，對於成本結構敏感度極高，轉進18寸晶圓廠生產具有成本快速降低效應。另外，SSD需求再度翻紅，且最大應用商機將不再是個人儲存領域，而是雲端儲存、大型資料中心需要的伺服器應用，這亦讓三星更急於推展18寸晶圓。

　　半導體業者認為，像是在SSD應用上，半導體廠若能驅動到18寸晶圓，配合10納米以下製程技術生產NAND Flash晶片，將可大幅降低SSD成本結構，甚至可大幅取代傳統硬碟，讓SSD生產極具成本效益，因此三星將是最積極推動18寸晶圓世代的半導體廠。

　　至於臺積電在28、20納米製程成功搶攻市佔率後，未來在16、10及7納米製程藍圖都已擘劃完成。半導體業者透露，18寸晶圓發展亦在臺積電的藍圖中，但會更謹慎擘劃，目前10納米製程的試產線還沒用到極紫外線（EUV）機臺，預計仍是以多重曝光微影設備方式來作製程微縮。

　　業界預期18寸晶圓世代來臨至少要到2018年左右，甚至有半導體廠喊出要到2020年，由於技術障礙高，能否獲得臺積電、英特爾和三星採用都是問題，至於設備業者投入龐大研發成本是否能夠回收，亦將是一大問題。

　　半導體業者指出，半導體廠要降低生產成本可透過製程微縮或增加晶圓尺寸，由於製程微縮已見瓶頸，尤其10納米以下難度大增，目前似乎只有增加晶圓尺寸來擴大產出，進而降低成本，儘管從12寸轉至18寸晶圓面積可多出1.25倍，但因為投入研發和蓋廠費用飆升，估計一座12寸廠成本約25億美元，但18寸廠要100億美元起跳，讓廠商躊躇不前。

　　360°：Global 450 Consortium

　　全球18寸晶圓（450mm）開發主要是由Global 450 Consortium（G450C）組織主導，這是由全球五大半導體廠臺積電、英特爾（Intel）、三星電子（Samsung Electronics）、IBM和Global Foundries在2011年成立的組織。

　　G450C的成立宗旨在於協調半導體廠和機臺設備業者對18寸晶圓世代技術開發的不同意見。 18寸晶圓的技術障礙高是一大問題，但未來半導體客戶過度集中，設備廠開發成本高，但未必能有足夠回收，卻是更嚴重的問題，因為這將導致設備廠投資上的疑慮，進而拖延半導體產業進入18寸晶圓世代的時程。為了讓半導體廠與設備業者能更緊密合作，因此才成立了G450C。

　　半導體大廠除了組成產業組織外，為了加速設備研發的腳步，個別廠商也曾有對設備廠進行策略性投資的例子，如英特爾曾宣布投資41億美元，入股最關鍵的微影設備大廠ASML ，第一階段的研發重點是450mm Lithography技術，將分5年投入6.8億美元，加上普通股投資約21億美元取得10%股權，而第二階段則是EUV Lithography技術開發，同樣也分為5年，約投入10.2億美元做技術研發，另外投資10億美元取得5%股權。

　　臺積電、三星電子對ASML也有類似的策略性投資。

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