關于450mm晶圓生產線的爭論

　　另一種意見是2020年以后，VLSI Research 總裁Risto Puhakka 警告說：“IC設備開發(fā)費用的飛漲，可能使下一代450mm晶圓廠的出現(xiàn)將延后到2020~2025年之間，比現(xiàn)有進度延緩10年以上”。2008年1月在ISS會上，VLSI Research CEO G.Dan Hutcheson說：“450mm晶圓將會出現(xiàn)，人們開始著手研究處理問題，但從來不相信2012年就會出現(xiàn)，可能在2020~2025年左右出現(xiàn)”。IC Insights 總裁Bill Mcclean 認為：“450mm技術可能至少需要10年才能完成，在2015年之后，450mm晶圓制程將在行業(yè)內確定主要IC生產商的支配地位”。
                                                              

圖1  英特爾Mike Goldstein 雙手舉著一枚450mm晶圓，并介紹了450mm的初始材料

當前研發(fā)450mm晶圓技術的動向

　　英特爾于2006年成立450mm晶圓小組。2006年10月在ISMI研計會上，英特爾Mike Goldstein 雙手舉著一枚450mm晶圓(圖1)，并介紹了450mm的初始材料，他強調硅供應鏈、材料加工、表征設備和晶圓規(guī)格標準化等方面的挑戰(zhàn)，其中最大挑戰(zhàn)來自CE直拉機，由于提拉速度慢，導致生產力下降，硅襯底成本增加。去年7月日本日礦金屬表示已開始供應多晶硅450mm晶圓樣品。

　　臺積電于2006年對450mm晶圓的研發(fā)進行投資。2007年4月臺積電對450mm晶圓進行評估，臺積電將投資80~100億美元建造450mm晶圓廠。由于450mm晶圓的投資是300mm的3倍，所以臺灣地區(qū)產業(yè)經濟業(yè)資訊服務中心(IEK)認為，臺灣地區(qū)能投資建得起450mm的公司是臺積電、力晶半導體、南亞科技、茂德科技。預計未來臺灣450mm晶圓廠的產量將超過300mm。今年1月臺灣地區(qū)經濟部門啟動下世紀工作計劃，籌組450mm晶圓制程聯(lián)盟，招募臺灣地區(qū)半導體上下游廠加入，未來將積極參與國際標準的制定，爭取ISMI來臺灣設立450mm晶圓試產線。

　　ISMI于2006年一季度成立450mm晶圓工廠體系結構、工廠模擬、初始材料和經濟分析4個焦點小組，10月在ISMI制造效率研討會上，這些小組分別報告了他們的最新工作進展。2007年7月在Semicon West 會上，ISMI啟動450mm項目，在2007年組織討論新450mm計劃，并將在2008年達到以下目標：確保450mm硅晶圓的有效性；發(fā)展450mm工程整合指導和標準；建立450mm工廠集成原型測試平臺。2007年11月在夏威夷召開的ITRS下屬ITPC(半導體行業(yè)國際會議)上正式將450mm晶圓作為會議基本議題?？磥?，450mm將逐步納入ITRS的規(guī)劃中。2007年10月全球半導體制造聯(lián)盟Sematech準備建一家工廠綜合實驗臺“制造廠，以推動450mm設備的發(fā)展，工廠將建于美國德克薩斯州奧斯汀市，計劃造450mm交互式實驗臺。

誰為研發(fā)450mm晶圓設備買單？

　　眾所周知，研發(fā)300mm晶圓設備的買單都是由設備廠自掏腰包?？墒?，研發(fā)450mm設備情況就不同了，因為投入太大，設備廠不再愿意單方承擔風險，要與芯片廠共擔風險。WNK公司副總裁Daren Dance明確表示：“考慮到300mm晶圓未能在預期時間段內推出的歷史，以及它對供應面的可怕影響，很容易看出為什么設備廠非常關心誰為晶圓尺寸的再次擴大(450mm)買單？”VLSI Research總載Risto Ruhakka 認為：“如果系統(tǒng)研發(fā)成本遵循同樣昂貴的300mm時代的指數(shù)曲線，則設備工業(yè)將無法負擔450mm廠所需加工設備的開發(fā)費用。在這種情況下，總體IC設備業(yè)將耗費1020億美元用于450mm設備，而目前還不清楚，誰將為研發(fā)450mm設備買單？”2005年9月日本東京電子(TEL)CEO Tetsuro Higashi 在國際半導體制造論壇(ISSM)會上直言不諱地指出:”研究450mm晶圓的IC設備買單應由雙方來共同承擔,雙方分享風險和利潤”。他呼吁設備廠與芯片廠必須加強合作,共同承擔越來越多的研發(fā)成本,在開發(fā)下一代設備期工藝和晶圓尺寸方面要避免過去(指300mm設備)的錯誤,合作將幫助產業(yè)避免過去的錯誤。

　　為此，去年10月全球頭號IC設備廠應用材料表示：“目前內部沒有任何450mm晶圓廠設備的研發(fā)計劃，而300mm晶圓廠在經濟規(guī)模、良率、效能、生產力都有極多的改進空間”。

450mm晶圓規(guī)模標準

　　在去年7月Semicon West會上，討論了450mm晶圓規(guī)格標準，推薦厚度比300mm厚50mm，達825mm，這是為了保證制造和加工過程中晶圓的完整性。由于450mm晶圓直徑/厚度比的增大，將加大熱處理過程中晶圓的滑落和破裂風險，該風險來自溫度梯度和重力帶來的應力。另外，晶圓的彎曲性在制造過程中的退化，會給光刻、退火多個制程帶來麻煩。為此，450mm設備必須全自動化。關于450mm晶圓一批的數(shù)量問題也進行了討論，一批是25枚好還是13枚好。

　　由此看來，建造450mm晶圓生產線是大勢所趨，最早建成450mm晶圓廠的時間是2012年左右，由于建一座月產12~15萬片的450mm晶圓廠需投資120~150億美元，所以450mm晶圓技術、建廠、量產等方面都需要多方合作，甚至建立聯(lián)盟，包括芯片廠、設備廠、材料廠、化工廠等，只有這樣，才能加速450mm晶圓前進的步伐。