晶圆厂的进入障碍分析

一、关键议题说明
国际半导体技术发展蓝图(International Technology Roadmap for Semiconductors，ITRS)于2007 Edition的版本中指出，18吋晶圆厂的时间点最早会落在2012年，而当时的DRAM及MPU/ASIC的制程技术为36nm，NAND Flash则为28nm(参考表一)。回顾过去，12吋晶圆厂的时间点最早落在2000年，与18吋晶圆厂的时间点相隔12年。目前全球产能仍是以8吋(200mm)比重最高，估计在2012年12吋(300mm)产能比重超过5成跃居主流，同时2012年18吋(450mm)晶圆也将进入试产阶段。

表一 半导体技术蓝图

持续摩尔定律是半导体产业中最重要的议题之一，要将生产力提升或成本下降，主要包括制程持续向下微缩、采用新型设备、良率提升、及晶圆尺寸扩大。以下就针对晶圆尺寸扩大至18吋的议题作讨论，目前国际上对18吋晶圆厂仍众说纷纭。

二、议题深度分析
(一) 对18吋晶圆厂持较积极的看法者，如ISMI及半导体芯片龙头厂商
1.国际半导体技术制造协会(International Sematech Manufacturing Initiative，ISMI)率先定义「300mm-Prime计划」，这是一套大约20项生产力增强计划，旨在帮助目前的12吋晶圆厂逐步过渡到18吋晶圆，受到IC设备供货商的普遍支持。

2.Sematech联盟在2007年7月于Semicon West大会上提议「ISMI 450mm计划」，从目前的12吋晶圆直接转向18吋晶圆，并预期在2012至2014年间完成。推动新计划能把产品制造周期缩短50%，并使每片晶圆的成本再降低30%。

3.英特尔是少数负担得起建设18吋晶圆设备的芯片制造商之一，也是「ISMI 450mm计划」的最大拥护者。英特尔认为唯有较大的晶圆才能使产业沿着摩尔定律的轨道向前迈进，英特尔可能会在2012至2014年间兴建第一座18吋晶圆厂。此外三星(Samsung)、台积电(TSMC)和东芝(Toshiba)也提及兴建18吋晶圆厂。

4.数家半导体设备和材料供货商已悄然开发首批原型450mm技术。

(二) 对18吋晶圆厂持较缓和的看法者，如半导体设备商
1.Brooks Automation公司总裁兼执行长Edward Grady认为，半导体设备产业已无力负担开发18吋设备的费用，过去IC设备产业担负了12吋设备沉重的研发费用，需要数十年的时间才足以回收其巨额的投资。

2.美商应用材料(Applied Materials)公司总裁兼执行长Michael Splinter说：我们的研发重点主要在于下一代技术节点，而非晶圆尺寸。我们认为12吋晶圆厂的生产力会有极大进展。

3.市场研究公司VLSI Research执行长G. Dan Hutcheson曾在于美国一场产业策略研讨会(ISS)表示，18吋晶圆厂可能在2020~2025年左右出现，估计IC设备产业可能因此花费数百亿美元的天价来开发18吋设备。

4.Soitec公司总裁、CEO兼主席Andre-Jacques Auberton-Herve怀疑是否「ISMI 450mm计划」确实可行，因为只有英特尔、三星、东芝和台积电等少数芯片制造商可负担得起建设18吋晶圆厂可能高达100亿美元的巨额投资。

(三) 18吋晶圆厂的进入障碍
综合上述，18吋晶圆厂的进入障碍，主要包括资金面、技术与设备面、生产规模面等。

1.资金面的挑战
因投资18吋厂的资本支出过大，预估兴建一座18吋厂至少需要60亿至100亿美元(参考图一)，依据历史经验，8吋过渡到12吋的厂商从75家左右到26家，因此预估未来全球能够建置18吋厂的公司只有10家，代表厂商如Intel、Samsung、Toshiba及台积电等。

图一 晶圆厂投资金额趋势

2.技术与设备面的挑战
制程设备及技术成本增加，以一座18吋厂，每月3万片产能规模，设备将需要花费45亿美金。而半导体设备厂开发18吋设备所需的研发经费将高达160亿美金以上，导致只有少数设备供货商有能力供应18吋设备，且需要芯片供货商共同投入与支持。

3.生产规模面的挑战
一座18吋厂的生产规模可能是12吋厂的二倍以上，如此庞大的产能一定要有够大的芯片产品来支持，目前看起来以Memory、CPU、部分Logic产品及代工芯片规模够大。代表厂商如生产CPU的Intel、生产Memory的Samsung及Toshiba，以及代工业务的台积电等。

从历史来看，晶圆尺寸从4吋、5吋、6吋、8吋到12吋等，可知增加晶圆尺寸是降低每平方英吋芯片制造成本的一个重要因素。虽然目前IC厂商还在努力把12吋晶圆厂成本最佳化，但在18吋晶圆能再降低每平方英吋的芯片制造成本的前提下，并透过半导体材料、设备及芯片商的共同努力，18吋晶圆厂的实现只是时间快慢的问题。