先進制程發(fā)展雖然面臨諸多挑戰(zhàn),，但在產(chǎn)業(yè)鏈上下游攜手合作、眾志成城的情況下，卻是關(guān)關(guān)難過關(guān)關(guān)過。設(shè)備與材料商的不斷創(chuàng)新，是讓半導(dǎo)體制造能夠不斷向物理極限發(fā)動挑戰(zhàn)最重要的奧援,。
雖然摩爾定律(Moore's Law)已經(jīng)失效的說法在半導(dǎo)體業(yè)界不斷被提及，但在本屆SEMICON Taiwan展上，完全感覺不到制程微縮的腳步即將告終的氛圍,。從10納米一路向下到7納米、甚至3納米,，都是各家參展廠商所聚焦的重點,。
另一方面，由于缺電,、缺工的陰影持續(xù)壟罩臺灣科技產(chǎn)業(yè),，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)更是首當其沖，因此廠房電力系統(tǒng)、自動化方案業(yè)者,，也選在SEMICON Taiwan期間推出對應(yīng)的解決方案,。
KLA-Tencor新系統(tǒng)鎖定多重曝光/EUV需求
科磊(KLA-Tencor)針對7納米以下的邏輯和尖端記憶體設(shè)計節(jié)點，推出了五款顯影成型控制系統(tǒng),，期盼幫助晶片制造商實現(xiàn)多重曝光技術(shù)和EUV微影所需的嚴格制程公差,。新系統(tǒng)拓展了KLA-Tencor的多元化量測、檢測和資料分析的系統(tǒng)組合,，能對制程變化進行識別和糾正,。該五款系統(tǒng)包含ATL、SpectraFilm F1,、Teron 640e,、LMS IPRO7和5D Analyzer X1。
KLA-Tencor全球產(chǎn)品部執(zhí)行副總裁Ahmad Khan表示,，對于7納米和5納米制程節(jié)點,，晶片制造商在生產(chǎn)中找到疊對誤差、線寬尺寸不均和熱點的根本起因變得越來越困難,。除了曝光機的校正之外,，客戶也在了解不同的光罩和晶圓制程步驟變化會如何影響顯影成型。
透過全制造廠范圍的開放式量測和檢測資料,，IC工程師可以對制程問題迅速定位,，并且在其發(fā)生的位置直接進行管理。KLA-Tencor推出的五款系統(tǒng),，期待能為客戶降低由每個晶圓,、光罩和制程步驟所導(dǎo)致的顯影成型誤差。
在IC制造廠內(nèi),，ATL疊對量測系統(tǒng)和SpectraFilm F1薄膜量測系統(tǒng)可以針對FinFET,、DRAM、3D NAND和其他復(fù)雜元件結(jié)構(gòu)的制造提供制程表征分析和偏移監(jiān)控,。Teron 640e光罩檢測產(chǎn)品系列和LMS IPRO7光罩疊對位準量測系統(tǒng),，可以協(xié)助光罩廠開發(fā)和鑒定EUV和先進的光學(xué)光罩。5DAnalyzer X1高級資料分析系統(tǒng)提供開放架構(gòu)的基礎(chǔ),，以支持晶圓廠量身定制的分析和實時制程控制的應(yīng)用,。
Merck在臺增設(shè)IC材料中心
全球生醫(yī)及特用材料大廠默克(Merck)則搶在SEMICON Taiwan展前宣布其位于高雄的亞洲首座積體電路(IC)材料應(yīng)用研發(fā)中心將正式啟用，初期投資約1億元新臺幣,，提供前端原子層沉積(ALD)/化學(xué)氣相沉積(CVD)之材料與制程開發(fā),、半導(dǎo)體封裝研發(fā)與錯誤分析等服務(wù)，以期協(xié)助在地與亞州半導(dǎo)體業(yè)者縮短研發(fā)時間,，盡速投入IC先進制程,。
根據(jù)Gartner發(fā)布的「2026年半導(dǎo)體科技報告」，5納米制程成本將是目前16/14納米制程的2.5~3倍，微影制程到10納米以下已越來越難具備成本效益,。有鑒于此,，透過系統(tǒng)級封裝或3D封裝等解決方案持續(xù)微縮、降低成本,，逐漸成為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)趨勢,，促使晶片制造/封裝相關(guān)IC材料市場向上成長。Merck資深副總裁Rico Wiedenbruch表示,，在2015至2020年間,，晶片制造材料與封裝材料市場可望出現(xiàn)3%~4%左右的年復(fù)合成長率，銷售金額則可分別達到300億與240億美元,。
Merck臺灣區(qū)董事長謝志宏表示,，臺灣在地緣上接近亞洲中心，又是Merck在全球最重要的市場之一,，因而促使該公司決定在臺擴增IC材料應(yīng)用中心,，借此貼近市場與客戶。再者,，臺灣半導(dǎo)體/面板產(chǎn)業(yè)鏈完整,，人才資源充裕，加上政府,、業(yè)界對矽智財?shù)母裢庾鹬嘏c保護,，更是外商得以放心在臺投資的主要考量。
此研發(fā)中心共設(shè)有沉積材料應(yīng)用實驗室,，以及半導(dǎo)體封裝應(yīng)用研發(fā)實驗室,。前者因應(yīng)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)與時俱增的復(fù)雜程度，側(cè)重于前端ALD/CVD制程研發(fā),，設(shè)計/鑒定新型半導(dǎo)體薄膜前驅(qū)物,，并進一步以先進設(shè)備做應(yīng)用評估；后者則側(cè)重于先進封裝方面,，包含環(huán)保/高導(dǎo)熱/高性能燒結(jié)材料開發(fā),，協(xié)助業(yè)者加速開發(fā)流程、進行錯誤分析,，提供優(yōu)質(zhì)的客制化技術(shù)服務(wù),。
前后段制程不斷進化半導(dǎo)體材料與時俱進
另一家半導(dǎo)體材料商Brewer Science也在SEMICON Taiwan期間向臺灣半導(dǎo)體業(yè)界介紹其針對前后段半導(dǎo)體新制程所研發(fā)的新材料,。
Brewer Science副技術(shù)長James Lamb(圖1)表示,，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)一方面需要透過先進節(jié)點邏輯和記憶體才能提供更高的運算能力，同時也需要利用先進封裝技術(shù)來實現(xiàn)異質(zhì)整合,。有鑒于此,，該公司已投資開發(fā)專門材料和制程來滿足前后段制程的新需求，包括針對扇出型封裝(FO)和3D IC制程的健全暫時性貼合/剝離材料和制程的組合，到用于先進微影制程的EUV和DSA材料,。
圖1 Brewer Science副技術(shù)長James Lamb指出,，半導(dǎo)體前后段制程不斷進步，對材料的特性需求也跟著越來越高,。
臺灣的半導(dǎo)體制造產(chǎn)業(yè)致力于先進節(jié)點微影,，以及先進晶圓級封裝的高量制造(HVM)。此外,，這個地區(qū)擁有強大的顯示器產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施,，因此具備執(zhí)行面板級進階封裝制程的優(yōu)勢。
有關(guān)晶圓和面板級FO架構(gòu)的討論,，皆著重于系統(tǒng)級封裝和異質(zhì)整合應(yīng)用的封裝領(lǐng)域,。焦點在于已應(yīng)用在生產(chǎn)上將近9年的晶片優(yōu)先方法，以及目標為更先進架構(gòu)的RDL優(yōu)先方法,。兩者都必須在相同封裝中容納更多晶粒,，但這會使得壓力增加并造成晶圓彎曲。因此在整個制程中需要暫時性載體支援,。此外,，雖然專業(yè)封裝廠還沒有正式將FO面板級制程(FO-PLP)推向量產(chǎn)，但每家業(yè)者都在朝這個方向努力,，因此Brewer Science也已為此做好準備,。
這些新的封裝制程勢必會使用到雷射分離剝離法。該方法適用于RDL優(yōu)先和FO-PLP 的玻璃基板支援制程,。Brewer Science的最新一代剝離材料就是專為雷射分離而設(shè)計,。
至于在前段制程方面，現(xiàn)在最先進的制程節(jié)點為10納米,，而且在不久的將來會開始導(dǎo)入極紫外線(EUV)微影制程,。Lamb認為，采用EUV已經(jīng)是擋不住的趨勢,，因此該公司將在與EUV相輔相成的定向自組裝(DSA)材料上大力投資,。
讓材料自行形成微影圖案的DSA是輔助EUV的重要技術(shù)。DSA最適合具有多重,、重復(fù),、普通精細間距特征的裝置，無需額外光罩即可達到30納米特征尺寸,。EUV可用于在晶圓上繪制解析度較低的特征,，并制作后續(xù)DSA沉積的間隔物。
Lamb表示,，雖然仍在發(fā)展階段,，不過DSA的目標是在兩年內(nèi)準備好進行生產(chǎn),。結(jié)合DSA和EUV共同為IDM和代工提供相輔相成的優(yōu)勢，以提升其制造能力,。臺灣制造商正引領(lǐng)未來,，努力不斷地擴展融合DSA和EUV的技術(shù)。
半導(dǎo)體線寬持續(xù)微縮污染物過濾考驗大
半導(dǎo)體制程不斷微縮,，讓新一代晶片的性能,、功耗得以有更好的表現(xiàn)，但制程微縮卻也使得制程中的污染物控制受到更嚴格的考驗,。對此,，特用材料供應(yīng)商英特格(Entegris)近期發(fā)表Oktolex薄膜技術(shù)，其針對各種化學(xué)品的需求,，強化各種薄膜原本的攔截機制,，進而使該薄膜技術(shù)得以過濾光化學(xué)污染物，目前主要市場鎖定在邏輯,、DRAM和3D NAND裝置的ArF,、KrF和EUV光微影技術(shù)。
英特格臺灣區(qū)總經(jīng)理謝俊安(圖2)表示,，隨著納米制程的精進與EUV的導(dǎo)入,，讓半導(dǎo)體的制程變得更為復(fù)雜，在控制污染粒子(Particles)方面,，也顯得更為困難,。當半導(dǎo)體制程線寬變得越來越小，原本不會對制程造成影響的污染粒子,，如今也必須設(shè)法控制,，才能確保半導(dǎo)體制造的良率。舉例來說,，過去英特格僅須控制20納米大小的污染粒子,，但在制程越做越小的情況下，現(xiàn)在英特格必須設(shè)法控制10納米,，甚至更細小的污染粒子,，因此相對應(yīng)的技術(shù)都必須隨之提升。
有鑒于此,，英特格近日在SEMICON Taiwan展會上,，發(fā)表創(chuàng)新的Oktolex薄膜技術(shù)，這項技術(shù)可應(yīng)用在先進的使用點光微影技術(shù)上,。Oktolex革命性的薄膜可針對各種化學(xué)品的需求,，強化各種薄膜原本的攔截機制，以過濾光化學(xué)污染物,。Oktolex 薄膜將薄膜特性,，與特定污染物的吸收機制作匹配，進而可將薄膜的過濾效能最佳化,，且不會與化學(xué)品的組成產(chǎn)生不良反應(yīng),。
因應(yīng)缺電/缺工危機儲能/自動化廠商獻策
除了先進制程的挑戰(zhàn)外，影響臺灣整體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的缺電,、缺工問題,，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)也無法置身事外。有鑒于此,，伊頓(Eaton)與搬運機器人業(yè)者賽思托(SESTO Robotics)也在本屆SEMICON Taiwan展中,，展示為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)打造的解決方案。
伊頓在本屆展會中主打雙向并網(wǎng)儲能應(yīng)用xStorage,、智能電力管理藍云計畫,，以及不斷電系統(tǒng)搭配鋰鐵電池的應(yīng)用等。
伊頓臺灣區(qū)總經(jīng)理宮鴻華表示,，前陣子和平電廠鐵塔倒塌,、815停電事件都暴露出臺灣電力網(wǎng)路的脆弱性。此外,，夏季高溫不斷,，用電量跟著飆高，備轉(zhuǎn)容量率僅剩3%上下,，導(dǎo)致臺灣時時處于缺電危機當中,。如何具備穩(wěn)定且安全的電力系統(tǒng)成為企業(yè)經(jīng)營的重要課題。伊頓藍云計畫不僅具備UPS備用電力的功能,，亦可實現(xiàn)能源儲存,、雙向與多向供電調(diào)控，協(xié)助企業(yè)建構(gòu)完整的電力能源系統(tǒng),，并利用多電源調(diào)控技術(shù)達到智能電力管理,，達到最高效率與最佳經(jīng)濟效益。
此外,，針對伊頓的主力產(chǎn)品不斷電系統(tǒng)UPS伊頓也持續(xù)研發(fā)采用更小,、更輕、更環(huán)保的鋰鐵電池于UPS內(nèi),，不僅具備充電更快速的優(yōu)勢,，也大幅降低企業(yè)成本。
宮鴻華認為,，鋰鐵電池在各項規(guī)格特性方面均明顯優(yōu)于鉛酸電池,，但過去成本太過高昂，難以大規(guī)模應(yīng)用,。不過,，鋰鐵電池最為人
詬病的成本問題,，將在今明兩年獲得解決。幾家臺灣半導(dǎo)體大廠已經(jīng)開始展開鋰鐵電池系統(tǒng)導(dǎo)入計畫,，鉛酸電池系統(tǒng)將隨著時間逐漸退居二線,。
企業(yè)正面臨能源轉(zhuǎn)型所帶來的缺電危機，伊頓將持續(xù)提供高效率且可靠的電力能源解決方案,，協(xié)助企業(yè)面對未來的電力挑戰(zhàn),。
除了缺電外，缺工問題也考驗著臺灣的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè),。賽思托執(zhí)行長梁漢清(圖3)指出,，晶圓產(chǎn)線的作業(yè)員其實是一個高度體力勞動，而且相當單調(diào)又缺乏發(fā)展性工作,。
以晶圓搬運為例,，雖然先進12吋晶圓廠普遍設(shè)有天車運輸軌道，大多數(shù)晶圓輸送都不需要靠人力,，但如果是8吋廠或比較舊的廠房,，還是要依靠人力來輸送晶圓。另一方面,，天車運輸?shù)慕ㄖ贸杀靖甙?，而且缺乏彈性，若采用天車運輸,，則產(chǎn)線機臺的位置就必須跟著固定下來,，不管是要改線或擴充產(chǎn)能，都相當麻煩,。
在天車運輸無法完全取代人力作業(yè)的情況下,，很多半導(dǎo)體廠，特別是后段封測廠,，還是要依靠作業(yè)員推著晶圓推車,，在產(chǎn)線內(nèi)各站到處上下料。這是一個很辛苦的工作,，一個作業(yè)員一天可能要步行20公里以上,，而且工作單調(diào)又沒有發(fā)展前景，因此很多年輕人不愿從事這個工作,。
對專精于無人搬運車(AGV)設(shè)計的賽思托而言,，這是一個很好的發(fā)展機會。目前該公司已經(jīng)推出針對晶圓輸送需求設(shè)計的解決方案,。該方案是由無人搬運車加上山葉(Yamaha)的機器手臂所構(gòu)成,，手臂最大荷重為20公斤。該AGV不僅可滿足X,、Y,、Z軸震動均低于0.5G的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)要求,，且透過雷射測距、機器皮膚等技術(shù)輔助,，可以和人類作業(yè)員并肩工作而不會有安全上的疑慮,，也不會碰撞到產(chǎn)線上的其他機臺。
目前該搬運車已經(jīng)獲得英飛凌(Infineon)等多家國際半導(dǎo)體大廠采用,，并且在實際導(dǎo)入的過程中證明其可靠度與耐用性,。因此,，梁漢清認為,，在同樣面臨缺工問題的臺灣半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，這款解決方案也有很大的應(yīng)用發(fā)揮空間,。