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，卻是關關難過關關過。設備與材料商的不斷創(chuàng)新，是讓半導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和其他復雜元件結構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和先進的光學光罩。5DAnalyzer X1高級資料分析系統(tǒng)提供開放架構的基礎，以支持晶圓廠量身定制的分析和實時制程控制的應用。
Merck在臺增設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)/化學氣相沉積(CVD)之材料與制程開發(fā)、半導體封裝研發(fā)與錯誤分析等服務，以期協(xié)助在地與亞州半導體業(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，逐漸成為半導體產(chǎn)業(yè)趨勢，促使晶片制造/封裝相關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材料應用中心，借此貼近市場與客戶。再者，臺灣半導體/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)中心共設有沉積材料應用實驗室，以及半導體封裝應用研發(fā)實驗室。前者因應半導體結構與時俱增的復雜程度，側重于前端ALD/CVD制程研發(fā)，設計/鑒定新型半導體薄膜前驅物，并進一步以先進設備做應用評估；后者則側重于先進封裝方面，包含環(huán)保/高導熱/高性能燒結材料開發(fā)，協(xié)助業(yè)者加速開發(fā)流程、進行錯誤分析，提供優(yōu)質的客制化技術服務。
前后段制程不斷進化半導體材料與時俱進
另一家半導體材料商Brewer Science也在SEMICON Taiwan期間向臺灣半導體業(yè)界介紹其針對前后段半導體新制程所研發(fā)的新材料。
Brewer Science副技術長James Lamb(圖1)表示，半導體產(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來實現(xiàn)異質整合。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副技術長James Lamb指出，半導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)基礎設施，因此具備執(zhí)行面板級進階封裝制程的優(yōu)勢。
有關晶圓和面板級FO架構的討論，皆著重于系統(tǒng)級封裝和異質整合應用的封裝領域。焦點在于已應用在生產(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。DSA最適合具有多重、重復、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。臺灣制造商正引領未來，努力不斷地擴展融合DSA和EUV的技術。
半導體線寬持續(xù)微縮污染物過濾考驗大
半導體制程不斷微縮，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，特用材料供應商英特格(Entegris)近期發(fā)表Oktolex薄膜技術，其針對各種化學品的需求，強化各種薄膜原本的攔截機制，進而使該薄膜技術得以過濾光化學污染物，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。
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的導入，讓半導體的制程變得更為復雜，在控制污染粒子(Particles)方面，也顯得更為困難。當半導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，如今也必須設法控制，才能確保半導體制造的良率。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)在英特格必須設法控制10納米，甚至更細小的污染粒子，因此相對應的技術都必須隨之提升。
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，這項技術可應用在先進的使用點光微影技術上。Oktolex革命性的薄膜可針對各種化學品的需求，強化各種薄膜原本的攔截機制，以過濾光化學污染物。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，且不會與化學品的組成產(chǎn)生不良反應。
因應缺電/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，備轉容量率僅剩3%上下，導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、雙向與多向供電調控，協(xié)助企業(yè)建構完整的電力能源系統(tǒng)，并利用多電源調控技術達到智能電力管理，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。幾家臺灣半導體大廠已經(jīng)開始展開鋰鐵電池系統(tǒng)導入計畫，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的半導體產(chǎn)業(yè)要求，且透過雷射測距、機器皮膚等技術輔助，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)等多家國際半導體大廠采用，并且在實際導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體產(chǎn)業(yè)，這款解決方案也有很大的應用發(fā)揮空間。