每年七月在美國加州舉行的Semicon West展覽會是全球最大的半導體設備與材料展覽會之一。由于展覽會在七月舉行，正好上半年已過，所以在會議期間許多高管會對產業的發展與前景發表看法。本文試圖綜合展覽會與產業于上半年的進展加以概括，討論一些業界特別關注的課題。

半導體業增長沒有懸念

前兩個季度半導體產業的變化向減弱方向發展，不過保持增長應該是沒有懸念，增長多少需要視未來的市場需求而定。

全球半導體業如戲劇般在改變，2010年是國際金融危機之后的首個高增長年，增幅達32%。剛進入2011年，業界首先理性地認為今年不可能持續如此高的增長，但是在慣性的推動下以及終端電子產品如智能手機與平板電腦市場依然火爆的情形下，年初時各家分析機構基本上預測2011半導體業增長在2%～10%之間。

隨著兩個季度的過去，情況出現了一點變化，除了3月時受日本強地震影響之外，目前主要是受全球經濟大環境的拖累，如美國經濟復蘇緩慢、失業率居高不下，歐債危機未見平息等。IHS iSuppli最新研究數據顯示，由于產業重建庫存和為預期中的需求增長做準備，第二季度芯片供應商的半導體庫存水平連續第七個月上升。

每年正常的Q3是傳統的旺季，如今卻因全球經濟困境導致消費者的信心指數下降，可能會出現旺季不旺的反常現象，所以近期許多市場分析機構與公司開始紛紛調低今年半導體增長的預期，如卡內基公司的Bruce Diesen在5月時預測增長率為5%，至7月時下調為3%；Gartner在Q1時預測增長率為6.2%，而至6月時下調為增長5.1%；唯有IHS iSuppli公司在4月時預測增長率為7.0%，而至6月時上調為7.2%。

以上僅反映兩個季度過去半導體產業的變化向減弱方向發展，不過總體上產業基本面仍是正常，如今年半導體設備的投資從去年的385億美元增加到今年的443億美元，增幅達12%。而終端電子產品市場仍相當有活力，如2011年消費性電子產品的市場成長率將達5.6%，高于美國2.4%的GDP成長率。2012年消費性電子產品的營收將繼續攀升，預計會達到1970億美元。2011年，包括蘋果iPad及其對手在內的平板計算機銷售量，將達到2650萬臺，這將為各裝置廠商產生140億美元的營收；智能型手機的銷售額將比2010年同期增加45%，達230億美元。

而在目前消費性電子產品中，平板電視的銷量則有下滑趨勢。研究顯示，88%的美國家庭至少擁有一臺數字電視機。正是由于如此高的普及率，2011年電視的銷量將出現下滑，但營收仍將超過180億美元。

IDC最近公布了它的最新預測，半導體市場規模將由2010年的2820億美元增長到2011的3030億美元，增長7.4%，并預測2012年再增長5%達3180億美元，在2010～2015年期間半導體的年均增長率達6%。依分類計，計算機類IC的CAGR為4%～5%，通信類為7%，消費類為5%。

因此今年全球半導體業增長應該是沒有懸念，增長多少需要視未來的市場需求而定。

驗證大者恒大定律

并購使這個市場上出現“巨頭”，半導體產業“大者恒大”的定律將再次被驗證。

“縱觀芯片產業歷史，凡是在恰當時機抓住機會的公司都獲得了很好的發展。”今年5月德州儀器(TI)以65億美元的高價兼并美國國家半導體(NS)讓所有人的眼球一亮。該交易不僅是TI歷史上金額最高的一筆并購，也是2006年以來金額最高、規模最大的芯片行業并購交易。巧合的是，幾乎同一時間，TI的競爭對手英飛凌也以1.006億歐元收購奇夢達位于德國的12英寸晶圓廠。有關芯片廠商“規模化生存”的議題再次被提起。

彭博社的數據顯示：過去一年，半導體產業發生196樁并購交易，這些交易的平均規模為1.298億美元。與之相比，TI所支付的差價相當于平均值的4倍以上。業界評論TI對NS的收購無疑將此輪擴張推向頂峰。

根據Databeans的報告，2010年全球模擬半導體市場的規模為420億美元。TI在該產品線領域營收達到59.8億美元，占有全球市場14%的份額。而2010年NS的收入約為16億美元，市場份額為3%。

長期以來，TI與NS一直是競爭對手，兩家公司每家都有其獨特競爭優勢。TI有3萬種模擬產品、廣泛的客戶影響力以及業內領先的制造技術，包括世界上第一個12英寸模擬芯片生產工廠。NS有1.2萬種模擬產品，特別在工業市場占據強勢地位。以2010年銷售額合并計算，TI將因此取代東芝成為全球第三大半導體公司。

對芯片廠商特別是代工廠來說，“規模化”并不是個新概念。過去兩年中，半導體業這種“合縱連橫”的趨勢尤為明顯。日本芯片巨頭NEC與瑞薩科技合并，阿布扎比ATIC公司和AMD合資成立Global Foundries。2010年1月，Global Foundries又完成了對新加坡特許半導體的兼并。

不過，大規模并購在模擬芯片市場卻很少發生。有業內人士認為，并購使這個市場上出現“巨頭”，半導體產業“大者恒大”的定律將再次被驗證。

“在當前的市場情況下保持領先有三個重要方面。”TI的CEO Templeton說，“產品技術、低成本快速制造能力以及覆蓋全球的技術服務體系，一些公司可能只在某方面做得很強，但是同時具備這三個條件的不多，這也是TI能夠持續發展的原因。”

工藝技術進入22nm節點

半導體工藝技術至今仍是按摩爾定律進步，2011年可進入22nm節點，進入下一個節點的時間尚難預料。

英特爾已經公布它的路線圖，兩年之后，英特爾將以14nm節點生產芯片，然后在2015年以10nm工藝生產芯片。最后，英特爾計劃在2017年生產其第一款7nm芯片。

英特爾的22nm三柵(tri gate)晶體管技術具里程碑意義，預示半導體技術將向3D過渡。

因為按照ITRS半導體工藝路線圖，在2007年45nm節點時，英特爾就發布了高k/金屬柵技術，可以看作是晶體管組成材料的一次革新，用高k材料來替代傳統的SiO2，讓定律又延伸了10年～15年。今年5月英特爾又發布3D晶體管結構，使傳統的晶體管二維結構變成三維，應該是半導體工藝技術中又一次重大的革命。

業界對于英特爾將采用的技術節點也有諸多猜測。英特爾的22nm制程將基于英特爾的第三代high-k/金屬柵方法，它使用銅互連、low-k技術。與32nm相同，英特爾采用193nm浸液式光刻技術。

英特爾的22nm的3D晶體管技術，性能相比40nm高40%，功耗省30%，其工藝成本僅上升2%～3%，而采用SOI工藝要上升10%。另外可實現100%的電池續航能力，預期2011上半年開始試生產。

據英特爾最新報道，22nm產品于今年投產，14nm廠房正加大投資加緊建設，不久就會接到14nm設備的訂單，未來半導體技術可達7nm節點。

臺積電年內28nm工藝規模量產，將于今年底正式開始生產基于28nm工藝的晶圓。臺積電稱，公司計劃于2011年Q3某個時候開始導入28nm制造工藝的商業化生產，而到2011年Q4時，28nm晶圓帶來的營收貢獻比率將達到2%～3%左右。

與當初升級到40nm制造工藝時相比，臺積電本次升級28nm制造工藝是無論在產能提升還是在良品率改善方面都會更為順利，因為當初升級40nm制造工藝的時候臺積電是需要設備升級的，而本次28nm制造工藝升級臺積電似乎已完成了新設備的調試。
三星2010年4月開始量產27nm　NAND Flash，開啟全球20nm等級制程的時代，經過15個月，三星即發展到21nm產品，展示其獨步全球的技術水準。

另外，東芝于今年7月底將在日本三重縣八日市fab 5半導體廠中，以19nm制程量產NAND Flash，目前東芝主要量產24nm制程產品。海力士在技術競爭中也不落人后，將于2011年第四季度以20nm制程量產NAND Flash。

EUV是未來光刻必然趨勢

除了EUV技術之外，還有無掩膜的多束電子束光刻及納米印刷等多種候選技術，未來進展取決于性價比。

推動半導體業進步的兩個輪子，一個是特征尺寸縮小，另一個是硅片直徑增大。毋庸置疑，尺寸縮小總是占先。近日英特爾公布22nm的3D技術開發成功，表明一直前景不明的16nm技術可能會提前導入市場。

影響尺寸縮微的光刻技術，目前是一直沿用更短的曝光波波長，如ArF光源，振蕩波長為193 nm。由于EUV(極紫外線光刻)技術的多次推遲，使得193nm光學光刻方法發揮到淋漓盡致。如從193nm干法到濕法，一直到工藝繁復與成本增加的雙重圖形技術。
業界早在2008年時就認為光學光刻已快到盡頭，22nm是終點，之后必須要采用波長為13.4nm的EUV技術。盡管EUV可能是下一代光刻的候選者，但是EUV已經被多次推遲，原因是還有些問題沒有解決，包括缺乏合適光源(功率不夠)及EUV掩膜用的pellicle。此外還有經濟因素，如每臺設備價格高達1.25億美元，以及設備的每小時硅片產出問題。

除了EUV技術之外，還有無掩膜的多束電子束光刻及納米印刷等多種候選技術，未來進展取決于哪一種技術的性價比更高。

目前全球EUV與無掩膜電子束光刻設備的進展如下：

Nikon提出它的最新光學系統621D，套刻精度2nm/3sigma。它的開發型EUV-1的NA為0.25，未來推出生產型EUV-HVM時NA為0.4。
ASML設定它的EUV路線圖，其開發型NXE3100的NA為0.25，如果光源能量在硅片表面上達到15毫焦耳/cm2時，每小時可達125片。ASML目前已有三臺設備在客戶端作測試，第四臺正在安裝，并預測到2012年底前可出貨10臺。由于全球EUV光源的供應商包括Cymer、Gigaphoton及Ushiro，另有新興廠XTtreme。ASML公司對于它的EUV光源供應商選擇尚未作最后決定。

另一家Mapper公司正在開發無掩膜的多束電子束光刻機。它的第一代機1.1在25nm時每小時產出1片，已發貨給法國的研發機構Leti，明年將再發貨給TSMC。該公司計劃利用集束電子束把產能提高到每小時10片，以及最終在16nm時實現每小時100片。Mapper的優勢在于它的每臺設備的價格及產能，目標是每臺設備為500萬歐元，與EUV價格相比僅為其零頭。

另一家EUV光源供應商Xtreme，它采用激光放電等離子技術。光源裝置包括兩個裝有液態錫的輪，在10000Hz下放電產生激光脈沖(未來量產裝置高達10萬Hz)。光源的重量可重達8噸，為了防止錫污染，聚光鏡四周裝有屏蔽罩。Xtreme的Marc Corthout認為實際上光源能達到工藝要求所需的功率。

比利時的IMEC認為EUV是未來光刻的必然趨勢。從全球互聯網的需求出發，一定會促使邏輯或存儲器客戶采用它。EUV的三個關鍵是設備、掩膜與光刻膠，目前已被確認都是可實行的。盡管如此目前EUV的主要挑戰仍是光源，預計真正采用可能是在11nm工藝導入左右。

IMEC于2011年3月導入了曝光裝置單機和EUV光源，并開始在研究設施內進行了調整和整合測試。現在已與東電電子(TEL)的涂布顯影裝置“Lithius Pro”連接。IMEC表示：“吞吐量為ASML公司曝光工藝評測用EUV曝光裝置的20倍，計劃在2012年初期實現100W的光源輸出功率和60張/小時的吞吐量。”在重疊精度方面，此次成果具有達到目標值4nm以下的潛在能力。分辨率在使用偶極照明時可達到20nm以下，對于IMEC的目標——2013年確立分辨率達到16nm的量產技術來說，此次成果具有里程碑的意義。

業界對于EUV的前景仍有疑慮，明年是關鍵。盡管如此，EUV與一年之前相比已經大有改善，可能有兩臺設備將進入量產前的準備階段。

可以肯定業界采用傳統的光學光刻設備是最為經濟的，但也總有盡頭，尤其當尺寸越來越小時，由于成本太高愿意跟蹤的廠商數量會越來越少，將導致未來經濟可行性差，因此有人對于在11nm時EUV才能導入提出質疑。

推動450mm硅片迅速過渡

成本下降是決定450mm硅片成功的關鍵，只有使芯片制造商與設備制造商同時實現雙嬴，才能持續進步與發展。

有關450mm硅片過渡在業界一直爭論不休。到今天為止持積極態度的已有三家，分別是英特爾、臺積電及三星，其中臺積電的態度似乎更明朗一些。如臺積電營運暨產品發展副總秦永沛曾談到有關18英寸晶圓廠計劃，重申臺積電預定2013年～2014年建立試產線，2015年～2016年在臺中廠量產，18英寸晶圓生產從環保、經濟上來看，都會比12英寸廠更有效率。

業內對于18英寸、450mm硅片過渡持另一種觀點是應用材料公司為首的一批設備供應商。理由也十分清晰，開發450mm設備的費用約為200億美元，由誰來承擔？另一方面更為實際，即未來有多少訂單可用來提高投資的回報率。

然而，由于近期產業的進步已使雙方的觀點越來越接近。如應用材料公司總裁Mike Splinter在其今年Q2的總結會上已公開表示，在2012年公司要加大450mm設備的研發投資力度，表明應用材料公司已經看出450mm硅片是大勢所趨，作為全球半導體設備的領頭羊，不能再有絲毫的遲疑，只有積極的跟進才是未來的生存之道。

如今對于向450mm硅片的過渡，持懷疑者已不多見，然而誰是真正首批的推進者，以及在什么時間過渡可能尚存有不同的看法。

因為理想的演變過程應該是剛開始時有2～3家公司建立450mm試制生產線，然而在芯片制造成本下降的誘因下迅速過渡到量產生產線，與之前由200mm向300mm硅片過渡的過程幾乎相同。由于在相同工藝條件下，450mm生產線的運作成本大約與300mm相比僅增加30%，但是由于硅片面積增大2.25倍，導致最終芯片的制造成本下降，由此將激發產能擴充，以及更多的廠投入450mm硅片(估計全球有10家以上)。這樣的過程導致450mm硅片的市場占有率將由小至大，如目前300mm硅片占總硅片出貨量已超過60%。因此向450mm硅片過渡的關鍵在于成本下降，而且必須同時使芯片制造商與設備制造商實現雙贏。

至于450mm硅片的過渡時間點，臺積電選擇在2015年～2016年，也即22nm～16nm的量產階段，可能業界存在不同的看法。因為由200mm向300mm硅片過渡時，原先估計在250nm節點，實際上推遲到130nm節點，英特爾在2002年首次建12英寸生產線。因此未來450mm硅片的配套產業鏈將成為制約因素，導致業界產生有不同看法是完全正常的。

從應用材料公司角度，從1996年開始就研發300mm設備。原來以為在2000年左右就會有大量的訂單到手，實際上由于遇到2001年的網絡泡沫，導致實際上全球300mm設備推遲到2003年才稍有起色，所以公司的獲利點被推遲了3～4年，這樣的歷史教訓在向450mm過渡時不可能完全被忘卻。

應用材料公司總裁Mik Splinter近期在回答分析師提問有關450mm設備進程時，認為目前尚有大量的工作要做，如設備的自動化與腔體設計等，但是2012年公司肯定會加大投資力度。然而由于還不太清楚客戶究竟什么時候會下訂單，所以什么時候能夠提供樣機尚不好說。不過有些廠家正考慮在2015年～2017年要實現450mm硅片的量產。

成本下降是決定450mm硅片成功的關鍵，然而這是指芯片的制造成本，不僅與設備有關，還與配套的產業鏈有關。相信只有使芯片制造商與設備制造商同時實現雙贏，才能持續進步與發展。因此未來向450mm硅片過渡，估計要比向300mm硅片過渡更為復雜與困難，可能周期會更長一些。

總體上450mm硅片是大勢所趨，業界己有共識。然而何時真正的開始過渡，以及全球有多少廠家愿意出資70億美元～100億美元投資建廠尚有待觀察，這也是目前似乎存有不同觀點的癥結所在，因為可能只有銷售額達到或接近200億美元的企業才能夠支持得起如此巨額的持續投資。(特約撰稿 莫大康)