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(chǎn)業(yè)的發(fā)展與前景發(fā)表看法。本文試圖綜合展覽會與產(chǎn)業(yè)于上半年的進展加以概括，討論一些業(yè)界特別關注的課題。

半導體業(yè)增長沒有懸念

前兩個季度半導體產(chǎn)業(yè)的變化向減弱方向發(fā)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(yè)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(yè)界首先理性地認為今年不可能持續(xù)如此高的增長，但是在慣性的推動下以及終端電子產(chǎn)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(yè)增長在2%～10%之間。

隨著兩個季度的過去，情況出現(xiàn)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(jīng)濟大環(huán)境的拖累，如美國經(jīng)濟復蘇緩慢、失業(yè)率居高不下，歐債危機未見平息等。IHS iSuppli最新研究數(shù)據(jù)顯示，由于產(chǎn)業(yè)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(xù)第七個月上升。

每年正常的Q3是傳統(tǒng)的旺季，如今卻因全球經(jīng)濟困境導致消費者的信心指數(shù)下降，可能會出現(xiàn)旺季不旺的反?，F(xiàn)象，所以近期許多市場分析機構與公司開始紛紛調(diào)低今年半導體增長的預期，如卡內(nèi)基公司的Bruce Diesen在5月時預測增長率為5%，至7月時下調(diào)為3%；Gartner在Q1時預測增長率為6.2%，而至6月時下調(diào)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(diào)為7.2%。

以上僅反映兩個季度過去半導體產(chǎn)業(yè)的變化向減弱方向發(fā)展，不過總體上產(chǎn)業(yè)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(chǎn)品市場仍相當有活力，如2011年消費性電子產(chǎn)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(chǎn)品的營收將繼續(xù)攀升，預計會達到1970億美元。2011年，包括蘋果iPad及其對手在內(nèi)的平板計算機銷售量，將達到2650萬臺，這將為各裝置廠商產(chǎn)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(chǎn)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(shù)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(xiàn)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(guī)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(yè)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(xiàn)“巨頭”，半導體產(chǎn)業(yè)“大者恒大”的定律將再次被驗證。

“縱觀芯片產(chǎn)業(yè)歷史，凡是在恰當時機抓住機會的公司都獲得了很好的發(fā)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(guī)模最大的芯片行業(yè)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(guī)?；?rdquo;的議題再次被提起。

彭博社的數(shù)據(jù)顯示：過去一年，半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)生196樁并購交易，這些交易的平均規(guī)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(yè)界評論TI對NS的收購無疑將此輪擴張推向頂峰。

根據(jù)Databeans的報告，2010年全球模擬半導體市場的規(guī)模為420億美元。TI在該產(chǎn)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(yōu)勢。TI有3萬種模擬產(chǎn)品、廣泛的客戶影響力以及業(yè)內(nèi)領先的制造技術，包括世界上第一個12英寸模擬芯片生產(chǎn)工廠。NS有1.2萬種模擬產(chǎn)品，特別在工業(yè)市場占據(jù)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(guī)?；?rdquo;并不是個新概念。過去兩年中，半導體業(yè)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(guī)模并購在模擬芯片市場卻很少發(fā)生。有業(yè)內(nèi)人士認為，并購使這個市場上出現(xiàn)“巨頭”，半導體產(chǎn)業(yè)“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(chǎn)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(xù)發(fā)展的原因。”

工藝技術進入22nm節(jié)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(jié)點，進入下一個節(jié)點的時間尚難預料。

英特爾已經(jīng)公布它的路線圖，兩年之后，英特爾將以14nm節(jié)點生產(chǎn)芯片，然后在2015年以10nm工藝生產(chǎn)芯片。最后，英特爾計劃在2017年生產(chǎn)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(jié)點時，英特爾就發(fā)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(tǒng)的SiO2，讓定律又延伸了10年～15年。今年5月英特爾又發(fā)布3D晶體管結構，使傳統(tǒng)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(yè)界對于英特爾將采用的技術節(jié)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(xiàn)100%的電池續(xù)航能力，預期2011上半年開始試生產(chǎn)。

據(jù)英特爾最新報道，22nm產(chǎn)品于今年投產(chǎn)，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(jié)點。

臺積電年內(nèi)28nm工藝規(guī)模量產(chǎn)，將于今年底正式開始生產(chǎn)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(yè)化生產(chǎn)，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(chǎn)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(diào)試。
三星2010年4月開始量產(chǎn)27nm　NAND Flash，開啟全球20nm等級制程的時代，經(jīng)過15個月，三星即發(fā)展到21nm產(chǎn)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(chǎn)NAND Flash，目前東芝主要量產(chǎn)24nm制程產(chǎn)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(chǎn)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(yè)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(fā)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(fā)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(yè)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(jīng)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(jīng)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(chǎn)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(tǒng)621D，套刻精度2nm/3sigma。它的開發(fā)型EUV-1的NA為0.25，未來推出生產(chǎn)型EUV-HVM時NA為0.4。
ASML設定它的EUV路線圖，其開發(fā)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(fā)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(chǎn)出1片，已發(fā)貨給法國的研發(fā)機構Leti，明年將再發(fā)貨給TSMC。該公司計劃利用集束電子束把產(chǎn)能提高到每小時10片，以及最終在16nm時實現(xiàn)每小時100片。Mapper的優(yōu)勢在于它的每臺設備的價格及產(chǎn)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(tài)錫的輪，在10000Hz下放電產(chǎn)生激光脈沖(未來量產(chǎn)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(lián)網(wǎng)的需求出發(fā)，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(zhàn)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(nèi)進行了調(diào)整和整合測試?，F(xiàn)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(xiàn)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(chǎn)技術來說，此次成果具有里程碑的意義。

業(yè)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(jīng)大有改善，可能有兩臺設備將進入量產(chǎn)前的準備階段。

可以肯定業(yè)界采用傳統(tǒng)的光學光刻設備是最為經(jīng)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(shù)量會越來越少，將導致未來經(jīng)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(xiàn)雙嬴，才能持續(xù)進步與發(fā)展。

有關450mm硅片過渡在業(yè)界一直爭論不休。到今天為止持積極態(tài)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(tài)度似乎更明朗一些。如臺積電營運暨產(chǎn)品發(fā)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(chǎn)線，2015年～2016年在臺中廠量產(chǎn)，18英寸晶圓生產(chǎn)從環(huán)保、經(jīng)濟上來看，都會比12英寸廠更有效率。

業(yè)內(nèi)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(fā)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(chǎn)業(yè)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(fā)投資力度，表明應用材料公司已經(jīng)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(chǎn)線，然而在芯片制造成本下降的誘因下迅速過渡到量產(chǎn)生產(chǎn)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(chǎn)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(fā)產(chǎn)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(xiàn)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(chǎn)階段，可能業(yè)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(jié)點，實際上推遲到130nm節(jié)點，英特爾在2002年首次建12英寸生產(chǎn)線。因此未來450mm硅片的配套產(chǎn)業(yè)鏈將成為制約因素，導致業(yè)界產(chǎn)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(fā)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(wǎng)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(xiàn)450mm硅片的量產(chǎn)。

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(chǎn)業(yè)鏈有關。相信只有使芯片制造商與設備制造商同時實現(xiàn)雙贏，才能持續(xù)進步與發(fā)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(yè)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(yè)才能夠支持得起如此巨額的持續(xù)投資。(特約撰稿 莫大康)