Market Trend

(1) Ample Demand from IDM outsourcing

Our key theme – a structural IDM outsourcing to drive a multi-year upturn for the foundries – should be materializing this year on our expectation of a surge in the IDM outsourcing ratio.

Though dipping below the 15% average in 2009 due to inventory correction, the IDM outsourcing ratio rose to 19% in 1Q11 post the crisis and should recover in 2H12, surging to a new record in 2013 to hit the 20% mark on the back of our observation that IDMs are becoming aggressive in 40/28nm migration.

28nm should follow suit in 2012-13E, starting to ramp up when 40nm is likely to peak to spur more IDM outsourcing. We see ample demand upside from IDM outsourcing given: 1) IDMs (ex-Intel) still control over 50% of the semiconductor market (ex-memory, discrete and opto), and 2) the IDM outsourcing ratio is still far below a ceiling, likely around the 30% range on our estimates.


(2) Growth rate in Foundry higher than this in OSAT

We expect the SCM sales to grow a 12% CAGR over 2011-15, where the foundry sales will grow a 15% CAGR while the OSAT sales will grow a 10% CAGR, doubling the global semiconductor average of around 5-6% CAGR (ex-memory).

COWOS, together with a new 20nm SOC, looks to be a tailor-made solution for TSMC to eye on Apple’s AP business. Though it may threaten the OSAT players on the high-end segment, real impact should not be overstated; it takes time to commercialize.




(3) Smartphone driver for ARM-based AP

We see two developments under this mobile computing trend benefiting chipmakers: 1) ARM-based AP; 2) 28nm HPM to address the need for maximization of performance and power consumption.

Demand driver for AP should come from smartphones, which account for the majority of the AP consumption, followed by tablets and others such as smart TVs. Ultrabooks and white-box servers may become the next potential markets for the AP to shoot for.

Virtually securing all non-Apple/non-Samsung AP business, TSMC should be the key beneficiary in the AP market, where we forecast AP sales will contribute 12-13% of pure foundry sales in 2011, over 15% in 2012 and nearly 20% in 2015.


(4) High correlated with global growth




要成為晶圓代工產業龍頭,所需支出的資本越來越高:要成為領導廠商,開發FinFET製程技術所需成本約在20至30億美元,若 不想落後太多最起碼也要投資18億美元;以研發成本佔據總營收10%的比例來計算,需要達到90億美元的營收才夠,而且技術開發時間超過2年。而在 14奈米節點,要擁有適合的晶圓製程技術以及廠房設備,以每月4萬片晶圓產能計算,成本將超過50億美元。





估計到2018年,整體晶圓代工市場將達630億美元。一家擁有40%全球市佔率的晶圓代工業者,2018年的營收規模可達252億美元;擁有越高市佔率的晶圓代工廠,也能確保高利潤(這也會成為廠商繼續參與晶圓代工業務的動力)。

無論是對IDM廠商或是晶圓代工業者來說一個很大的問題是,隨著晶片微縮,開發先進製程技術的成本也越來越高。在20奈米節點,主要的成本來自於bulk CMOS技術,但到了 14奈米節點則是 FinFET 。在14奈米節點之後都能被解決。然而在FinFET的時代過去之後,半導體產業將會經歷一段非常陰霾的時期,那對無晶圓廠/晶圓代工業務模式,以及IDM廠商來說,將是另一個挑戰的開始。

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Company - TSMC

As TSMC clearly addressed this 28nm capacity issue with significant capex hike, we forecast its 28nm annual capacity will increase more than 40% this year from its original plan, ramping up to nearly 70k wpm in Dec and 150k by end-2013, from around 25-30k currently. So the shortage should ease by 4Q. Two wild cards are Samsung and UMC which may accelerate the ease of the shortage if executing well.

Production yields should not be an issue in our opinion, as we expect TSMC’s 28nm ramp to be comparable to the previous nodes (>=65nm), and faster than 40nm in terms of revenue contribution.




TSMC has controlled over 80% share in the 40nm market (c. 65% share in 65nm) and is now ramping 28nm fast where it virtually sees no competition this year,so we believe its rising ASP trend on blended basis will sustain through 2012, potentially helping expand margins ahead of the Street expectation.




Intel在電晶體的表現上勝出,TSMC在內導線(Inter-connect)比Intel好,在晶圓上做出更多的晶片,把集積密度做到極致,這方面台積電更是比Intel好很多。
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Competition advantages

半導體晶圓代工產業龍頭,台積電(2330)TSMC,不僅在以兩兆的市值穩居台股一哥。在晶圓代工市場也是不折不扣世界第一霸主,光台積電一家就囊括了全世界50個百分比的市場。相較之下,即便是 2 , 3, 4, 5 名的晶圓代工廠,全部相加仍然不及台積電一家獨霸的市占率(聯電UMC,中芯, 葛羅方德,三星)。
2012  市佔率  台積電TSMC 50%,聯電UMC 13%,葛羅方德Globalfoundries 12%, 三星Samsung 7%,中芯SIMC 4%

一般來說,企業經濟規模越大,才能較低的成本去生產產品,藉此使用較低的價格去搶市場,這方面最出名的當屬鴻海集團。在遠超所有競爭對手的市佔率同時,台積電依然抱持了超過五成以上的毛利率,這方也擊倒了所有的競爭對手。然而在台積電晶圓代工市場上,即便其他競爭對手犧牲自身毛利低價搶單,客戶仍然願意選擇較貴的台積電作為合作對象而不願意選擇其他的廠商,可以說客戶的黏著度之高,前所未有。

但何以一個代工的產業,竟然能夠做到將近五成的毛利,兩兆的市值,而且還在持續成長並未像台灣其他代工業處與西移降低成本的困境?

一個完整的晶圓代工廠所具備的數據有:

一。晶圓廠尺寸與廠數
晶圓廠尺寸越大所能夠提供的產能自然越多以外,晶圓代工最主要的成本來自於製成的加工,每片晶圓的尺寸越大可以使一次製程的過程產生較多的IC一次性成本的縮減帶來的就是單片毛利率可以往上提升,不過晶圓廠的尺寸越大,投資的成本會顯著的提高導致折舊攤提的成本也會大量的增加,如果不能使高吋數的產能滿運作,所增加的毛利往往會被侵蝕 。

二。製程單位技術
越好的製程技術可以讓電路更小更快更省電,提供IC設計廠商設計出更優良產品的可能,然而越高的製程技術會使得IC設計廠商每次測試製作光罩成本增加,以28nm單次下線成本就高達8000萬台幣以上來說,如果不具備掌握大型IC設計客戶廠商的能力,單單製程單位技術的提升並不能夠提升整體效益 。

三。良率
隨著製程越來越先進與晶圓廠規模越來越大,良率的達成率會越來越難,提升良率的方式只能進行製程整合與不斷的在生產測試中,去改變各種測試參數,才能慢慢的提升,毛利越高的規模與製程裡提升良率已成為晶圓廠最重要的要務。

四。IP服務能力
先設計好的一些工具電路,
使得IC設計廠當某方面不是他強項時可以使用這些電路來完成一個完整的設計,讓其創意可以被很快的實作成產品,不需要從頭到尾都自己設計,也讓晶圓代工廠可以分享到設計的利潤,讓代工不只是代工,在製作光罩產生測試晶片(俗稱下線),已經成為IC設計廠最大的成本來源的當下,每一次下線的失敗都會造成巨大的支出,擁有不用測試的IP電路與準確的製程參數資料,可以減少測試失敗的機率,大大縮減研發成本與時間,IP電路與已經成為晶圓代工業創造附加價值提升毛利的重要能力 。

無晶圓廠業者需要提供更詳細的設計資訊給晶圓代工夥伴,晶圓代工廠則需要有專門團隊與無晶圓廠晶片供應商的設計團隊合作,好讓客戶的產品能順利在晶圓廠生 產。晶圓代工廠也需要在設計佈建階段,與策略性無晶圓廠客戶在程式庫、IP等支援上有更緊密的合作。無論是晶圓代工廠或無晶圓廠內部的技能都必須強化,並 應該建立一種類IDM的運作架構。

Intel近年謹守著Tick-Tock;的開發步調,簡單解釋下Tick就是製程改良,而Tock則是新設計的處理器架構。台積電預計2013年量產20nm HKMG製程,預計2015在16nm製程開始提供FinFET製程,預計2015年開始投入生產,FinFET製程可顯著地改善速度與功率,並且降低漏電流。ARM將面臨來自22nm製程FinFET技術的強勁挑戰,「高通(Qualcomm)不能使用那種(22奈米)製程技術,」在大型的電信/網路設備應用中,低功耗都將該公司的一大重點。ARM系統比較關注SoC的整合。就SoC而言,英特爾正在使用32nm high-k金屬閘極平面CMOS進行生產。而台積電則使用28nm high-k金屬閘極,英特爾的22nm FinFET主要用來量產電腦晶片,但要將該技術用在包含大量週邊電路的SoC上並不是件容易的事。

在可見的2013年,不論是Android陣營與Win8陣營,必定會推出更多的內含Intel的產品來衝擊市場,英特爾更打算挾其更先進的28奈米FinFet製程優勢,來進一步的推升Atom省電核心的能力。2014年更打算將Wi-Fi模組整合進其中。

行動通訊處理晶片上,續航力一直是首要的考量之一,在這方面傳統X86架構的龍頭英特爾一直有無從入手之憾。然而隨著Atom Z2760的32奈米製程省電CPU正式發布,其配合搭載Win 8的平版可輕鬆到達7小時以上續航力,完全不輸Android的平版 。在台積電還不具備FinFet製造能力的當下,無疑的宣告在2013這個時間點有機會看到英特爾能夠推出市面上效益最高的移動處理器 。


隨半導體產業進入12吋晶圓廠的時代,光是開發一套光罩就動輒100萬美元以上,龐大的開發支出已經不是一般中小型IC設計公司所能負擔的。台積電推出光罩「共乘巴士」概念,將光罩分成幾個區塊,讓不同的IC設計客戶在同一個光罩上各自認養區塊,共同分擔光罩設計費用。

五。製成參數資料庫服務能力
製程參數是一些IC電路物理特性,不同的晶圓代工跟不同製程會有不同的量測結果,IC設計廠能取得越好越精準的製程參數資料庫,所設計出的IC電路的佈局就會越準確,效能就會越好,成本也會越低,由於不同晶圓代工廠製程參數資料庫不同,合作時會依據客戶的重要性給予不同準確度的資料,(就是不熟的客戶不會給你最好的製程參數資料庫)這個服務同時也是搶單的手段之一。

除了台積電具備獨步全球的寡佔先進製程技術,比如28奈米的製程技術(Intel 先進製程僅供自用)。然而其實所謂的先進製程,比如28奈米,其實也只佔台積電整體營收的10%左右。在另外90%在可以被競爭對手取代的市場上,台積電更可怕的是靠所謂的協助設計,靠販賣矽智財(IP)來綁住客戶。
蘋果也知道依賴代工廠的矽智財(IP)的危險,蘋果A6/A6X應用處理器不再使用安謀標準化架構,而是採用安謀Swift微架構及ARMv7s指令集,且由蘋果IC設計團隊自行完成設計,也未使用三星提供的矽智財。因此,蘋果雖然仍將A6/A6X交由三星以32奈米HKMG製程代工,但已可自行選擇晶圓代工廠,等於拿回生產主導權。


一旦客戶貪圖方便,不論是想跟競爭對手擁有一樣的功能,或是為了節省成本開發成本,而去使用了台積電提供的矽智財來完成電路設計。整個晶片產品的藍圖,就會有一部分為台積電所掌控,而廠商並不能轉讓這部分設計給其餘晶圓代工廠。一但廠商要出下一代的產品時 ( 可能是更好,更快,更便宜的晶片),除非願意重新花人力成本,以及相關的研發時程與費用,去重新補齊台積電當初協助設計的電路,才能更將這張設計圖發包給其他晶圓代工廠。

六。客戶信任
張忠謀昨已特別點出在晶圓製造方面,若在「不與客戶競爭」這一面,與其晶片應用領域仍與台積電存有一大段差距。台積電專注本業經營,技術領先、卓越製造與客戶信任關係的三大優勢在業界擁有領導地位。台積電在技術上雖然落後英特爾,但英特爾的半導體製程架構很難轉換,製造功力與客戶信任上,台積電毫無疑問也勝過英特爾,「英特爾1968年成立,1971年以後就再也沒謙卑過,三星則不是謙卑與否的問題,人家根本不相信他」。Samsung 應該是目前唯一一間自行設計並生產自家手機用的晶片的公司(蘋果設計但不生產)

自從進入次微米製程時代,EETimes美國版就有不少文章談到晶片設計業者與製程技術提供者之間,需要有更緊密的合作關係。Bohr認為,由於生產28奈米SoC需要在設計細節上有更緊密的交流,對高通來說,與同樣有生產手機SoC (Exynos)的競爭對手三星(Samsung)的代工夥伴合作,其風險會大過於任何機會

七。充足的資本支出
現在就要積極投資產能,才能確保未來的成長,而這不僅是「正確」的策略,更是「唯一」策略(not only the right strategy, but the only strategy)。足夠的資本支出除了是為建立具有彈性、可供客戶調配的產能,也是表現對客戶的信任,因此未來資本支出看起來是會往更多的方向走(今年台積電的資本支出已調高至80-85億美元)。

在全球前35大晶片製造商中,僅有6家在 2012年的資本支出高於2011年;這6家公司包括英特爾(Intel)、三星(Samsung)、海力士(Hynix)、台積電(TSMC)、聯電(UMC)與日商羅姆半導體(Rohm)。 以上6家半導體公司總計貢獻2012年整體半導體廠支出的三分之二。在 2012年度資本支出的前三大英特爾(Intel)為125億美元;三星電子(Samsung)為131億美元;第三名台積電(TSMC)為82.5億美元。

台積電董事長張忠謀以「Hate(痛恨)」來形容丟單老客戶阿爾特拉(Altera)的遺憾。張忠謀認為,英特爾不會全面性與台積電競爭,但台積電客戶如高通、博通、輝達均因使用安謀(ARM)架構處理器發展行動裝置晶片,這批安謀陣營與英特爾互為競爭,也都是台積電客戶,台積電對英特爾也嚴陣以待。

TSMC - 20奈米預計2014年第2季量產,2015年量產16奈米Finfet(高通逼的),預計2017年量產10奈米。
Intel- 22奈米Finfet2013年量產,2014年量產14奈米Finfet。

在2013-2015 Intel Finfet製程所產生的晶片有可能會掃掉高通的大半江山。 
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Industry competition

UMC
聯電第2季營收規模約為台積電的22%,不過聯電來自小於40奈米先進製程的營收貢獻,卻只有台積電的13%,除顯示其和台積電在先進製程發展軌跡上仍有段差距,在如今晶圓廠講求產能規模越大越好的情況下,聯電本就處於先天弱勢。如此看來,聯電和台積電於28奈米製程的差距恐難縮小。

三星
Samsung 應該是目前唯一一間自行設計並生產自家手機用的晶片的公司,與客戶會有利益衝突,但是產業上下游整合完整--三星有DRAM(市佔第一)、Soc(系統晶片)、Nand Flash(市佔第一)、OLED(市佔第一)、LCD,從最上游的晶圓到最下游的面板,都在三星一家公司裡。其中令人最戰慄的是,他的產品線從手機(全球第一名)、電視(全球第一名)、PC、NB(筆電)(全球前五大),完整供應鏈以及強而有力的產品線,三星是一個完美電子帝國。

18吋晶圓第一批入選的設備10台入選的機台中,竟有兩台是南韓半導體設備商。過去兩年三星不斷投資,入股南韓的半導體設備廠,並把三星內部發展的尖端技術,全移轉到這些子公司。南韓其實是有計劃地用臺、日的力量,替自己培養設備商「要拿三星訂單,就要用南韓設備」。「這是一個很大的威脅,」清大工業工程系特聘教授、智慧電子國家型計劃產業推動召集人簡禎富說,三大因素合圍,讓半導體設備變成三星和台積電競爭的決戰關鍵。

原因一:摩爾定律逼近極限。過去台積電能享受接近五成的高毛利率,係因台積電先進製程上不斷「超車」,降低成本綁住客戶,過去晶圓生產成本一年降幅幾可達29%,但隨著摩爾定律逼近極限,維持成本優勢日益困難。線路寬度直接挑戰10nm,離理論上半導體線寬7nm的極限,已經不遠。

原因二:一線設備商整併。這兩年,有能力開發先進製程的設備商越來越少,未來設備商將有更大的主動權。

原因三:半導體技術改變,也會改變半導體設備產業的競爭局勢。

如果無法再快速降低成本,晶圓代工將變成成熟產業,「台積電的核心能力會跑到設備商身上去」。 一旦三星打入18吋設備供應鏈,不但自己掌握關鍵設備,還可以把舊的機臺賣給對手,最新的機臺留給自己用,提高自己的競爭優勢。英特爾也長期投資半導體設備商,甚至可以用比別人舊兩代的機器,調整後,做出最先進的製程。晶圓製造的九百多道程序裏,只要有幾道被三星掌握,就將影響台積電的成本結構競爭力,而且,三星擅長借力使力,「他們會要求IC設計公司,你要打入我的手機供應鏈,就要用我的晶圓代工製程,」一位半導體業者透露,三星重施垂直整合戰法,夾擊台積電。

台積電2012年的總產能,則為一千五百零八萬片,比三星多一.四倍,但「2012年是有史以來第一次,三星在晶圓代工領域(三星大型積體電路部門)的投資金額(70億美元 vs TSMC 82.5億美元 ),超過DRAM。」三星因同時擁有DRAM 和Flash 製程領先優勢,加上承接蘋果處理器所累積的邏輯代工及整合芯片技術經驗,未來趕進入3D IC 世代,可能很快即可趕上台積電成為勁敵。摩根士丹利出具報告直指,三星正啟動前所未有的大投資應戰,「晶圓代工和OLED(有機發光二極體)將是三星未來的主要成長動能。」報告中說。三星擅長大量製造,台積電擅長的小量多樣生產,並不是他們的強項。

關鍵一:營業利益率是否高於一三%。

三星過去每年平均營收成長都有一○%左右的表現。景氣循環可能影響台積電和三星競爭,如果晶圓代工景氣處於高點,RAM和面板卻處於低點,將拖累三星整體戰力,三星要縮小差距會更吃力。

關鍵二:資本支出增加的幅度是否超過一一%。

三星若像台積電一樣,看壞景氣,卻加碼半導體資本支出,就表示三星要下定決心拉近和台積電的距離,2012年三星資本支出比去年增加一一%。

關鍵三:三星搶單占新客戶訂單比重是否超過一五%。

在簽約之前,透露潛在客戶的名字高通(Qualcomm),並不是常有現象,「拿到占客戶一五%到二○%的訂單,才算主要的第二供應商。」


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Risk

(1) 新世代的衝擊 - 異質整合與3D-IC

在台積電擁有這麼強大協助設計的團隊,遠遠領先對手的先進製程技術下,消費電子業重中之中的龍頭,蘋果(Apple),依然在台積電派出了接近兩百名工程師協助設計的情況下,將手中的最重要的A6處理器的訂單,轉給了市占率僅僅7% 的三星電子。

矽智財有一個致命的缺點,就是只能做同樣製程的電路整合,也就是同質整合!然而並非所有的電路,都可以使用相同的製程製造。許多類比電路以及記憶體都不能夠使用28奈米的方式製造,廠商如果要使用這些功能,勢必只能找其他廠商購買另一片晶片。然而隨著3D-IC技術的出現,不同製程的晶片的異質整合即將化為現實。然而這確不是過往台積電的強項

即便台積電可以做好3D-IC的異質整合,台積電仍然無法自行生產記憶體,也就是即使台積電提供蘋果記憶體與處理器整合的服務。仍然需要與其他記憶體廠商合作,已取得記憶體貨源以及測試相關技術。而僅僅三星電子與海力士,就囊括了全世界行動裝置記憶體市場的75個百分比的市占,在同時具備記憶體貨源與測試保證,以及異質整合技術的情況下,本來於晶圓代工業排行老四的三星電子,完全取代了聯電,成為了張忠謀口中的可敬的對手。
台積電在2012年從日月光,矽品,力成合計共挖角400人,成立封裝研發團隊開始,正式宣告了半導體業上下游進入了新戰國時代。


TSMC 晶圓代工在許多技術上領先,但是 SOI ( Silicon On Isolate ) 及 Embed Nand flash、Nor Flash 技術落後,所以三星 ( Samsung ) 是晶圓代工黑馬。

(2) 十八吋晶圓之爭

台積電昨(2011/11/10)日宣布啟動18吋晶圓廠投資計畫,預計2013年導入試產線,2015年以20奈米開始量產。業界估計,屆時台積電投資金額上看百億美元(約新台幣2,900億元),拉開與三星、全球晶圓的資金與技術門檻差距,進度與英特爾幾乎同步。為了達到3,200萬片8吋約當晶圓的產能需求,若以現在的12吋晶圓進行生產,台積電得雇用2萬7,000名工程師維持29座廠房營運,但如果採用18吋晶圓,只需要2萬名工程師、22座廠房。「18吋晶圓不是一個技術議題,而是一個在這些日子以來比技術更重要的經濟議題。」蔣尚義表示。

全球半導體產業18吋晶圓世代,台積電肩負起領頭羊角色,其已與英特爾(Intel)等4家同業共同在美國紐約州成立「Global 450 Consortium」,研發18吋晶圓技術。台積電指出,18吋晶圓絕非單打獨鬥可完成,不僅晶圓廠要攜手合作,設備機台、材料商亦要努力突破技術障礙,預計2014年95%的18吋設備商可就定位,台積電18吋晶圓可在2015年左右小量產出。台積電18吋晶圓量產又將以20奈米導入,製程技術比英特爾的22奈米還先進。

造價昂貴的十八吋晶圓設備也有極高的生產效益,,十八吋晶圓所能切割出的晶粒數,是十二吋晶圓的2.25倍。實際上,十二吋晶圓廠的產能往往是八吋晶圓廠的4~5倍,這個情形也很可能會發生在十八吋晶圓廠。

十八吋晶圓廠的造價也非常昂貴,業界估計造價在2,500億元以上,遠高於十二吋晶圓廠的800~1,000億元。此外,有能力投入十八吋矽晶圓生產的廠商,可能只有在十二吋矽晶圓具有領先地位的日商信越(Shin-Etsu Handotai),日商小松(SUMCO),德商世創電材(Siltronic),因此十八吋矽晶圓的售價可能也會遠高於十二吋矽晶圓。

從ASML向英特爾, 台積電, 三星尋求金援, 我們就能看出大部分的設備業者都沒有能力獨力開發十八吋晶圓設備, 光罩業者也表示, 恐怕很難製作出比現有十二吋更大的光罩. 此外, 製程開發, 良率提升, 矽晶圓搬運, 也都是難以克服的問題, 因此業界估計十八吋晶圓廠要等到2017年才能順利運作。英特爾(Intel)投資41億美元取得半導體設備業者ASML(ASML)15 %股權,也承諾將進一步採購450mm和EUV技術的開發和生產工具,意圖藉由ASML在20nm極速紫外光技術的領先優勢,擴大與競爭對手間在高階製程的技術差距。一旦ASML的工具準備就緒,包括三星、台積電和其他任何想跟進的廠商,都得付錢購買新工具,如果三星和台積電放棄這個機會,他們獲得新工具的順序就會排在英特爾之後了。三星、台積電和任何其他可能投資的公司若再不展開行動,屆時就可能會發現自己被拒於新技術的門外。

在英特爾(Intel)負責製程技術部門的高層Mark Bohr指出表示英特爾已經使用浸潤式微影技術,完成下一代14奈米節點製程的特性描述;其成果不只是「令人振奮」,也意味著該公司可望將浸潤式微影技術運用 到仍在初期計畫階段的10奈米節點:「我們認為已經找到在10奈米節點運用浸潤式微影技術的解決方案──我們也很樂意使用超紫外光(EUV)微影技術,但 不抱太大期望。」

英特爾(Intel)投資設備商 ASML 公司 41億美元的舉動,跟在餐廳侍者上菜前就先付賬的做法沒有什麼不同。但 ASML 有理由這樣做。2002年前,當半導體產業開始從200mm晶圓過渡到300mm晶圓時,晶片製造商們便說服工具供應商來為新製程的研發買單,並承諾他們將憑藉著強勁的晶片銷售來回饋給新系統。然而,當網路泡沫來臨時,晶片製造商決定推遲部署300mm產能,可想而知許多設備界的高層有多痛苦了。 ASML 公司已經預見到,僅有少數晶片製造商會購買新工具,投資報酬率將非常有限。

這是一場Intel, ASML, TSMC, Samsung的賽局
,基於確認有市場ASML邀請龍頭入股,Intel投入$4.1B來加高TSMC, Samsung競爭門檻,並備妥其他方案(10奈米節點運用浸潤式微影技術的解決方案),就如同買未來技術保險,除非TSMC確認EUV已不可行,付這保險費會加重競爭者負擔。

晶圓代工龍頭台積電20120805宣佈加入微影設備大廠荷商艾司摩爾(ASML)的「客戶聯合投資專案」(Customer Co-Investment Program),總投資金額高達11.14億歐元(約新台幣407億元),包括取得ASML的5%股權,並加入極紫外光(EUV)及18吋晶圓設備的研發計畫。根據台積電及ASML達成協議,台積電將投資ASML約8.38億歐元,在ASML第2階段釋股中,取得該公司5%股權,每股認購價格與英特爾相同。台積電承諾未來5年共投入2.76億歐元,加入ASML發起的18吋晶圓設備及EUV微影技術研發基金,佔該基金出資額約2成。

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半導體製造是透過”微影”的方式,先在晶片上塗一層光阻劑,再利用光線的投射,將光罩的圖案轉印到晶片上,接著以強酸蝕刻的方式清除曝光的部份,最後再清洗晶片上殘留的化學藥劑。可想而知,在微影的過程中,必要條件就是轉印要非常清晰,否則很難蝕刻出工程師們想要的電路。台積電林本堅先生以”水”作為介質,利用水的折射率小於空氣的特性,讓光線能聚焦在更細小的區域,以縮小線寬。這項創新,讓台積電得以光源波長193nm的”浸潤式微影技術”設備領先開發出45nm技術,拉開與競爭對手的差距。

林本堅指出,28奈米採浸潤式微影技術,是單次曝光的最後一代。由於考量市場需求及掌握時效,因此台積電決定採既有設備、以浸潤式微影技術、重複曝光 (double patterning) 的方式,推出20奈米製程技術服務客戶。這麼作的好處是,設備是現有的,不必等,但缺點是,多次曝光使得成本提高。不過,林本堅強調,台積電認為把握時間 很重要,因為市場確實有需求。
台積電計劃在2015年量產14奈米節點製程。蔣尚義表示,浸潤式微影技術在14奈米節點會變得非常昂貴;而雖然EUV與電子束微影設備的成本也很高,估計至少需要1.2億美元,但還是會比以浸潤式微影技術進行雙重圖形來得便宜許多。

新世代的光源有兩大候選: 電子束(e-beam),超紫外光(EUV),但兩者都有難以解決的問題。不論浸潤式顯影導入雙重曝光或深紫外光(EUV)技術,未來頂多只能再維持1~2個製程世代,多重電子束(Multiple E-beam Direct Write)將是不可或缺解決方案,且能徹底解決光罩問題。

超紫外光的波長只有13.5nm,既然要縮小線寬,光源波長當然是越小越好,可惜超紫外光有個很嚴重的缺陷,就是任何材質的東西都很容易吸收這種光線。而在傳統的曝光過程中,也就是透過光線投射轉印光罩圖案的過程,光源必須多次穿過透鏡,才能聚焦在晶片上。在這個過程中,超紫外光的能量會被吸收殆盡,因此曝光過程要重新設計,將透鏡改為反射鏡,才能解決這個問題。反射式光罩的成本高昂,製作困難,且在反射的過程中,光線能量會受到折損,多次反射下來可能只剩下不到10%的能量,所以光線的能量要很高。

電子束,是將電子射向光阻來進行曝光,電子束直寫微影技術,最大的好處是直接投射不使用光罩,節省光罩的鉅額成本及時間。其實電子束直寫微影技術早在GaAs製程便開始使用,為何直到現在才受到CMOS製程的關注呢?原因在於電子束直寫微影技術需要每秒3~7Gbits的反應速度,在以往是一個很花時間的製程,摩爾定理推動了處理器的運算速度,在此時也提供了所需的反應速度來推動摩爾定理!且外,高能量的電子束射向光阻後,常會使附近不該曝光的部份也曝光了,造成線路不夠清晰,線路之間分際不明確,甚至是整條線消失的情形。如果調弱電子束的能量,則可能無法穿透光阻而四處散射,造成線路粗細不一。

晶圓廠的產能需要達到每小時100片以上晶圓片,但到目前為止,超紫外光(EUV)微影技術產量最多僅能達到每小時5片晶圓;其他兩種採用多重電子束直寫方案的備選微影技術,一小時的產量甚至不到1片晶圓。蔣尚義表示「如果我們無法讓EUV或電子束微影設備,達到每小時100片晶圓的產量,我們可能會看到很少有客戶願意繼續邁向更精細的製程技術節點,因為成本實在太高。」

(3) 台積電未來走向

張忠謀指出,半導體的「摩爾定律」在未來6至8年就會到極限,等於縱向的發展跑完,也驅使台積電未來將朝橫向發展,包括低耗電、微積電、影像感測等領域發展。 張忠謀仍強調太陽能與發光二極體(LED)是台積電未來的兩大發展主軸。台積電目前在太陽能是以研發薄膜太陽能為主,雖然目前市場上以晶矽為基礎的業者占多數,但他認為,薄膜還是非常有潛力,成本有很大的下降空間,不過,晶矽的發展也靜止,未來的發展潛力也是相當看好。

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Financial Forecasting

28nm 進度:2Q12 已達TSMC 營收7%,3Q12 台積電28nm 出貨量將較2Q12成長一倍, 對照台積電3Q12 的12 吋產能由前次法說預估的96.4 萬片/季提升至101 萬片/季,上調幅度4.7%,推估28nm 擴充速度較前季預期快。公司目前28nm 產能規劃維持原先預期2012 年底6.8 萬片/月的進度,4Q12 在產能到位後,預估28nm 佔營收比重可達20%。不過2012 年28nm 毛利率都將低於公司平均水準, 預期在1Q13 才可回升到公司平均45-50%的水準。

台積電的28奈米產能冠於晶圓代工產業,這部分佔公司2012年第1、2、3、4季營收分別為5%、7%、10%、20%,下季營收可望突破百億元。

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Leaders

張忠謀為MIT機械工程系,獲得學士及碩士學位。早年進入希凡尼亞公司工作,正式進入半導體領域,1958年到德州儀器公司半導體事業部工作,最高職位是擔任全球副總裁,是當時美國跨國公司中,極少數華人高階主管,1983年因理念與董事會不合離開德州儀器,改入通用儀器公司擔任總裁。

1985年,行政院長孫運璿找挖角德州儀器總經理張忠謀回國,創立晶圓代工產業,完備新竹科學園區上下游聚落,開啟了台灣經濟奇蹟新的一頁。隨著竹科走過二十五個年頭,台灣市值的龍頭仍是晶圓代工業當初創立的台積電為王,將近兩兆的市值影響了大盤八個百分比。張忠謀有「臺灣半導體教父」之稱。

台積電董事長張忠謀在1997年初,提出台積電由製造業轉朝「服務業」發展的願景,而建立虛擬晶圓廠就是具體行動。這項行動的目標在使客戶能隨時連上台積電網站,查看自己下單的晶圓片,在台積電產品線上的進行狀況,就好像進出自家晶圓廠一般,不但為客戶解決自行投資建廠的煩惱,也讓客戶提高對台積電的依賴程度。

台積電虛擬晶圓廠已實行的部分,包含接單、定價、時程排定、退貨、出貨及稅務計算的「全面訂單管理」(Total Order Management System, TOM)、「線上科技資訊系統」(On-line Technical Information System, OTIS)、「良率改善工具」TSMC-YES(TSMC Yield Enhancem
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