因为通讯产品和网络的蓬勃发展,上一波经济成长维持了十年多的景气荣景。上一波景气在上一世纪的最后一年之第三季开始走下坡,不景气时间愈拖愈久,随着网络泡沫化,不景气更形严重。
美国联邦准备理事会多次调降基本利率,正要带来春天的燕子,到太平洋彼岸。不料,2001年9月11日发生纽约世贸中心双塔被飞机炸弹攻击事件,财产损失已经够严重,而心理层面的悲观,促使美国人民与企业减少消费性支出。经济学评估,911事件将延后美国景气复苏至少六个月。台湾的经济景气循环受美国影响很大,电子产业尤然,可谓如影随形。
半导体产业现况及趋势
产值已是全世界排名第四的台湾半导体晶圆业,正处在最寒冷的冬季,台积电与联华电子产能利用率大为降低,与过去荣景比较,利润微薄。生产内存的晶圆厂更惨,128MB DRAM市场现货价格由当初每颗20美元,跌落到1美元。
预计2001年将有三到五家公司加入五十亿元俱乐部。所以台湾的晶圆厂势必要检讨公司营运计划,缓建新厂,减少财务支出。除此之外,现存晶圆厂必须趁不景气、生产设备使用率低时,利用空挡,开发下一代制程。今年第一季0.18um制程已成为成熟的主流制程,跳跃过0.15um,晶圆厂已加速开发0.13um制程。许多知名的半导体产业研究机构预测公元2003年将走到0.1um制程。
制程研发现况
目前晶圆厂曝光机大多用波长为248 nm的光源,若走到0.1um制程,特别精准层必须开始使用193 nm的光源。事实上台湾已有三到五台193 nm的曝光机,但其微影制程( lithography )尚未开发成熟,若要继续使用248 nm曝光机,则必需要用相位移光罩,或附有光学近接干扰修正(optical proximity correction,简称OPC)图案的光罩。
光罩工业现况
在1998年左右,台湾新成立三家光罩公司,加上原来的两家独立光罩公司(merchant mask shop)及两个晶圆厂附属光罩部门(captive mask shop),非常短期间内,因为光罩产能超过需求,流血竞争,许多光罩厂亏损累累。公元2000年是台湾光罩业的整合(consolidation)年,一连串的合并,台湾光罩厂减少为如(表一)所列的五家。
如表所示,光罩产值平均以每年约以60%以上成长。年轻的光罩厂也在2000年时转亏为盈,并在2001上半年尝到利润大幅增加的甜头。随着不景气时间拖得愈来愈长,光罩厂利润在下半年开始下降。根据现况及景气不知何时回升,今后一、二年应该不会有新光罩厂加入,否则杀戮战场又将重现。
(表一) 光罩厂之营业状况及市场之评估(单位 : 亿台币) |
光罩厂 |
1999营业额 |
2000营业额 |
2001营业额预估 |
台积电 (TSMC) |
25 |
60 |
100 |
台湾光罩 (TMC) |
15.6 |
20.7 |
28.4 |
中华凸版 (TCE) |
5.4 |
10 |
15 |
翔准先进 (PSMC) |
4.6 |
10 |
16 |
中华杜邦 (DPT) |
4.2 |
11.3 |
16 |
新台科技 (INNOVA) |
3.5 |
NA |
0 |
世大 (WSMC) |
2.4 |
NA |
0 |
TOTAL |
61.1 |
96.5 |
175.4 |
<数据源:各公司、工研院电子所 ITIS 计划,Apr. 2000> |
光罩及光罩制程技术
在光罩的制作技术部分,大致可以分成传统光罩、相位移光罩技术( Phase Shift Mask;简称PSM)、光学近接修正光罩技术(Optical Proximity Correction;简称OPC)等三种。
三种技术区别
传统光罩的精密程度不高,适用微距(critical dimension; 简称CD)较宽的制程。相位移光罩是利用不同相位的光源,来消除光之干射及绕射现象,主要功能为提高分辨率、及景深(Depth of Focus;简称DOF),从而增加微影制程的Process Latitude,被应用在精密程度较高的制程。光学近接修正主要用来修正晶圆微影制程时,因设计线路所在环境不同,而造成晶圆线宽的分布不均,及修正线路端造成线端缩短的现象。
目前各光罩厂正积极开发给0.13um晶圆制程的光罩制程,两年后就需要0.1um晶圆制程的光罩。当分辨率要达到0.4um (0.1 x 4)时,现有的雷射光罩读写机(laser writer),无法解析出来,必须使用电子束光罩读写机(Electron Beam writer)。并且为了达到严谨的线宽均匀度(CD uniform)要求,电子束读写机必须在长期间内保持高稳定性曝光(其实是曝电子)能力。市面上已有高稳定性电子束读写机,且分辨率极佳,这种读写机可用来制造型有OPC structures的光罩。
两种蚀刻法
过去传统光罩(Binary Mask)都用湿式蚀刻法(wet etch),因为其本身蚀刻特性,用来做0.13um或0.1um光罩相当困难。干式蚀刻法(dry etch,使用电浆)具有不等向蚀刻(anisotropic etch),small process bias,和较佳的均匀度等长处,被用来制作高阶(high end)传统光罩。干式蚀刻法也有它的弱点。因为它的制程特性,容易在光罩上造成缺陷,且缺陷数目多,缺点修补困难,若无法修补大缺陷,或修补耗时太多,则必须重做光罩。如何减少缺陷,提高干蚀刻制程良率(yield),对工程师是一大挑战。
做到0.1um制程,晶圆厂在关键层(critical layers)可能使用193nm的曝光机,如微影制程须要更大的制程操作空间(process latitude),可使用半透光相位移光罩(Half Tone Phase Shift Mask)。业界使用的半透光材料主要是氮氧基硅化钼(MoSiOxNy),日本供货商已用MoSiOxNy做出6%透光率的空白片(mask blanks),适用193nm波长,唯材料均匀度及缺陷控制,仍待改善。参考(图一)、(图二)。