因為通訊產品和網路的蓬勃發展,上一波經濟成長維持了十年多的景氣榮景。上一波景氣在上一世紀的最後一年之第三季開始走下坡,不景氣時間愈拖愈久,隨著網路泡沫化,不景氣更形嚴重。
美國聯邦準備理事會多次調降基本利率,正要帶來春天的燕子,到太平洋彼岸。不料,2001年9月11日發生紐約世貿中心雙塔被飛機炸彈攻擊事件,財產損失已經夠嚴重,而心理層面的悲觀,促使美國人民與企業減少消費性支出。經濟學評估,911事件將延後美國景氣復甦至少六個月。台灣的經濟景氣循環受美國影響很大,電子產業尤然,可謂如影隨形。
半導體產業現況及趨勢
產值已是全世界排名第四的台灣半導體晶圓業,正處在最寒冷的冬季,台積電與聯華電子產能利用率大為降低,與過去榮景比較,利潤微薄。生產記憶體的晶圓廠更慘,128MB DRAM市場現貨價格由當初每顆20美元,跌落到1美元。
預計2001年將有三到五家公司加入五十億元俱樂部。所以台灣的晶圓廠勢必要檢討公司營運計劃,緩建新廠,減少財務支出。除此之外,現存晶圓廠必須趁不景氣、生產設備使用率低時,利用空擋,開發下一代製程。今年第一季0.18um製程已成為成熟的主流製程,跳躍過0.15um,晶圓廠已加速開發0.13um製程。許多知名的半導體產業研究機構預測西元2003年將走到0.1um製程。
製程研發現況
目前晶圓廠曝光機大多用波長為248 nm的光源,若走到0.1um製程,特別精準層必須開始使用193 nm的光源。事實上台灣已有三到五台193 nm的曝光機,但其微影製程( lithography )尚未開發成熟,若要繼續使用248 nm曝光機,則必需要用相位移光罩,或附有光學近接干擾修正(optical proximity correction,簡稱OPC)圖案的光罩。
光罩工業現況
在1998年左右,台灣新成立三家光罩公司,加上原來的兩家獨立光罩公司(merchant mask shop)及兩個晶圓廠附屬光罩部門(captive mask shop),非常短期間內,因為光罩產能超過需求,流血競爭,許多光罩廠虧損累累。西元2000年是台灣光罩業的整合(consolidation)年,一連串的合併,台灣光罩廠減少為如(表一)所列的五家。
如表所示,光罩產值平均以每年約以60%以上成長。年輕的光罩廠也在2000年時轉虧為盈,並在2001上半年嚐到利潤大幅增加的甜頭。隨著不景氣時間拖得愈來愈長,光罩廠利潤在下半年開始下降。根據現況及景氣不知何時回升,今後一、二年應該不會有新光罩廠加入,否則殺戮戰場又將重現。
(表一) 光罩廠之營業狀況及市場之評估(單位 : 億台幣) |
光罩廠 |
1999營業額 |
2000營業額 |
2001營業額預估 |
台積電 (TSMC) |
25 |
60 |
100 |
台灣光罩 (TMC) |
15.6 |
20.7 |
28.4 |
中華凸版 (TCE) |
5.4 |
10 |
15 |
翔準先進 (PSMC) |
4.6 |
10 |
16 |
中華杜邦 (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 |
<資料來源:各公司、工研院電子所 ITIS 計劃,Apr. 2000> |
光罩及光罩製程技術
在光罩的製作技術部分,大致可以分成傳統光罩、相位移光罩技術( Phase Shift Mask;簡稱PSM)、光學近接修正光罩技術(Optical Proximity Correction;簡稱OPC)等三種。
三種技術區別
傳統光罩的精密程度不高,適用微距(critical dimension; 簡稱CD)較寬的製程。相位移光罩是利用不同相位的光源,來消除光之干射及繞射現象,主要功能為提高解析度、及景深(Depth of Focus;簡稱DOF),從而增加微影製程的Process Latitude,被應用在精密程度較高的製程。光學近接修正主要用來修正晶圓微影製程時,因設計線路所在環境不同,而造成晶圓線寬的分布不均,及修正線路端造成線端縮短的現象。
目前各光罩廠正積極開發給0.13um晶圓製程的光罩製程,兩年後就需要0.1um晶圓製程的光罩。當解析度要達到0.4um (0.1 x 4)時,現有的雷射光罩讀寫機(laser writer),無法解析出來,必須使用電子束光罩讀寫機(Electron Beam writer)。並且為了達到嚴謹的線寬均勻度(CD uniform)要求,電子束讀寫機必須在長期間內保持高穩定性曝光(其實是曝電子)能力。市面上已有高穩定性電子束讀寫機,且解析度極佳,這種讀寫機可用來製造型有OPC structures的光罩。
兩種蝕刻法
過去傳統光罩(Binary Mask)都用濕式蝕刻法(wet etch),因為其本身蝕刻特性,用來做0.13um或0.1um光罩相當困難。乾式蝕刻法(dry etch,使用電漿)具有不等向蝕刻(anisotropic etch),small process bias,和較佳的均勻度等長處,被用來製作高階(high end)傳統光罩。乾式蝕刻法也有它的弱點。因為它的製程特性,容易在光罩上造成缺陷,且缺陷數目多,缺點修補困難,若無法修補大缺陷,或修補耗時太多,則必須重做光罩。如何減少缺陷,提高乾蝕刻製程良率(yield),對工程師是一大挑戰。
做到0.1um製程,晶圓廠在關鍵層(critical layers)可能使用193nm的曝光機,如微影製程須要更大的製程操作空間(process latitude),可使用半透光相位移光罩(Half Tone Phase Shift Mask)。業界使用的半透光材料主要是氮氧基矽化鉬(MoSiOxNy),日本供應商已用MoSiOxNy做出6%透光率的空白片(mask blanks),適用193nm波長,唯材料均勻度及缺陷控制,仍待改善。參考(圖一)、(圖二)。