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  一本書看懂晶片產業
  一部中國半導體業「Insider」的觀察筆記──什麼是晶片?為什麼晶片產業如此重要?台灣、美國、中國、日本、韓國,又如何在這場高科技戰中布局?作者謝志峰為中國大陸知名高科技產業專家,親自參與創建晶圓廠,並深入研究中國高科技產業。他特別為「非高科技人」以及想要「投身高科技業」的新秀,寫了這本入門指南。是目前市面上唯一介紹「什麼是晶片產業」的入門書,也是第一本全面介紹中國半導體業概況的著作。非常適合想要投身高科技業的學生閱讀。


.作者:謝志峰、陳大明
.譯者:
.分類:財經
.出版社:早安財經
.出版日期:2019/09/04
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文章節錄
《一本書看懂晶片產業:給未來科技人的入門指南》

  勇於創新、善於創新的前提是準確的認知和判斷。只有樹立全球視野、把握發展規律、準確判斷方向,積體電路企業的投資才不至於白費。對於尼康和佳能的落敗,日本一橋大學創新研究中心教授中馬宏之曾經進行深入的研究。他在比較中發現,阿斯麥的微影機中九十%零件向外採購,其比率遠高於尼康和佳能。這種高度外包的策略,使阿斯麥得以快速集成各領域最先進的技術,而自身則專注於客戶需求和系統整合。

  然而,僅從表面上看,阿斯麥的策略也有其限制: 如果供應商的一個環節出現問題,那麼整個系統研發或將為此延後,從而付出巨大的成本。對此,阿斯麥給出的答案是,供應商也是「合作夥伴」,在其通過嚴苛的品質審查後,阿斯麥才會邀請他們參與設計,從而攻克極紫外光刻技術(ExtremeUltra-Violet Lithography,簡稱EUVL)等難題。

  同時,阿斯麥首席技術長范登.布令克(M. van den Brink)認為,「有些技術我們還得自己發展,我們只挑選最關鍵的部分來突破。」對於阿斯麥為什麼會選擇開放式創新,韋尼克的回答是: 「只有一個詞就是『窮困』。窮困激發創意。一九八四年,我們懷抱著顛覆產業的夢想,從飛利浦獨立出來。當時飛利浦經濟情況很糟,正執行一個很大規模的裁員計畫,沒辦法給我們經費。那我們怎麼辦?我們去找政府爭取經費,去找供應商,告訴他們我們的構想,問他們一起做好嗎?我們跟你分享利潤。我們因此打造了一個很大的研發網絡。阿斯麥的供應商不只供應零件,還供應知識。我們還有很多研發夥伴,包括荷蘭的大學、歐洲研究機構。例如,我們跟距離不遠的比利時校際微電子研究中心(IMEC)關係很密切。他們永遠可以用很低的價格,拿到我們最新的機台(設備); 我們也可以藉此提前了解下一代晶片技術的需求。」
極紫外光刻技術是阿斯麥攻堅克難過程中的頂級技術。浸潤式微影機的發展,使曝光與顯影的線距得以縮至四十五奈米、三十二奈米。在二十二奈米工藝中,雙重/多重顯影技術(Double / MultiPatterning Technology)運用時,曝光鏡頭設計和光罩設計都已經越來越複雜。後來,在十四/十六奈米工藝中,除導入等離子體或電子束(E-Beam)、多重曝光顯影(Multiple Patterning Lithography)等新科技外,人們對極紫外光刻技術有了更多的期待。

  極紫外光刻技術採用高功率的二氧化碳雷射器,波長僅十三.五奈米,是氟化氬雷射光波長一百九十三奈米的十四分之一。與氟化氪、氟化氬雷射穿透石英玻璃搭配光阻的曝光顯影方式不同,極紫外光必須在真空環境下曝光──空氣、石英玻璃與光罩保護膜等任何材料都會吸收極紫外光。因此,極紫外光刻採用反射式光罩──利用反射鏡片及聚光多層膜反射鏡將光罩上的圖案反射、聚焦到曝光盒。

  但是,這種處理方式又帶來了多層膜反射鏡吸收大量極紫外光源問題。除了上述問題,以及超高功率雷射光源、真空環境帶來的潔淨度控制等挑戰外,過短波長的繞射現象造成的光罩、晶圓邊緣過度曝光等問題,也會導致晶圓合格率不佳和頻繁檢測等問題。這些都是需要克服的難題。這些難題,也是造成極紫外光刻的研發速度不及預期的原因。

  極紫外光刻技術的最早研發,是一九六年美國桑迪亞國家實驗室(Sandia National Laboratories)、加州大學柏克萊分校與朗訊科技共同開發的。當時的半導體工藝線寬還在一百八十奈米左右。二○○八年,IBM、AMD加入開發後,在紐約州立大學阿爾巴尼分校奈米科學與技術學院展開了極紫外光刻機的初步研發,當時的工藝線寬在九十奈米。

  後來,台灣的同步輻射研究中心在二○○八年、二○一四年兩期的奈米計畫中,於新竹建造了極紫外光刻研究實驗站,並設計建造了EUV反射儀、光阻分析系統、頻譜系統與同步極紫外光雷射光源,並接受阿斯麥、日產化學、台積電的委託,展開極紫外光刻機設備相關的曝光、顯影、晶圓檢測等技術研發。在利用極紫外光刻的半導體工藝中,高效能光阻劑、真空曝光盒等都具有極高的難度。為了加速工藝發展,二○一二年阿斯麥邀請英特爾共同參與極紫外光微影量產技術與設備研發。當時,英特爾投入四十一億美元,占十五%的股權。其後,台積電和三星分別投資十四億、九.七五億美元,以確保在未來的十奈米、七奈米製造中獲得「入場券」。
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