Pierwsze fabryki półprzewodników na płytkach 450mm ruszą najpóźniej w 2017 r.

Celem ich rozwoju, a zarazem przejścia na nowy standard wielkości płytek jest dla czołowych zaawansowanych producentów półprzewodników zwiększenie liczby układów uzyskiwanych z jednej płytki podłożowej i, co za tym idzie, opłacalności wytwarzania.

Jednym z projektów, o wartości 4,8 mld dol., jest tzw. Konsorcjum Global 450, realizowany od blisko roku w kompleksie Albany NanoTech w Nowym Jorku, do którego przystąpili m.in. Intel, IBM, Globalfoundries, Samsung i TSMC. I chociaż wydaje się, że najwięksi producenci układów scalonych dokładają wszelkich starań, aby jak najszybciej rozpocząć wytwarzanie w oparciu o płytki 450mm, nie do końca jest pewne, kiedy nowa technologia będzie gotowa oraz ilu innych dostawców układów przyłączy się do przechodzenia na duże płytki.

Opinii SEMI częściowo wtóruje inna firma badania rynku, Gartner, przewidując początek rozpowszechnienia wykorzystania płytek 450mm najwcześniej na 2018 r., za bardziej prawdopodobny termin uznając jednak lata 2019-2020. Gartner oczekuje, że pierwsze narzędzia testowe alfa staną się dostępne jeszcze w tym lub na początku przyszłego roku, natomiast pierwsze narzędzia produkcyjne pojawią się dopiero w latach 2016-2017.

Trudności określenia daty upowszechnienia się nowego standardu wiążą się z tym, że tak naprawdę dopiero przy pierwszych uruchomieniach narzędzi do obróbki płytek 450-milimetrowych okaże się jak trudne jest samo przejście na nowy wymiar płytek, oraz jak płytki o dużej średnicy się sprawdzą przy zachowaniu wyśrubowanych rygorów produkcji układów scalonych.

Narzędzia od ASML

Rys. 1. Liczba dużych fabryk półprzewodników według wymiarów płytek podłożowych, źródło: SEMI

Zdaniem analityków Gartnera łączne koszty badań i rozwoju narzędzi do standardu 450mm wyniosą 17 mld dol., z czego około 2 mld dol. przypadną na rok obecny. Jest to prognoza wypośrodkowana, szacunki kosztów B+R wahają się w przedziale kwot od 10 mld do 40 mld dol., a dokładniejsze dane będą dostępne w miarę wdrażania nowej technologii w fabrykach układów. Zdaniem Gartnera obecnie przejście na płytki 450-milimetrowe jest nieuchronne, a dziesięciu największych dostawców wyposażenia fabrycznego poniesie 80% wszystkich adekwatnych kosztów badań i rozwoju.

Możliwość dostarczania najbardziej zaawansowanej technologii produkcyjnej przez dostawców narzędzi z pewnością przekracza ich budżety. Jej rozwój najprawdopodobniej nastąpi w drodze ścisłej współpracy pomiędzy dostawcami narzędzi, a samymi producentami półprzewodników. Przykładem są choćby ogłoszone w lipcu br. umowy inwestycyjne pomiędzy Intelem a czołowym dostawcą narzędzi do litografii, holenderskim ASML.

Zgodnie z nimi, Intel obejmie łącznie 15% udziałów w ASML i wyda na wsparcie technologii firmy 3,3 mld euro. Wraz z przejściem na nowy wymiar płytek, ASML opracuje narzędzia do litografii immersyjnej w dalekim ultrafiolecie (EUV), co pozwoli na dalsze skalowanie wymiaru charakterystycznego procesu.

Otrzymany zastrzyk kapitałowy ASML w dużym stopniu przeznacza także na maszyny do litografii z zastosowaniem laserów ArF, ArF do litografii immersyjnej i KrF, zdolne do obsługi płytek 450-milimetrowych, które będą dostępne jeszcze przed 2018 r. ASML nie sprecyzował jednak, kiedy te nowe urządzenia będą gotowe. Firma natomiast zapowiedziała, że skanery NXE3300 do litografii EUV, nad którymi pracuje obecnie, zgodnie z wcześniej przyjętym harmonogramem dostępne będą w 2014 r. Dodatkowe fundusze ASML wykorzysta do wykonania nowych skanerów EUV przystosowanych do standardu zarówno 300- jak i 450mm. Urządzenia te są planowane na rok 2018 i mają się charakteryzować m.in. mocniejszymi soczewkami i większą mocą promieniowania.

Kosztowne prace nad technologią litografii w dalekim ultrafiolecie ASML chce sfinansować dodatkową kwotą 1,38 mld eur (1,7 mld dol). W celu przekonania klientów do współuczestnictwa w kosztach badań i rozwoju ASML zaoferował im zakup do 25% udziałów w firmie. Środki już pozyskane od Intela bezpośrednio na wsparcie prac badawczo-rozwojowych to 829 mln euro. Dalsze fundusze i przejęcie kolejnych 10% udziałów ASML nadal negocjuje z Samsungiem i TSMC.

Baza produkcyjna

Dostawcy półprzewodników inwestują w przejście na płytki krzemowe o średnicy 450mm w ramach optymalizacji technologii wytwarzania oraz dążenia do obniżenia kosztów produkcji. Jednak zgodnie z regułą, że aby zarobić trzeba najpierw wydać, na wydatki na rozwój technologii tego rzędu wielkości pozwolić mogą sobie tylko największe marki, o ugruntowanej i bezpiecznej pozycji na światowym rynku półprzewodników. Mniej zainteresowanych firm na rynku oznacza także mniejszą liczbę samych fabryk, a przez to w jakimś stopniu usztywnienie globalnego łańcucha dostaw w przyszłości, choć ostatecznie ceny zaawansowanych układów logicznych mają spadać.

Wydatki na fabryki półprzewodników z technologią produkcyjną typu frontend w roku obecnym, w tym koszty budowy fabryk oraz koszty narzędzi fabrycznych, według SEMI wyniosą od 59 do 60 mld dol., a więc mniej więcej tyle samo, co w roku ubiegłym. Łączny koszt narzędzi fabrycznych do procesu frontend w skali globalnej, w tym w fabrykach elementów/układów dyskretnych, ma wynieść 38,9 mld dol., bez zmian w ujęciu rocznym. Budowę nowych fabryk i linii produkcyjnych w ostatnich miesiącach zapowiedziały m.in. TSMC, Samsung, UMC i SMIC.

Samsung ogłosił niedawno, że wyda 1,9 mld dol. na linię produkcyjną przystosowaną do procesów 20nm oraz 14nm, na których powstawać będą układy logiczne dla oddziału System LSI, przeznaczone do urządzeń przenośnych. Inwestycja w tej kwocie będzie realizowana stopniowo do początku 2014 r. Jednocześnie Samsung podkreślił, że na tym etapie rozwój dotyczy płytek 300-milimetrowych i nic nie wspomniał o planach co do płytek o większej średnicy. Może to oznaczać, że z dwóch największych producentów układów inicjatywę w rozwoju nowego wymiaru płytek przejął Intel. Z kolei TSMC, wyprzedzając przewidywania analityków zapowiedział, że testową produkcję układów na płytkach 450mm rozpocznie w latach 2013-2014, a produkcję wielkoseryjną już w 2015 r.

Marcin Tronowicz