1947 年美國 AT&T 公司貝爾實驗室(Bell Labs)的 John Bardeen, Walter Brattin 和 William Shockley 共同發明了第一顆電晶體(transistor)，結束了真空管的時代。之後於 1959 年德州儀器公司(Texas Instruments)的工程師 Jack Kilby 發明了積體電路(integrated circuit，簡稱 IC)。當時每顆 IC 內含十顆電晶體，加上電阻、電容，構成完整的電子電 路。爾後IC 內部電路發展日趨複雜，有 MSI、LSI、VLSI 及 ULSI 多種等級。今日一顆 ULSI 級的 IC 包含幾百萬顆甚至千萬顆電晶體。半導體產業的產值超過 85%由 IC 貢獻，
其餘小於15%由分散零件(如電晶體、二積體等)及光電零件(如發光二積體、雷射二積體 等)貢獻。
由於 IC 具有功能強、體積小及省電的特性，它被廣泛應用於各式電子產品中，包 括資訊(computer，如電腦、印表機等)、通訊(communication，如手機、網路設備等)及 消費性電子產品(consumer，如數位相機、數位家電、遊戲機等)，一般稱為 3C。另外，
在汽車應用的重要性亦不斷增加，現今汽車的燃料系統、懸吊系統、操控系統、空調系 統部份無一不用半導體零件。隨著電子產品在個人生活中日益普與多樣化，半導體零件 的市場持續擴大。
半導體零件在電子產品中扮演的角色日益重要。根據市場研究機構IC Insights 的報 告，於 1978 至 2001 年間，半導體市場的年度複合成長率(Compound Annual Growth Rate)13%，幾乎是電子產業的 7%年度複合成長率的兩倍。因半導體零件無法單獨使用，
而必須成為電子產品的一部分才能運作。半導體市場成長率高過於電子產品市場成長率 顯示半導體零件於電子產品的重要性日益增加。業界稱半導體市場佔電子產品市場之比 率為「半導體含量」(semiconductor content)，它已由 1986 年至 2001 年的十四年間增加 了10% (6%至 16%)，如圖 3-1。
圖3-1 電子產品的半導體含量
3.2 半導體產業的特性
144132137126 149 跌。圖3-3 顯示美國 Intel 公司不同世代的 CPU(Central Processing Unit，中央處理器，一 種半導體零件)的價格下跌速度。Intel 於 1997 年推出的 Pentium166 CPU，其上市價格至 價格跌至一半的時間大約經過14 個月。然而於 2000 年推出的 P4 CPU 的上市價格至價
明半導體零件價格下跌的速度在加快。 創始人之一戈登·摩爾（Gordon Moore）長期觀察此一產業趨勢後提出了「摩爾定律」
(Moore’s Law)，即在一個尺寸相同的晶片上可容納的電晶體數目，約每兩年便會增加一 倍，且成本將呈等比例下降。半導體業界人士甚至認為摩爾定律的週期已由兩年縮短至 一年半。圖3-5 顯示微處理器(Microprocessor/CPU)和 DRAM 記憶體過去三十幾年皆遵
0% Months After Introduction
% Introductory Price
Pentium ⎯‘97-’98 Product 50% dis-count, 14 months
Source: Company News, Merrill Lynch Research, Sept’01
Pentium 166 PII 300
P 4 ⎯‘00-’01 Product 50% dis-count, 4 months
PIII 700 P4 1.4 GHz Months After Introduction
% Introductory Price
Pentium ⎯‘97-’98 Product 50% dis-count, 14 months
Source: Company News, Merrill Lynch Research, Sept’01
Pentium 166 PII 300
P 4 ⎯‘00-’01 Product 50% dis-count, 4 months
PIII 700 P4 1.4 GHz
Sources: ICE, Applied Materials Corp. Mktg. estimates 0.1
1 10 100 1000
1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001
Price per Unit ($)
256Mb 64Mb
16Mb 1Mb 4Mb
循摩爾定律。
(food chain)。2005 年全球電子產業營收一兆兩千四百四十億美元，佔全球生產毛額的 3.4%。而 2005 年全球半導體產業產值為兩千兩百二十七億美元，佔全球電子產業產值 的18.2%。
半導體廠商為維持競爭力，必須不斷的提升技術以增加零件功能及降低製造成本。
半導體廠商每年必須提撥「資本支出」(capital spending)，投資購買新設備及擴建廠房。
8吋晶圓轉換到 225%
12吋晶圓 8吋晶圓上的 64Mb DRAM線寬
0.18µm Î 0.15 µm 20% 64Mb DRAM線寬
0.18µm Î 0.15 µm 20%
0.25µm Î 0.18 µm 75%
0.35µm Î 0.25 µm 250%
晶粒數增加 線寬微縮
Source: Forbes’ March 25, 1995 & Applied Materials July, 1999
1970 1974 1978 1982 1986 1990 1994 1998 2002
1K
DRAM 128M
Cost / Bit ($, 95)
2006
256M 1G
4004
8086
8080
Pentium Pro
80286 80386
Pentium
Pentium IIPentium III
Cost/Bit ($, 95)
10-1
Transistors / Chip
107
Pentium IV
#1
256K 80486
64M
#2
Microprocessor
102
10-9
1970 1974 1978 1982 1986 1990 1994 1998 2002
1K
DRAM 128M
Cost / Bit ($, 95)
2006
256M 1G
4004
8086
8080
Pentium Pro
80286 80386
Pentium
Pentium IIPentium III
Cost/Bit ($, 95)
10-1
Transistors / Chip
107
Transistors / Chip
107
Pentium IV
#1
#1
256K 80486
64M
2005 年全球半導體產業的總資本支出為四百二十八億美元，佔全球半導體產業產值的 18.6%。而 2005 年全球半導體產業的總資本支出當中用於採購半導體設備的部份為三百 二十七億美元，佔總資本支出的76.4%，其餘部分用於建置廠房等。2005 年半導體設備 產業營收的三百二十七億美元當中，前段製程半導體設備(wafer fabrication equipment，
簡稱WFE)為兩百五十三億美元，佔半導體設備產業營收的 77%，其餘的則用於採購其 他類的製造設備，如封裝、測試設備。半導體設備的分類請參考4.1 節。
資料來源: Global Insights, Gartner Dataquest, SIA, SEMI, Applied Materials 圖3-6 2005 年全球半導體產業及其上下游產業的市場規模
3.4 半導體產業的價值鏈
一顆 IC 的製造過程可以圖 3-7 表示，包括規格訂定、電路設計、光罩製作、晶圓 製程、封裝及測試。
圖3-7 IC 零件的製造過程
1980 年代之前， IC 的製造從規格制定、設計、光罩製作、晶圓製造到封裝測試整 個 價 值 鏈(value chain) 皆由同一家廠商獨自完成，這類廠商稱為整合元件製造商 (Integrated Device Manufacturer, IDM)。然而，隨著半導體市場持續成長、半導體製造技
IC規格 訂定
光罩製作
IC設計 晶圓製程 IC封裝 IC測試
電子產業營收 12,440億美元 全球 GDP之3.4%
電子產業營收 12,440億美元 全球 GDP之3.4%
半導體產業營收 2,270億美元 電子產業營收之18.2%
資本支出 428億美元
半導體產業營收之18.6%
半導體設備產業營收 327億美元 資本支出之76.4%
電子產業營收 12,440億美元 全球 GDP之3.4%
電子產業營收 12,440億美元 全球 GDP之3.4%
半導體產業營收 2,270億美元 電子產業營收之18.2%
資本支出 428億美元
半導體產業營收之18.6%
半導體設備產業營收 327億美元 資本支出之76.4%
術日益複雜及先進技術投資所需金額愈來愈大等多種因素，半導體產業開始分工，企業 開始選擇專精於產業價值鏈的一段來發展。其中最具代表性的就是於 1987 年成立的台 灣積體電路公司(TSMC，簡稱台積電)，首先推出專業晶圓代工生產(wafer foundry)的業 務模式。IC 設計業者因有專業晶圓代工廠代為生產，不需擁有工廠亦可將所設計的 IC 生產出來，大幅降低半導體產業的進入門檻，因此IC 設計業開始蓬勃發展。
1980 年代可說是半導體產業分工模式發展最蓬勃的年代。半導體產業內逐漸形成四 大次產業─IC 設計、晶圓製造、IC 封裝及 IC 測試。到了 1990 年代，產業分工更加細 緻化，有些企業選擇專注於價值鏈的一部份，譬如IC 設計服務公司的成立，僅提供 IC 設計服務及矽智財(Silicon IP)給其他公司(包括 IC 設計公司)，但沒有 IC 設計公司的產 品行銷角色。
圖3-8 半導體產業價值鏈
3.5 半導體製程技術生命週期
半導體製程技術的生命週期(technology life cycle)如同 Khalil[6]所描述，可分成六個 技術階段：(1) 技術發展階段；(2) 開始應用階段；(3)應用成長階段；(4) 技術成熟階段；
(5) 替代技術階段；(6) 技術衰退階段；如圖 3-9 顯示。
在半導體產業裡，每一家半導體製造廠發展及採用新世代技術的時間點不盡相同，
領導廠商會較其他同業率先投資發展新世代技術。隨著新世代製程技術開發愈來愈困 難，研發成本亦愈來愈高，今日許多業者籌組策略聯盟，一方面可分享個自技術專長，
加快研發速度，一方面可分擔研發成本。
IC規格 IC設計 光罩製作 晶圓製程 IC封裝 IC測試
IDM 整合元件製造廠
IDM 整合元件製造廠
IC設計公司 光罩製造廠 晶圓代工廠 IC封裝測試廠 IC封裝 IC測試 19861986年前年前
1990年代1990年代
IDM 整合元件製造廠
IC設計公司
光罩製造廠 晶圓代工廠 IC封裝測試廠 IC封裝 IC測試
設計 服務公司 IP
供應商
2000年2000年 以後以後
IC規格 IC設計 光罩製作 晶圓製程 IC封裝 IC測試
IDM 整合元件製造廠
IDM 整合元件製造廠
IC設計公司 光罩製造廠 晶圓代工廠 IC封裝測試廠 IC封裝 IC測試 19861986年前年前
1990年代1990年代
IDM 整合元件製造廠
IC設計公司
光罩製造廠 晶圓代工廠 IC封裝測試廠 IC封裝 IC測試
設計 服務公司 IP
供應商
2000年2000年 以後以後
資料來源：Khalil [6]
圖3-9 半導體製程技術的生命週期
在技術發展期間，製程設備僅用來做實驗，不會有任何產能。待技術研發完畢並驗 證成功後，研發部門才會將新世代技術移轉給生產單位。之後，IC 產品的電路設計需要 開始採用新世代技術，生產單位才有產品可以用新製程生產。
在開始應用階段，IDM 公司因在同一家企業內有 IC 設計及 IC 生產能力，從技術發 展階段至開始應用階段的間隔不會太久。然而在晶圓代工廠(wafer foundry)，新技術研 發完畢後，需要先說服客戶新世代製程技術帶來的好處(譬如 IC 功能提升、成本下降 等)，若新製程技術符合客戶(IC 設計公司)的產品策略，客戶才會開始採用新技術來設計 產品。新 IC 設計完成後交給晶圓代工廠試產，再驗證產出結果是否帶來預期的好處。
如此一來，晶圓代工廠的開始應用期會拖得比較久。在這個階段，有些技術後進廠商(技 術追隨者)會透過技術授權(technology licensing)方式取得新技術。因此，在這個階段的 設備採購量還不會很大。
在應用成長期階段，新製程技術的優勢開始顯現，市場上僅有少數幾家技術領導的 製造廠能提供此技術，因此可享受較高的售價與獲利。當愈來愈多 IC 產品設計採用此 技術，市場需求快速成長，將有更多半導體製造廠投入及擴充此世代製程的產能，相關 設備的採購量亦隨著增加。
到了技術成熟期，該世代技術成為半導體製造的主流技術，大多半導體廠皆採用此 技術，廠商間的競爭主要以成本差異化，市場需求成長速率將變得遲緩。該技術世代在 此階段的產能達到頂點。在此階段，技術領導廠商已推出下一世代的技術作差異化並提 高獲利。
進入替代技術期，有些產品將因獲利不佳而停產，廠商改用下一世代技術推出新產 品。該世代技術需求將持續衰退，最後進入技術衰退期，只有低階產品及特殊產品採用 此技術，技術衰退期可能拉得很長。
在產業的實際運作，同一時間會有多重世代的技術(multiple-generation technologies) 被採用，廠商將根據其產品策略採用最適合的技術。以下舉兩個產業的實際案例。圖3-10 顯示晶圓代工廠(wafer foundry)於 1999~2001 年間採用的多重世代製程技術。而圖 3-11 顯示DRAM 記憶體製造廠於 1999~2001 年間採用的多重世代製程技術。
時間 技術發展期 開始應用期 應用成長期 技術成熟期 替代技術期 技術衰退期
產能
時間 技術發展期 開始應用期 應用成長期 技術成熟期 替代技術期 技術衰退期
產能
資料來源：TSMC, Applied Materials
圖3-10 晶圓代工廠採用的多重世代製程技術
資料來源：Micron, Samsung, Hynix, Applied Materials
圖3-11 DRAM 記憶體採用的多重世代製程技術 0%
20%
40%
60%
80%
100%
1Q'99 2Q'99
3Q'99 4Q'
99 1Q'00
2Q'00 3Q'00
4Q'00 1Q'01
2Q'01 3Q'01
>=0.5µ
0.35µ
0.25µ
<=0.18µ
晶圓出貨量組合
0%
20%
40%
60%
80%
100%
1Q'99 2Q'99 3Q'99 4Q'99 1Q'00 2Q'00 3Q'00 4Q'00 1Q'01 2Q'01 3Q'01 4Q'01
晶圓出貨量組合
0.35 µ
0.25 µ 0.18 µ
<=0.15 µ
四、半導體設備產業分析
4.1 半導體設備產業概述
Semiconductor Equipment and Materials Industry Association(SEMI─半導體設備與材 料協會，為全球半導體設備及材料供應商的組織)將半導體設備分為幾個大類：
Semiconductor Equipment and Materials Industry Association(SEMI─半導體設備與材 料協會，為全球半導體設備及材料供應商的組織)將半導體設備分為幾個大類：