次世代微影技術預測 - 創新網路之探討: 以微影技術之發展與預測為例

本段落提出次世代微影技術與其網路結構的在時序上的對應關係，以利對技術前景的評估與預測，主要的五個步驟如下所示，並表示成圖 9：

(1)辨別創新網路的型態

--辨別創新網路的行動者，包括人、企業組織、創新物件、知識系統等。

--辨別創新網路是屬於共同利益驅動(interest-driven)還是願景驅動(vision-driven)。

(2)辨別創新網路的結構

--辨別出主要行動者，以及與其他行動者的介面關係。

--辨別創新網路的現存階段，包括提出問題陳述(Problematization)、徵集加入網路(Enrollment)、動員(Mobilization)及反對(dissidence)。

(3)辨別創新網路的資本形態與資源配置 --辨別創新網路的資本類型與來源。

--辨別共同利益的必要超越點(OPP， obligatory passage point)。

--辨別外部橋接與內部鍵結所呈現的資本形成。

(4)辨別創新網路距離必要超越點的差距

--辨別創新網路因應共同利益轉譯而可能發生的改變與型塑。

--評估並準備與執行策略行動。

(5)評估是否通過創新網路必要超越點 --如果通過必要超越點則創新被接受。

--如果未能通過必要超越點則創新活動失敗並放棄，或創新網路必須改變結構(Reform)重新評估策略行動的設計與執行依據對應模型的階段而採取對策。

46社會資本意味著其他足以影響創新網路的外部條件，如金融海嘯，環境評估，政府法令等。

現今次世代微影技術的創新網路結構，以及其所對應的必要超越點條件整理如下：(1)創新網路是否建構。(2)網路結構中，行動網路的資本結構是否建立。(3)元件圖案可行性：對焦景深 (Depth Of Focus) 及解析度 (resolution) 以及疊對能力 (overlay)。(4)生產成本(Acceptable Cost of Ownership)⁴⁷是否可被接受：包括產出率 (throughput)與整體生產成本的估算(Seidel， 2009)。

來源:本研究

圖 9 辨別創新網路結構與應用於預測的方法

47 這些成本計算的研究可參酌 Seidel, P. (2009), Lithography Cost of Ownership, in EUV Lithography, edited by V. Bakshi, SPIE Press, Bellingham, Washington, 585-641.諸如此類的估算是半導體產業中對特定技術在技術可行性上的估算依據。

六、結果與討論

本段落提供兩種最被看好的次世代微影技術依照前述創新網路架構，就目前進程，在行動者網路，銘刻，資本形態與創新網路結構中的必要超越點，提供分析的結果，製作成表 9 與表 10。

6.1 次世代微影技術的技術前景評估(technology assessment)與預測

表 9 超紫外光微影技術的創新網路分析⁴⁸ Vision-driven network)，創新網路資本增加並有一部分社會

layer)⁵²(Lin， 2007(a); Lin， 2009)。但是似乎現階段的幾個候選技術，都尚未達到必要超越點的要求而被採用。殷鑑不遠，157 奈米技術隱沒在 193 奈米浸潤式微影技術的光亮背後便是在最後這一項生產成本的必要超越點。

從表 9 以及表 10 可以看出，兩項主要的 NGL 創新網路的資本累積方式與過程雖然步調並不盡相同，但是主要的複現結構只是順序有些調整。EUVL 所投入的經濟資本遠大於 MEB，但兩者在目前都是準生產設備，ASML 公司在 EUVL 投注數十倍的支出，將 EUVL 原型設備擴大到至少六處加速終端使用的驗證，這經歷了從被動徵集到主動動員的階段，而 Mapper 的 MEB 也經歷創新的網路支持，擴大資本階段，但目前只有兩處進行生產驗證。從單一的必要超越點來看：生產成本 (Cost of Ownership， CoO)。B. J. Lin 表示，EUVL 就像是組裝一台 747 噴射機，速度很快但是還要有基礎建設，如飛機場的建構一樣地耗費大量經濟成本，EUVL 最被詬病的問題，一是無法下降生產成本通過檢驗點，另一點是生產效能也不佳，即便是微影設備商中最能降低生產成本的 ASML 也沒能再有進展，誇張一點說，一個工廠可能要搭配一個核能電廠才能供應所需的高成本需求。反過來說， MAPPER 公司的 MEB 相對就像直升機一樣，空間尺寸與耗電量需求都相對 EUVL 為低(Lin， 2007)。如果兩種技術所達到的製程要求(必要超越點之一)相當，那 EUVL 顯見在生產成本方面沒有優勢。包括台積電在內的六個 IC 製造商因製程世代的演進與需求，都在 2011 年開始採用 EUVL 作為下一世代製程開發，但是台積電同時投入 EUVL 與仍保有 MEB 技術開發。

特別注意到一點顯示 Mapper 公司在 MEB 的生產效能提升上的急切，有四篇相同名字的技術論文發表都稱為“MAPPER: high-throughput maskless lithography”⁵³，作者也都是 M. J. Wieland, G. de Boer and G. F. ten Berge, et al.。像這樣的論文可視

52 計算的方法可參酌 Guide to Calculate Cost of Ownership (CoO) Metrics for Semiconductor Manufacturing Enuipment, SEMI E35-0305, Semiconductor Industry Association (SIA), San Jose, CA.

53這四篇技術論文分別投稿在 Proc. SPIE 7637(2010)，Proc. SPIE 6921(2008)，Proc. SPIE 7271(2009) 與 Proc. SPIE 7470(2009)，論文題目採相同名字是少見的，有如分段的新聞報導或把論文當作是產品規格的宣傳。

之為策略行動，可作為追蹤 MEB 逼近必要超越點的事實根據，論文題目中兩個關鍵字更明顯地顯示出與其他微影技術的區隔，高生產率(high-throughput)及無光罩 (Maskless)。要提升生產效能必須要有更多的經濟資本投入工程設計改善，而無光罩則是一項突破性的創新，如破壞性創新理論的核心所述，要有一家新企業比較沒有兩種創新技術管理上的資源分配問題，也因此相對於 EUVL，創新網路的資本較少，也比較少外部橋接，這可能是由於經濟資本的短缺以及與台積電共同開發的限制使然。

預測次世代微影技術初期是以願景驅動網路(vision-driven network)，再繼之以共同利益驅動網路 (interest driven network) ，於是當創新網路結構進入動員 (Mobilisation)階段並有相對小的反對(Dissidence)則此一創新存續的機會大增，似乎也有擴大網路加速進行的現象，比如當初 157 奈米技術的快速退出。目前 EUVL 與 MEB 似乎同時在相同階段，創新網路發展到達：商業化生產設備發展中。這似乎也說明為何 Mapper 公司積極地要擴大與外部的橋接行動。

另一方面，ASML 的 EUVL 由於過去持續創新的成功經驗而試圖將 EUVL 的發展透過已經內化的產品發展程序(Product Develop Process，PDP，是一套目標導向的研發管理)而提升 EUVL 的生產效能，但是可見的瓶頸在幾個關鍵模組的改進速度不如預期。EUVL 似乎已經完成動員階段，但面臨通過必要超越點的延遲，而 Mapper 的 MEB 卻不斷透過網路擴大的動作，技術文章與商業宣傳徵集(enrollment) 更多行動者加入，特別是要引進經濟資本的動作。

就在台積電宣布考慮採用 ASML EUVL 技術作為研發選項之一時，Mapper 也透過公司新聞稿方式指出在台積電的製程進展有良好的發展⁵⁴，這也顯示台積電在足夠的經濟資本下，可以成為創新網路的主要行動者而設定必要超越點，並且對不論哪一項次世代微影技術的採用都不至於缺席，無論哪一種技術可以存續成為次世

54Mapper 公司網站所揭露，February 19, 2010: “TSMC and MAPPER Reached Joint Development Milestone”, http://www.mapperlithography.com/press-en-2010.html#20100219

如表 11 所示，EUVL 與 MEB 兩項創新與之前的微影技術發展的比較，兩項技術的發展，都到了最後商用設備的被採用階段—亦即創新替代的進程，之後會進入擴散期。但如同 Intel 公司提出的，有可能兩項技術將形成混搭，應用在不同的元件製造上，這樣二元的組合也是一種合理的發展。

6.2 其他選項

回顧摩爾定律所帶來的願景及之後成為半導體產業技術發展的方向，值得注意的不僅僅是如何對應定律中所出現的數據吻合條件，還包括影響到創新網路中的驅動力。證諸過去的實務經驗，改變晶圓尺寸在成本降低這一必要超越點上是有驚人的效益⁵⁵，目今已經相當成熟的十二吋晶圓，在 1990 年代末期之後，以兩到三年左右的時間逐步替代八吋晶圓的產出。雖然固定資本的投入也增加 3.5 到 4 倍⁵⁶，但在同樣生產程序下，產出量倍增，成本下降效益也遞增，不僅是高階的邏輯元件，

要求整合度高的通信晶片，對元件積密度要求甚高的動態記憶體(DRAM)產業尤其重要。

於是乎自然而然地，十八吋晶圓(直徑 450mm 的晶圓)便不斷地被提及，主要原因之一也是 SEMATECH 對已經形成的半導體產業網路不斷地行銷這一概念。在前述 EUVL 與 MEB 兩種技術都尚未進入生產驗證可行的最重要必要超越點時，或許利用十八吋晶圓所帶來的成本效益將可以當作緩衝，給上述兩種微影技術多一點成熟的時間─或者另一項具有破壞性創新特徵的技術崛起，如 KLA-TENCOR 公司力推的反射式電子束微影技術(REBL，Reflective Electron Beam Lithography)，奈米微壓印技術(NIL，Nanoimprints)或分子微壓印技術(MII，Molecular Imprints)。

55八吋晶圓與十二吋晶圓以及十八吋晶圓的面積比約是 1:2.25:5。

56訪談資料顯示相同的晶圓數目產出所需要的固定資本額估算，必須是生產規模以及後續單位晶圓生產成本而有更仔細比較。

十八吋晶圓的製造也該視為一種創新網路，而這網路結構的主要行動者是技術推力與市場拉力並存，原先十二吋晶圓製造的網路結構將先在十八吋晶圓製程技術未成熟時，對其網路架構的建立提供相當快的主導地位，因為經濟資本支出與數個主要的製造設備供應商投入的意願將左右十八吋晶圓創新網路的架構速度，而後那之間會有許多行動以便能夠一一超越必要超越點，這種情況之下短時間內，或許次世代微影技術的成熟與否呈現加乘效果或者因此延遲數年之後因而不再重要的話，

那麼上述兩種次世代微影技術是否真的會成功還很難說，歸納有三個主要的原因:

(1)目前 193 奈米微影技術加上浸潤式微影，雙重圖案曝光已經有良好的成本控制。

多重圖案曝光方式的成本學習曲線可能比次世代微影技術成本下降速度來得快。

(2) 縮小元件尺寸的效益，特別是高投資的微影設備，不及以十八吋晶圓為生產標準來的高，則會造成十八吋晶圓微影設備的規格會持續現金的基礎而開發，次世代微影技術因而延遲，其他技術興起。(3)兩次金融危機對市場需求所造成的遲緩效應。

根據估計，十八吋晶圓廠的總開發將可能高達六千億美金，經濟資本將是一項重要議題，由台積電，Intel 與三星，IBM，東芝(Toshiba)，Global Foundry 所共同投資的 Global 450 Consortium 將會共同分擔經濟資本的部分而建構其他創新網路資

在文檔中創新網路之探討: 以微影技術之發展與預測為例 (頁 56-0)