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机械资讯 768期

开创台湾半导体设备产业新契机

文/郑永茂,陈韦仁,孙铭锟
光电及半导体设备产业计画办公室

正当全球垄罩在新冠肺炎的阴霾中,半导体产业在科技需求强劲的带动下反而逆势成长,也连带推升整体设备需求创高。依据国际半导体协会(SEMI)资料,预估2020年全球半导体设备需求约为689亿美元,其中台湾设备需求约为168亿美元,为全球第二大设备市场。台湾主要受惠于台积电2020年持续扩大投资,资本支出金额达172.4亿美元。其中,80%的资本支出用于3奈米、5奈米及7奈米等制程,10%用于先进封装和光罩,另10%发展特殊制程,同时也将逐步提升本土设备占比,为国内设备供应链注入强劲动能。而台积电于日前法说会宣布2021年资本支出计画将达250亿至280亿美元的规模,比2020年大幅增加45%到62%,预料将成为台湾经济成长的强劲驱动力。
台湾在全球半导体产业扮演举足轻重的地位,除了晶圆代工及IC封测全球第一之外,IC设计全球第二,以及记忆体全球第四。而政府为持续强化核心战略产业「资讯及数位相关产业」发展,利用半导体和资通讯产业的优势,全力抢占全球供应链的核心地位,并促进物联网和人工智慧的发展。

推动台湾成为「半导体先进制程中心」

政府为持续增强在全球科技趋势与竞合关系下之发展动能,追求台湾成为下一世代资讯科技的重要基地,在策略上运用国内半导体产业优势与庞大投资需求,吸引半导体「材料」及「设备」外商来台投资,并扩大国内业者与外商合作,让台湾的半导体产业链更加完整,形塑台湾成为「半导体先进制程中心」。发展重点包括:外商设备制造在地化、先进封装设备国产化、材料供应在地化、技术自主化,让台湾继续做全球半导体业界领头羊。
台积电、日月光等终端厂商陆续扩大产线投资,而在每年庞大的设备需求中,前段制程设备主要仰赖国外进口。目前半导体厂前三大设备采购对象为荷商艾司摩尔(ASML)、美商应用材料(AMAT)及美商科林研发(Lam Research),设备采购约占总金额70%,其中前段晶圆设备占74%及先进封装设备占14%。

外商制造在地化 麻吉伙伴顶呱呱

为把握台湾半导体设备发展之绝佳机会,推动外商设备制造在地化,政府研拟半导体设备外商在地化推动策略,并邀请三大半导体设备外商荷商艾司摩尔、美商应用材料及美商科林研发商谈扩大与台厂合作,针对曝光、薄膜及干蚀刻设备中,台厂有机会切入的关键模组(如光罩承载模组、晶圆传输模组、电源供应模组等),进行产业媒合及技术合作,培植在地厂商引进其供应链体系,扩大在地化制造比例。将持续透过结合国内设备商、研发法人或技术团队之核心量能,配合使用端需求进行设备解析盘点、筛选出具潜力之产品,藉由国内法人技术辅导,协助国内厂商进行开发,再导入使用端进行测试,加速解决国内关键组件技术缺口。
在国内设备供应方面,据统计2019年国内半导体设备产业生产总额(新台币):设备自制产值422亿元,耗材零组件自制产值480亿元。目前厂商家数约126家,从业人员约7,000人,其中中小企业比率高达90%。国内拥有引以为傲的精密机械产业,过去在面板等光电产业及半导体封装产业设备国产化的历程中也累积了丰厚的实力,然而设备厂商多属中小企业,较具规模厂商如:帆宣、均豪、京鼎、万润等,惟资本额大多数在10亿元(含)以下(占83.3%)。国内设备厂年营收多在新台币50亿元以下,与国际大厂动辄数百亿元以上相比相距甚远。国内厂商研发金额平均占总营收约5~7%,而国际大厂研发占比约10%以上。
随着晶圆与封测制程技术在求新求变的浪潮推进下,半导体设备规格也持续精进,设备需求朝向客制化且复合式功能的型态演进,以致设备单价越来越高。此外,因应半导体终端厂制程技术机密性,设备需在客户端组装测试,而品质验证期约1~3年不等。因半导体设备的高单价、高技术门槛,且设备品质验证期间仍须配合客户提供设备改善、调校,且无法先行收取货款,使得国内设备业者须面临高度的开发风险与资金压力,因此若能透过政策协助,将可降低业者研发压力,并有利于国内半导体设备产业发展。

先进封装国产化 十年磨剑机会佳

我国半导体制程预计2021年将迈入3奈米试产阶段,且后段封测技术为因应更多的功能性整合IC,也朝向各种3D立体堆叠的先进封装技术演进,以因应终端客户的异质整合需求。长久以来高价且高端技术的前段晶圆代工设备一直都是国际大厂所寡占,国内设备业者无法轻易抗衡挑战,而后段封装设备因相对客制化的市场生态,使得具备高度弹性设计特质的国内设备商有了技术展现的空间。
为推动半导体设备国产化,政府将持续协助厂商提升自主技术,针对包含12吋晶圆制程、奈米级制程、后段先进封装制程等设备进行补助开发。经济部工业局将透过产创平台之「主题式研发计画」,提出整机设备验证补助方案,以促进国产设备通过终端厂品质验证,协助国内设备业者解决技术瓶颈与降低研发风险。同时,藉由通过指标终端客户验证品质之经验,未来将可争取供应予其他制程之终端客户(如GaN、SiC等制程),为国内半导体设备产业发展带来事半功倍的效果,提升台湾半导体设备整体产值。
而为促进国内设备厂商申请,本方案拟结合台湾电子设备协会(TEEIA)、国际半导体产业协会(SEMI)等相关公协会、研发法人共同协助国内半导体设备厂商,依据终端使用厂所提出之设备规格来申请整机验证补助计画。目前盘点国内潜力制程设备发展项目包含:
一、突破型—培植亮点设备:规划针对12吋晶圆制程、奈米制程、或先进封装RDL线路重布制程等高单价及高技术门槛之设备,在该制程领域市场上无国内设备业者推出本整机产品,协助国产设备厂商结合终端厂规格提出整机验证补助计画。
二、延伸型—发展先进封装设备:针对国内已具备供应终端使用厂相关经验之设备厂商,因应未来终端新制程需求开发具挑战性之RDL制程以外设备,协助厂商提出导入终端厂在晶圆级封装、面板级封装等整机设备验证补助计画。

设备资安加护罩 护国神山更牢靠

在半导体产线已迈向高度智慧制造之际,机台设备联网为最基本之要件,因此设备开发搭配终端厂的资安防护乃成为相当重要的议题。以往设备原厂基于设备效能考量,或为降低受到外在因素干扰的机率,大多不愿意在设备上安装安全防护软体。再加上产线环境的特殊封闭性,作业系统及防毒软体无法即时更新修补升级,因此虽知这些设备潜存着资安风险,然往往不被高度重视,而当台积电发生机台遭受勒索病毒感染事件后,才突显出资安问题的严重性。
因此当推动半导体设备产业发展时,需将设备资安防护落实到系统供应链各方面。而资安管控的每个环节都有其复杂性,各家厂商的做法也不尽相同,因此若无一套业界共识标准,将很难落实全面的安全防护。当前SEMI已结合法人、终端厂、设备商及资安解决方案业者,着手制定产业资安标准,未来能符合标准的设备才能进到产线运作,不仅确保半导体厂的机台设备安全,更能带动设备商对安全品质的重视。
半导体产业乃台湾经济发展之命脉,因此对于半导体整体产业的资讯安全,除了透过终端业者管控之外,更进一步希望其所有设备、材料、厂务工程供应商之产品与经营管理环境,在资安方面都须强化与提升,才能达到整体产业的资讯安全。而资安标准制定后之落实,将由法人协助半导体设备业者,评估其企业经营管理、生产制造以及其产品等进行资安调查,完成设备业者资安需求盘点,并透过提供顾问、辅导、推动等方式,以协助半导体设备业者提升资讯安全意识,达成智慧制造与资安兼顾的目标。
整体而论,国内半导体设备厂商多属中小企业,难以单独开发高阶半导体设备,惟有结合政府资源、产业及法人的技术量能,以及相关公协会的串接共同合作,方可突破关键设备技术门槛,协助国内设备业者切入终端客户,培植半导体设备产业生态供应链。如此一来,也将吸引更多半导体设备外商来台投资,并协助国内厂商深化自主技术研发,落实在地化政策,进而优化我国之半导体设备产业竞争力。
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