晶圓代工廠商的先進(jìn)制程競賽如火如荼來到7nm，但也有晶圓代工廠商就此打住，聯電將(jiāng)止于12nm制程研發(fā)，GlobalFoundries宣告無限期停止7nm及以下先進(jìn)制程發(fā)展。一直以來，半導體産業爲延續摩爾定律每隔18～24個月集成(chéng)電路便爲晶體管數目和性能(néng)將(jiāng)翻倍提升而努力，10nm及以下先進(jìn)制程成(chéng)本有多高？讓晶圓代工老二、老三的GlobalFoundries和聯電紛紛打消發(fā)展念頭。
一直以來半導體産業奉摩爾定律爲圭臬，努力將(jiāng)線寬縮小，以便在芯片上塞入更多晶體管，雖然晶圓代工價格也因制程微縮而随之上升，但越精細的制程技術除了能(néng)切割出更多芯片外，也能(néng)提升産品效能(néng)和降低功耗，在良率控制得宜下，往往還(hái)是能(néng)獲得追求極緻産品表現的客戶采用，且随着經(jīng)驗累積和設備攤提，將(jiāng)會讓現下先進(jìn)制程技術成(chéng)本持續下探，進(jìn)而吸引更多新産品和新應用導入。
但在物理極限下，先進(jìn)制程微縮變得越來越困難，技術難度提高讓晶圓代工廠的資本支出跟着增加，關鍵的微影制程爲持續微縮瓶頸所在，相關設備成(chéng)本也最爲高昂，使得投入的晶圓代工廠商與客戶減少。
晶圓代工廠商的最大難關－微影技術
微影技術透過(guò)紫外光當光源，將(jiāng)繪制在光罩上的電路圖形微縮投影至塗布光阻的晶圓上，再經(jīng)過(guò)曝光顯影蝕刻去除光阻等過(guò)程，在晶圓産生集成(chéng)電路。随着制程微縮線寬縮小，光罩也變得更爲精細，光源波長(cháng)也需變短，以避免繞射效應産生。
過(guò)去紫外光波長(cháng)一路從365nm進(jìn)展到目前以ArF氣體雷射達到193nm，ArF 193nm曝光機原理上可制作的最小線寬爲48nm，加上浸潤式微影與多重曝光的搭配，衆晶圓代工廠的制程辛苦走到7nm節點，采用多重曝光技術僅能(néng)做單一方向(xiàng)微縮，無法做2個方向(xiàng)的微縮，影響單位面(miàn)積下所能(néng)容納的晶體管數量，加以所需光罩數與制程數大幅增加，以往随着制程微縮，每芯片成(chéng)本随之下降情況已不複見。
當制程微縮圖形變得複雜，曝光次數需增加，光罩成(chéng)本也就跟着飙高；根據eBeam Initiative調查，廠商到7～10nm節點光罩層數平均來到76層，甚至有廠商來到逾100層，這(zhè)也代表光罩成(chéng)本激增，到7nm制程節點已非一般中小型IC設計廠商所能(néng)負擔。
波長(cháng)更短的極紫外光(EUV)成(chéng)爲7nm以下制程的另一解方，以Samsung已導入EUV 的7nm LPP制程爲例，光罩模塊總數減少約20%。
昂貴的解方EUV
EUV雖能(néng)減少光罩，并能(néng)降低生産周期(Cycle Time)和晶圓缺陷問題，但EUV設備所費不赀，ArF浸潤式曝光機價格已要價約5,600～6,200萬美元，EUV曝光機價格1台更是上看1.2億美元，大幅墊高晶圓代工廠商資本支出，而EUV波長(cháng)極短，能(néng)量很容易被材料吸收，光罩須重新設計爲反射式，成(chéng)本也較爲昂貴，EUV光源要達到250W和每小時單位産出125片(WPH)，才能(néng)達到半導體廠商量産最低要求，目前ASML已突破此要求，但相較目前浸潤式曝光機可達每小時250片(WPH)的産出而言，仍有很大努力空間。
EUV本身也還(hái)有光罩薄膜和光阻劑等挑戰待突破，因此台積電目前7nm制程仍使用193i進(jìn)行四重曝光(4P4E)，預估第二代7nm制程才會在部分Layer使用EUV。
IC設計與品牌商同樣面(miàn)對(duì)的成(chéng)本高牆
除了光罩，IP授權與人事(shì)研發(fā)成(chéng)本随着最先進(jìn)制程導入，成(chéng)本更是節節升高，綜合EETAsia與Semico估計，一般SoC IP授權與人事(shì)費用約1.5億美元，而7nm將(jiāng)較10nm多出23%來到1.84億美元，5nm節點更將(jiāng)來到2～2.5億美元。
對(duì)IC制造與IC設計商而言，7nm以下制程越來越少有廠商玩得起(qǐ)。
從終端芯片來看，可能(néng)對(duì)芯片成(chéng)本的提升更有感，以每年搭載最先進(jìn)制程芯片的Apple iPhone爲例，2018年新機iPhone XS Max搭載7nm制程A12 Bionic處理器，成(chéng)本來到72美元，較2017年搭載10nm制程的A11 Bionic再貴上8%；而光芯片成(chéng)本已直逼中階智能(néng)型手機80～120美元整體BOM Cost。
智能(néng)型手機的行動運算、服務器、繪圖與資料中心等領域，仍受益于芯片微縮計算機運算效能(néng)提升與耗電降低的好(hǎo)處，但當成(chéng)本也節節升高，并不是所有廠商都(dōu)奮不顧身投入.
目前宣告産品采用7nm的廠商Apple、Samsung、華爲、NVIDIA與AMD等廠商若非前幾大智能(néng)型手機品牌就是CPU/GPU重要大廠，爲了産業上的領先地位，價格敏感度也較低，也有較大生産量，才能(néng)分攤光罩、設計與制造等成(chéng)本；當客戶群集中在少數，對(duì)非前幾大晶圓代工廠商而言，持續進(jìn)行先進(jìn)制程的投資，後(hòu)續産能(néng)若無法填補，將(jiāng)面(miàn)臨極大的财務風險，這(zhè)也是爲何聯電和GlobalFoundries紛紛在這(zhè)場奈米競賽停止腳步，以獲利爲優先。