晶圆制造到底难在哪，停电对其影响有多大？

3月1日下午，台湾地区新竹科学园区发生大规模电力压降事件，就整体事件而言，仅仅是发生了0.05秒到1秒之间的电压下降（C级压降）事故，对各厂商的影响并不是太大。

然而仅在跳电事件发生一天后，3月3日上午9时左右，台湾地区各地纷纷传出停电灾情，包括屏东、苗栗、桃园、台中、新北市汐止、嘉义、基隆、北市信义区，都有人回报出现停电灾情。

约上午9时20分，全高雄市开始停水，因无电可取水，各主要水厂无原水可处理；另因没电，也无法加压送水，仅部分区域型以重力供水系统尚能供水。此外，高雄楠梓科技园区厂房设备也出现停电，导致生产停摆。

对于全台大跳电，“台湾经济部长”王美花立即在台电举行记者会，对大停电致歉，王美花表示，停电主因是兴达电厂开关站发生事故，由于启动电源需要时间，北部地区因为是低频卸载的关系，中午前会复电，南部从中午陆续恢复。

上午11时28分，台北市电力已恢复，239个红绿灯故障皆已恢复正常。

关于这次大规模停电事故，大家最关心的还是台湾地区各晶圆封测厂商的动态，各厂商也快速给出回应。

台积电：实际影响确认中

台积电最新回应指出，压降发生原因尚待台电厘清，实际影响确认中。

台积电表示，部分厂区今日上午受电力压降影响，历时约400至1000多毫秒不等。压降发生原因尚待台电厘清，实际影响确认中。

日月光：初步评估影响不大

封测大厂日月光表示，供电陆续恢复中；初步评估，对生产的影响不大，目前正在评估中。

联电：南科厂区降幅较大，影响可控

联电南科厂区降幅较大，厂务设备及生产机台已逐步复机，影响程度在可控制范围内。

力积电、世界先进：目前尚未收到影响

力积电、世界先进回应称，目前尚未受影响，但仍持续了解中，稍晚再向外界说明。

企业回应之外，台湾科技部门也正统计竹科、中科、南科三大园区因这次临时停电受损情况。最新统计结果显示，全台62座工业区有48座受波及，目前36座已复电；科技产业园区共521家厂商停电，现有358家恢复电力。

台湾是全球半导体晶圆代工重镇，全球前十大晶圆代工厂中，龙头台积电、第三名联电、第七名力积电总部均位于台湾。研究机构TrendForce数据显示，2020年，中国台湾地区在全球晶圆代工市场中市占率超过60%，其中，仅台积电一家的全球市场份额就高达54%，且囊括全球大部分的先进制程芯片产能。

而晶圆代工厂又是用电“大户”，研究数据显示，仅台积电一家公司一年的耗电量高达140亿千瓦时，大致相当于深圳常住居民一年的用电量。

因此本次台湾电力系统故障备受半导体产业界关注，担心电力故障影响晶圆产能，冲击半导体供应链。

晶圆制造三大步骤

晶圆是制造芯片的基本材料，半导体集成电路最主要的原料是硅，因此对应的就是硅晶圆。硅在自然界中以硅酸盐或二氧化硅的形式广泛存在于岩石、砂砾中，硅晶圆的制造有三大步骤：硅提炼及提纯、单晶硅生长、晶圆成型。

1、硅提炼及提纯

硅的提纯是第一道工序，需将沙石原料放入一个温度超过两千摄氏度的并有碳源的电弧熔炉中，在高温下发生还原反应得到冶金级硅，然后将粉碎的冶金级硅与气态的氯化氢反应，生成液态的硅烷，然后通过蒸馏和化学还原工艺，得到了高纯度的多晶硅。

2、单晶硅生长

晶圆企业常用的是直拉法，如上图所示，高纯度的多晶硅放在石英坩埚中，并用外面围绕着的石墨加热器不断加热，温度维持在大约一千多摄氏度，炉中的空气通常是惰性气体，使多晶硅熔化，同时又不会产生不需要的化学反应。

为了形成单晶硅，还需要控制晶体的方向，坩埚带着多晶硅熔化物在旋转，把一颗籽晶浸入其中，并且由拉制棒带着籽晶作反方向旋转，同时慢慢地、垂直地由硅熔化物中向上拉出。

熔化的多晶硅会粘在籽晶的底端，按籽晶晶格排列的方向不断地生长上去。用直拉法生长后，单晶棒将按适当的尺寸进行切割，然后进行研磨，再用化学机械抛光工艺使其至少一面光滑如镜，这时候晶圆片就制造完成了。

晶圆制造厂把这些多晶硅融解，再在融液里种入籽晶，然后将其慢慢拉出，以形成圆柱状的单晶硅晶棒，由于硅晶棒是由一颗晶面取向确定的籽晶在熔融态的硅原料中逐渐生成。

3、晶圆成型

完成了上述两道工艺， 硅晶棒再经过切段，滚磨，切片，倒角，抛光，激光刻，包装后，即成为集成电路工厂的基本原料——硅晶圆片，这就是“晶圆”。

晶圆制造到底难在哪？

晶圆的制造工艺倒不是很复杂，其难度在于半导体产品对晶圆的纯度要求很高，纯度需要达到99.999999999%或以上。

以硅晶片为例，硅从石英砂里提炼出来，在高温下，碳和里面的二氧化硅发生化学反应只能得到纯度约为98%的纯硅，这对于微电子器件来说不够纯，因为半导体材料的电学特性对杂质的浓度非常敏感，因此需要进一步提纯。

而在进行硅的进一步提纯工艺中，光刻技术的难度很高，在晶圆制造工艺中，光刻是必须经历的一个步骤。

光刻工艺是晶圆制造最大的“一道坎”

晶圆制造中的光刻是指在硅片表面匀胶，然后将掩模版上的图形转移光刻胶上的过程将器件或电路结构临时“复制”到硅片上的过程。

1、光刻去薄膜是晶圆制造的必经流程

由于晶圆生产工艺中，其表面会形成薄膜，这需要光刻技术将它去掉。在晶圆制造过程中，晶体、电容、电阻等在晶圆表面或表层内构成，这些部件是每次在一个掩膜层上生成的，并且结合生成薄膜及去除特定部分，通过光刻工艺过程，最终在晶圆上保留特征图形的部分。

2、光刻确定尺寸，马虎不得

光刻确定了器件的关键尺寸，光刻过程中的错误可造成图形歪曲或套准不好，最终可转化为对器件的电特性产生影响。

3、高端光刻机产能严重不足

光刻机也叫掩模对准曝光机，曝光系统，光刻系统等，常用的光刻机是掩膜对准光刻。光刻工艺要经历硅片表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻胶、软烘、对准曝光、后烘、显影、硬烘、刻蚀等工序。目前光刻机市场，以荷兰、日本的企业为主力军，全球能制造出光刻机的企业不足百家，能造出顶尖的光刻机的不足五家，在高端光刻机市场，中国企业几乎全军覆没。

停电对晶圆制造影响有多大

在晶圆制造中，几乎24小时都要保障正常供电，生产线在运作过程中突然停电所带来的损失常常是难以估量的。虽然一般晶圆厂停电 1～2 小时，会有不断电系统支援，对于晶圆运行产生的影响不大，尤其像是台湾位于地震带上，半导体厂处理这种突然遇到的停电状况都非常有经验。但若发生意外，正常生产的晶圆很大程度上都会报废，即使是短短几分钟的停电也会带来致命的损害。

去年4月，台积电位于南科的FAB14 P7工厂突发停电事故，传出40／45纳米等成熟制程生产受影响，至少数千至上万片晶圆面临报废，最严重影响逾3-4万片晶圆生产，损失估计将达10亿台币（约2.3亿人民币）。此前，美国得州奥斯汀地区因暴风雪天气而大面积停电，三星、恩智浦、英飞凌等半导体巨头在当地的工厂都蒙受了不小的损失。

这两年，全球各地的芯片厂商因各种灾害或突发事故而导致工厂被迫停产的现象还是比较多的，全球芯片供应问题只能越来越紧张。日经新闻曾提到，台湾企业面临8重苦，包括缺水、缺电、缺疫苗、本土疫情爆发、缺工、半导体零件短缺、货柜与包装材料短缺及境外工厂因疫情减少产能等困扰，其中缺水、缺电将直接重创台湾引以为傲的半导体生产线运作，而若身为全球最大半导体供应源的台湾因此出现停滞，可能将成为全球性半导体供应危机。