頭條揭密》俄羅斯限制氖氣出口 臺灣與全球晶片產能大震盪?

頭條揭密》俄羅斯限制氖氣出口 臺灣與全球晶片產能大震盪?

在深紫外線DUV光刻機上的雷射光源使用多種惰性氣體做爲輔助材料,用於7奈米至130奈米以上製程,目前都用在中低階晶片製造上。由左至右爲氦、氖、氬、氪、氙。(圖/Wikipedia)

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俄烏戰爭以來,讓受到疫情影響而大亂的全球供應猶如雪上加霜,影響遍及糧食、石油天然氣、原材料甚至半導體晶片。日前俄羅斯宣佈禁止出口氖氣,讓新冠疫情以來便出現嚴重短缺的晶片市場出現大幅震盪。雖說氖氣這項惰性氣體短缺確實會影響晶片產能,但範圍僅限於中低階晶片,高階晶片不受氖氣供應的影響。而中低階晶片製程使用的氖氣半年來價格不斷上漲,多數廠商已有充足儲備,影響也更爲有限。

氖氣之所以只會影響中低階晶片(車用、電器、路由器使用)是因爲它只用在使用惰性氣體的DUV光刻機上,是製造7至130奈米制程晶片的輔助材料,至於更高製程的極紫外光EUV光刻機的光源是二氧化碳高功率雷射,以更復雜的技術達到10奈米以下的製程要求,因此無需用到氖氣。

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荷蘭ASML公司製造的DUV光刻機能進行7至130奈米制程,它使用的準分子雷射使用惰性氣體,並以氖氣做爲防止電極腐蝕的緩衝氣體,是現有中低階晶片製程中重要的輔助材料。(圖/ASML)

雖然如此,臺積電、三星等晶片巨頭目前並非只生產高階晶片(用於電腦、手機、尖端電子元件),很多晶片的製程還是要使用DUV光刻機,因此還是會受到一些影響。只是廠家通常對這些輔助材料會有數個月或半年的存貨,短期內不至於有影響,如果俄烏戰爭拖延下去,除俄羅斯以外的國家生產的氖氣也能逐漸補上,價格或許會有波動,但不至於對晶片產能有太大影響。

之所以要使用氖氣雷射做爲光源是因爲它的波長較短,使用於ArF、KrF、XeCl等準分子雷射能釋放出193奈米波長的紫外光,並可做爲防止氟的腐蝕性損壞電極的緩衝氣體。由於它在準分子雷射中佔的氣體比例高達97%,因此不像其他氬、氟、氪、氙等氣體用量極微,氖有可能會有缺貨問題。

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氖氣與其他用於晶片產業的惰性氣體都是用在DUV光刻機上,目前用於汽車、電器與路由器上使用的中低階晶片製造上。(圖/Shutterstock)

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當然,既然是用在雷射上,在晶片製造之外很多使用準分子雷射的領域也會有氖氣缺貨的問題,例如醫學與工業用雷射。在準分子雷射之外,氖氣在很多行業也會用到,例如各種霓虹燈具、特種信號燈、深海潛水與高階製冷劑等產業,以及 國防工業上。

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氖氣這種惰性氣體來源於大氣之中,一般是在以空氣分餾製造氧氣的過程中產生的副產品。由於它也是稀有氣體,在大氣中的比例只佔10萬分之1左右,直接以分餾法提取成本太高,通常都是以鋼鐵廠附屬產業方式生產,因爲鍊鋼需要大量純氧,氖氣與其他各種氣體就是分餾出氧氣時的副產品之一,這樣的價格纔有市場性。因此,生產氖氣與其他惰性氣體的國家通常都是鋼鐵業發達的國家,以目前全球鋼鐵業分佈來看,排名前10的有中國、印度、日本、美國、俄羅斯、南韓、土耳其、德國、巴西、伊朗,臺灣排名第11,烏克蘭排名12。而鋼鐵廠規模愈大的,自產氧氣與其他氣體的規模也會更大。規模小的就常因不合乎經濟效益而不生產稀有的惰性氣體。

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大陸鋼鐵廠生產氧氣時製成多種稀有氣體副產品,圖爲廣泛使用於晶片光刻機雷射的氖氣。(圖/網路)

生產惰性氣體也有技術上的問題,以前中國鋼鐵產量很大,但稀有惰性氣體產量很少,德國看中裡頭的商機,把生產氖氣的初級設備分餾塔賣給中國,讓中國生產初級惰性氣體產品,然後向中國購入初級產品後予以純化,再高價出售。長期以來,這樣的技術仍掌握在德國與烏克蘭的2家公司手中。2015年大陸杭州有一家公司也研發出稀有氣體精煉技術,近幾年來營業利潤極爲可觀。

俄烏戰爭造成全球氖氣短缺,影響了與晶片相關產業。這場戰爭造成的供應鏈問題更加證明世界各國相互依賴愈來愈深,依賴形態也愈來愈多樣化。(

據業界數據顯示,從新冠疫情大流之後,氖氣價格就不斷上揚,今年以來漲幅已近500%。目前烏克蘭2家氖氣主要供應商Ingas和Cryoin已停止出貨,他們供應全球約30-35%的氖氣,在半導體氖氣的市佔率達到45%-54%。美國的國際貿易機構指出,2014年俄羅斯入侵克里米亞時,氖氣暴漲幅度達到600%,這次俄烏戰爭規模更大、時間更長,氖氣的漲幅很可能還未到頂。

分析師認爲,外界對晶片製造商現有的氖氣庫存的估計存在很大差異,但如果衝突持續下去,晶片生產可能會受到更大沖擊。不過,由於俄烏戰爭之前很多晶片廠都已做了準備,甚至向中國尋找貨源,許多重要的晶片廠都對媒體表示有足夠庫存應對氖氣可能短缺的挑戰。

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