经过7年合作开发，第一条300毫米（12英寸）生产线终于在2001年投产。随后的几年间，陆续又有数条300毫米生产线投入生产。至今300毫米生产线已经经历了三个技术节点，即130 纳米，90纳米和65纳米的考验。在技术上随着其它后续生产线的投产，以及不断的改进，完善，业已日渐成熟。在降低生产成本方面与200毫米硅晶圆生产线相比已经显示出优势，可以降低百分之三十。
当初为开发300毫米生产线所拟订的目标共有5项，现简单扼要列举如下：（1）与300毫米硅晶圆相比每片晶圆所产出的芯片增加为原来的2.25倍；（2）与300毫米硅晶圆相比芯片成本降低大约30%；（3）在全线范围内，全部直接材料，间接材料，以及在制品实现100%的自动化传送，即建立自动化的在线材料传送系统（AMHS）；（4）对每批产品中（或传送盒内）的每一块晶圆可以分别采用不同加工工艺参数进行加工处理，并对其中的每一片进行追踪，实现信息获取与记录；（5）降低能源消耗，降低生产设施费用以及其它动力消耗，减少废弃物的排放量。截止到目前为止，除了第3和第4仍在完善之中，其它各项都已基本上实现。但是各项改进工作仍然在进行之中。
1.向450毫米（18英寸）晶圆过渡的研究开发工作业已正式列入ITRS规划
从历史数据分析，晶圆尺寸的转换周期大约为11年左右。第一条200毫米（8英寸）生产线投入生产的时间是1990年，第一条300（12英寸）毫米晶圆生产线投入规模生产的时间为2001年，转换周期大约为11年。但是直到2003年年底，在ITRS路线图的2003年版本定稿时，虽然作为原始材料的450毫米硅晶圆的预先研究工作已经取得一定结果，但是在半导体制造商方面对于是否需要动手开发450毫米生产线，仍然犹疑不决。
主要原因是鉴于半导体产业正处于一个变动时期，从器件角度分析即将进入后CMOS时代，主要依靠按比例缩小来提高器件性能困难重重，而不少新型器件的研究开发又已开始出现可喜的苗头，预示有可能大幅度提高器件性能；其次，在生产方面，推动生产技术发展的领军企业不仅是依靠少品种大规模生产的厂商，多品种小批量生产的器件在产业中的比重正在增长。因此，对于下一步制造技术的发展方向尚未明确，还拿不定主意向哪个方向投放资源。一致的意见是再看一看，如何才能保证器件生产中，单位功能线路的成本可以有把握地保持大约百分之三十左右的年平均降低率。
到了2005年，一些主要的半导体制造商从统计数字中发现，器件中单位功能线路的成本，在2000~2005年间的年均降低率仅为~26 %（2000~2013年的预测值也是~26%）；而1993~2000年的年均降低率则为~29%。为此，制造商承受着沉重的降低成本的压力。于是在拟订2005年版本的ITRS路线图时，认为增大晶圆直径，仍然是一条比较可靠的降低生产成本的重要措施。遂正式将450毫米生产线的研究开发工作列入规划中。计划在2012年准备就绪，投入生产。当时制订的时间进度，大体上如下表1所示。
表1 450毫米生产线开发进度表
微电子产业属于高新技术产业，产品技术先进，产量规模巨大，一致性要求比较高。它的生产工序复杂，前后工序关联紧凑，所需原材料品种众多要求严格，对生产环境的清洁程度也有十分严格的要求。并且在生产中人是最大的污染源，人的操作差异或失误往往会造成大量的不合格产品的损失，因此不但要求有非常高的洁净生产环境，也要求具有高度的自动化生产水平。
生产线或者生产厂家的主要任务就是：以适当的规模，按照所需要的进度，以接近100%的合格率，生产出符合技术规范要求的产品；并且更为重要的是需要达到一定的成本指标，并保持成本的不断降低。目前工厂的日常具体工作，除了新产品的开发，产品的销售，以及原材料的采购供应以外，可以归纳为以下5个方面：即工厂的运营与调度指挥；专用设备，仪器和工具的保障及维护；直接材料，间接材料，和在制品在各个工序之间，甚至车间之间的自动化传送系统（AMHS）的建设与保障；厂内信息与控制系统的建设与保障；和工厂设施的保障（包括动力系统，超净环境系统，各种生产用气体与液体材料的供给系统等）。
虽然专用设备及仪器仪表对于工厂的建设十分重要，但是开发工厂的专用设备不能孤立地进行，必须和其它的设备，以及其它各方面的生产保障条件互相密切协调地进行，否则将遗患无穷。它们之间的协调工作，需要在开发的起始阶段就开始，并贯彻到底。因此，为增大晶圆尺寸开发生产线的工作是一项非常复杂的系统工程，在开始时就需要注意确定共同的目标，尽快逐步形成共同的认识，然后在开发过程中还需要不断调整各个方面的意见，要求，照顾好各方面的利益。
2.主要目标与困难
2005年确定的开发450毫米晶圆生产线的目标是：1）在2012年完成全线的整合调试，试运行与可靠性评估；2）与300毫米生产线相比芯片成本降低30%；3）硅晶圆在线加工周期缩短50%。
初步估计所面临的主要困难有两方面：
1）开发费用极其巨大。在上世纪80年代建设一条硅晶圆生产线需要资金大约为5000万美元，到了2005年生产线的建设费用上升到了30亿美元。开发新生产线的资金，费用比生产线的建设费用毫无疑问要高出许多。可以预料，开发450毫米晶圆生产线和开发300毫米晶圆生产线一样，开发费用将是所遇到的最大难题。
对于开发建设450毫米晶圆生产线所需要的费用，在2005年8月有人估计大约需要1000亿美元，但是大多数专家认为这个数字偏大了一些，一般估计大约需要数百亿美元。这样巨大的费用不是任何一家IDM公司，或者代工企业所能承担得了的。因此必须合作进行，共同承担。由于需要专用设备，和仪器等支撑产业界的企业参与，为了满足它们对于投资回报率的要求，集成电路制造企业更需要多承担一些义务，以豁免部分支撑企业的费用；即使能够进行企业间的广泛合作，甚至跨国公司之间的国际合作，一般认为仍然需要争取政府在财政上的支持。
2）此外450毫米晶圆线还面临更多的技术上的困难。
在原始材料供应方面，除了需要继续供应抛光片，外延片，退火片以外，为了满足MPU/逻辑电路，以及射频电路提高器件性能的需要，还需要大量供应SOI，SiGe晶圆片。一方面晶圆直径增加，需要增加厚度，而从先进封装技术方面考虑又往往需要减薄芯片厚度。这就需要提高硅材料的机械强度。总的来说，确定原始材料的技术规格要求，还远远没有完结。在原始材料产业方面，可以说已经先走了一步，这一点与我国有些类似。他们不但首先进行过400毫米硅晶圆的试验开发，随后又进行过450毫米硅晶圆的试验。还打算进行675毫米（即27英寸）硅晶圆的试验开发。但是他们迫切需要了解具体的技术规范。而在这方面，制造厂由于缺乏试验根据，还不能全面提出。
其次，在开发450毫米生产线的7年左右的期间内，以及在生产线投产后的生存期内，在器件的生产技术方面，将会经历许许多多技术进步。新的器件结构，新的设计方法，新型材料和新的加工工艺，将会层出不穷。有许多进步是改进型的，也有许多进步将可能是革命性的，即与传统的技术彻底改变。新的生产线如何才能适应这样的进步与变革将是一个极其困难的任务。
毫无疑问，这也将给生产线开发的组织管理工作（包括技术方案的保密，思想的统一）带来许多困难。
3.开发战略与工作路线
与ITRS机构关系密切的国际半导体制造技术促进会ISMI（International SEMATECH Manufacturong Initiative）是由国际著名半导体厂商如英特尔，TSMC，东芝等等组成的国际性技术合作组织。为了促进晶圆尺寸的增大，促进450毫米晶圆生产线的开发工作，ISMI积极响应ITRS的号召，于2005年年底前，在其原有的四个工作组（即工厂生产效率，设备生产效率，生产环境，和生产安全防护等四个工作组）的基础上新成立了ISMI 450mm工作组。组成人员中包括原始材料，工厂组织，工厂活动仿真模拟，以及工厂经济活动模型等方面，来自各成员公司的专家。并且立即积极地开展工作。
经过工作组研究分析对于450毫米生产线的开发战略形成了共识。一致认为应该立足于300毫米生产线的最新成果，以300毫米生产线最佳改进型（300mm Prime设计，对于300mm Prime尚没有合适的译名，可能翻译为300mm精华线，或王牌300毫米生产线等）为蓝本，开发450毫米生产线。在对现有300毫米生产线进行最佳优化时，需要注意要求其能够在使用的工厂环境内，放大扩展到450毫米。采用这样的分阶段，逐步改进的开发战略，可以分别考验各种方案，统一各方面的意见，避免出现严重的挫折与失误，明显地减少开发工作的风险。
ISMI工作组充分研究了从200毫米晶圆向300毫米晶圆过度成功经验与失误的教训，积极探索了有关向下一代晶圆过渡的各种可能方案。这些方案包括：对下一代工厂的设想（Vision），工厂活动的仿真模拟，工厂经济活动的经济分析模型，以及原始材料的规格要求的确定等。同时对新型300毫米生产线（即所谓的300mm Prime）和450毫米生产线一起进行创造性的思考，统一设想，将有助于下一代的300毫米生产线向450毫米生产线过渡。这将可能减少研究与开发费用，降低开发的风险，加速对新生产线的掌握。
图1 开发工作的顺序
从开发工作的总体安排上，也贯彻了这样的方针，即先制定开发战略；再形成对生产线的设想方案和开发的时间进度；然后再制订各项开发工作的指导方针（ Guidelines）；然后再制订各个有关的技术标准（Standards）。接着再进行样机的制造与测试，调整，修改。其工作顺序大体上如图1所示。
4.强调对开发成果从经济角度进行分析、预测与评估
除了对各项设备进行评估，随着开发工作的进展对于生产线的经济效益也需要进行认真地评估，并反复进行仿真模拟。ISMI机构原来就开发了ISMI的半导体产业经济模型IEM（ISMI Industry Economic Model）。它是一种全面分析半导体产业经济效益的工具，它综合考虑了在一定产业水平下半导体工艺技术，采用的晶圆直径尺寸，工厂的结构，专用设备的组成，以及工厂的经营管理水平。它可以根据各项工艺技术创新，开发的投入，采用的比例，采用的时间快慢，全面追踪分析整个产业的生产力水平。它可以作为一个平台，提供给制造厂和供应厂商进行对话，共同分析各种创新技术对产业的影响。此模型中所依据的逻辑、所采用的算法，以及设定的参数，经过试用评估，证明是相当可靠的。不但可以审查过去驱动生产力提高的因素的影响，预测各种创新技术对提高现在和将来产业生产力的影响。还可以用来推断经济发展起伏，和经济发展周期对产业的冲击。图2是ISMI的半导体产业模型的示意图。
图2 ISMI半导体产业经济分析模型示意图
由ISMI和SEMI组成的关于提高生产力的联合工作小组，在工作组内半导体制造专家和专用设备，仪器等供应商共同研究分析，为了保持历史上形成的半导体生产效率提升速度，需要在那些方面，在何时投入开发研究资源。在此小组的基础上，随后又成立了联合经济分析小组JEAT（Joint Economic Analysis team）负责找出2000年以来生产力提升速度下降的根本原因，并建立一种可靠的分析方法，可以用来对建议采取的促进生产力提升方案进行评估。
为了提高分析结果的可以信赖程度，需要有来自不同方面的专家来应用此模型。虽然此模型已经通过对历史数据进行分析的验证，并进行了校准；但是对于未来预测定量的分析，如何度量仍然需要器件制造商，和供应商共同合作，通过共享数据来不断改进，以适应新的发展状况。ISMI已经在ISMI半导体产业经济分析模型（IEM）中，为450毫米晶圆生产线的开发输入一些设定的参数，以及预想的技术风险和经济风险，希望制造商和供应商继续合作，根据开发进展情况利用此模型经常进行分析，并不断完善此一分析工作，争取能对450毫米晶圆生产线的开发工作做到心中有数。
除了对整个产业进行经济分析以外，ISMI决定由其下属的工厂生产效率工作组负责对300mm Prime生产线的运行活动反复进行工厂规模的仿真模拟。目前正进行晶圆加工中每批数量，晶圆传送节奏变化对工厂活动的影响。还准备对工厂的生产规模，多品种生产等因素对专用设备的生产性能产生的影响与要求，进行仿真和模拟。
5.认识统一与机构之间的协调问题
考虑到生产线的开发工作牵涉面十分广泛，投资非常巨大，因此必须采取合作开发，集思广益的群众工作路线。首先全世界半导体厂家十分众多，工作模式也不相同，合作时意见可能比较分歧；专用设备，测试检验仪器的供应厂商也是一个庞大的队伍意见也是各有千秋，还需要和使用方取得共识。可以想象这项工作的艰巨。
为此，在ITRS机构内确定了以ISMI为基础，首先在制造商方面共同反复分析，商讨开发中的困难，可能的解决方案，以及对450毫米生产线研究开发工作的要求等。在此阶段也往往和专用设备，仪器等供应商进行联合讨论，逐步形成指导方针，标准，然后进行各项具体开发。另外据了解，在SEMI机构方面也建立了设备供应集团ESG（Euipment Suppliers Group）的组织，在设备供应商方面也进行相关的研究，分析和讨论，以便形成供应方的集中意见。
在ISMI和ESG之间，除了分别的接触以外，将根据进展情况组织若干次制造技术论坛MTF（Manufacturing Technology Forum）集中商讨一些重要问题，以便能在双方取得共识，促进行业标准的制订。
参考资料
[1] International Technology Roadmap for Semiconductors, 2005 Edition.
[2] International Technology Roadmap for Semiconductors, 2006 Update.
[3] Developing a consensus-based plan for the next wafer size transition, Jan. 2007, Solid-state Technology.
[4] M. LaPedus, “Soaring Tool Costs to Delay 450 mm Fabs,” EEtimes, August 19, 2005.
[5] 中国半导体行业协会集成电路设计分会，国家集成电路设计生产力促进中心翻译：《国际半导体技术发展路线图》2003年新编版。
[6] 中国半导体行业协会集成电路设计分会，国家集成电路设计生产力促进中心翻译：《国际半导体技术发展路线图》2004年更新版。