轉載 - 台灣半導體設備本土化現況及未來

作者:光博網
編者按：以韓國為藉鏡，政府目前將LCD設備與關鍵零組件國產化列為產業政策重點項目。 其中設備產業自製率的目標是2008年達到50％、產值朝新台幣630億元目標邁進，2010年以後維持自給率至少60％；而設備關鍵零組件自給率希望由 2005年的20％提升至2008年70％、產值達175億元之目標。

對照LCD設備產業，半導體設備本土化則是一路走來篳路藍縷，相較 於工業局所公佈2005年台灣LCD整體設備（含Array、Cell、Module、Inspection及Automation）自給率達 21.96％，2005年台灣的半導體整體設備自給率還不到15％，一來一往之間，發展較久的半導體本土化是遠不如LCD本土化，然而問題在哪裡？業者與政府需做哪裡些方式因應呢？台灣半導體設備本土化現況及未來發展情形又會是如何呢？均將在下文討論之。

獨特的專業分工模式 -- 引領台灣IC產業向前衝

台灣IC產業在歷經了30多年產、官、學、研界的共同努力下，目前實力在全球IC產業已具備了一定的地位，2005年是僅次於美、日的全球第三大IC生產 國，IC產品產值達151億美元（約新台幣4,989億元）。 台灣IC產業與國外最大之不同點是在於專業分工的產業結構，因為在快速變遷的產業環境，以及與日漸增的擴大資本設備投資下，台灣獨特專業分工模式，比起國 際大廠，相對地符合產業趨勢需求。

目前國際大廠多以設計、製造、封裝、測試，甚至系統產品等上、下游垂直整合的經營方式，然而台灣則是選擇採取上、下游垂直分工的經營型態，在集中資源於單一產業領域之術業專攻模式進行下，也確實獲得相當好的成效。

以台灣的專業分工體係來看，截至2005年底為止，台灣共有268家IC設計公司、8家晶圓材料業者、4家光罩公司、13家晶圓製造公司、33家封裝業者、35家測試業者、15家基板廠商、19家化學品廠商以及4家導線架生產廠商……等。

如此龐大且綿密的外圍相互支持廠商，讓台灣以1個虛擬上下整合產業鏈與其他國家競爭，設計部分，台灣設計業蓬勃發展，家數與產值（為新台幣3,200億元） 皆僅次於美國；晶圓製造部分，晶圓製造業靠著晶圓雙雄在全球持續雄霸（2005年台灣晶圓代工市佔率72.4％）以及全球第二大的DRAM業者加持下，產 值已達新台幣5,874億元；下游的封裝測試業也因上遊優異的製造與代工能力，產值居於全球第一，為3,052億元。

就產品面而言，DRAM、SRAM等產品因進入市場較晚，已由美、日、韓等國占取先機，但仍有第二的優異表現；MaskROM則由於國外大廠接連退出，而使得台灣於近幾年皆獨占全球第一的地位。

然而就在號稱是半導體王國的我們，12寸晶圓廠故鄉的口號下，晶圓製造的所需的關鍵設備的掌握度卻遠遠的落後其他先進國家（歐美日韓）。 根據半導體協會SEMI統計，2006年半導體設備需求達388.1億美元，其中台灣地區超越韓國，達69.7億美元，位居全球第二。

看似美好龐大的市場，其實台灣業者大部分只能在後段封測設備（佔整體市場21％）上分得一杯羹，但是在前段關鍵製程設備，能夠有所發揮的業者卻少之又少（主要為漢民以及沛鑫2家業者）。

國產設備廠商切入主要市場 -- 難難難

過去台灣半導體產業藉由國外大廠以及在製程與設備技術轉移下，產業快速成長，尤其台灣在半導體代工模式發展下掌握了成本競爭力，與國際大廠合作開發製程更逐 漸累積先進技術優勢，在全球半導體產業分工下，台灣半導體代工產業對於龐大的設備需求十分旺盛。 然而這麼大的設備需求，台灣不僅整體設備自製率不到15％（前段設備僅達5％左右），連關鍵材料的掌握也都受制於國外廠商，連帶造成產業鏈發展不均衡，廠 商議價能力也因此受到拘束。

這對於台灣而言，等於是將每年1,000多億元的市場拱手讓給國外大廠，也因此政府也開始重視與積極推動半導 體設備產業的發展，為避免研發經費過於龐大，業者無法負擔，使用獎勵投資方案，利用科專與國科會計畫支持下發展許多半導體生產設備技術，且陸續由台灣研究 單位（工研院、中科院）移轉至設備廠商，但往往因為推出時程，以及技術無法符合台灣製造業者需求遭到失敗的命運。

這是因為在高階製程設備 需求方面，半導體製程發展快速，線寬也不斷朝向物理、化學、光學的極限前進，由於設備研發面對的困難度倍增，研發金額急遽上升，設備售價格更是不斷向上攀 升，因此高階製程（如0.13微米以下製程）設備通常搭配12寸晶圓增加設備產出，藉以提高單一設備效益。

也正因為1片12寸晶圓產出晶 粒數為8寸晶圓的2.25倍，因此12寸設備已成半導體廠主要的購置設備，但相對地有能力建廠的業者卻變少（1座12寸廠需要20億至25億美元），連帶 造成12寸設備需求數量較過去8寸廠為低，僧多（設備業者）粥少（設備需求）情況下，台灣設備業者不見得可以進入製造業者評估範圍內。

縱 使台灣設備業者以設備低廉為主打，製造業者也不會因此就會購買，因為半導體產品變化速度極快，隨著新產品的出現及製程技術的提升，有時舊有設備必須完全淘 汰，研製全新設備方能符合市場要求，例如隨製程技術邁向90奈米主流的同時，化學機械研磨機、覆晶封裝就成為市場主流，另隨著銅製程技術的進步，許多設備 開發皆需隨之調整。

而半導體製造材料昂貴，任何製程中的疏失都將造成無可彌補的巨大損失，因此製造設備的可靠度及精密度要求成為必要條件，即使台灣在精密機械加工技術層次有相當水準，所開發出的設備仍很難獲得市場接受。

當然也有台灣設備業者採取先推機台讓製造廠商試用，等到廠商確定設備沒問題後再行購買，但是以前段製程設備單一設備上千萬的金額，再加上量產前龐大的研費經 費支出，台灣設備業者除了少數擁有雄厚資金的幾家業者，能夠有足夠資金一次生產好幾台設備，置放在不同的客戶廠房內生產，並試用到滿意付款外，剩下的幾乎 只能轉到成熟且風險性較低的設備，畢竟這一試用下去，就不知道何時才能回收。

台灣前後段製程設備國產化5階段時期回顧

其實以台灣每年超過新台幣1,000億元內需市場，配合台灣半導體產業投資發展計畫，幾乎可以讓台灣成為亞太地區設備研發與製造中心，供應東南亞以及大陸市 場。 就台灣半導體設備產業發展分析，屬於半導體後段製程的封裝技術較為成熟，至於前段製程設備僅有少數幾家業者有能力。

台灣早期的封裝 設備是由外商的封裝廠自動化部門自行開發生產製造，不過隨著封裝廠人力向四處擴散且一些台灣廠商先後加入後段封裝設備製造，逐漸帶動封裝設備產業國產化製 造蓬勃發展，而這些業者早期的設備，是切入屬於封裝後段Trim/Form設備與模具耗材部分，最後才逐漸轉往生產自動蓋印設備，這一階段時期約為 1980年代。

之後政府由科專計劃委託研發單位如工研院機械所等，引進封裝前段關鍵製程技術，包含晶圓切割、黏晶、銲線等關鍵製程技術， 而設備廠商在發展上也由當初利基型設備累積技術，逐漸轉往關鍵製程設備的開發，此時政府也在1995年成立「精密機械工業發展推動小組」，藉此推動協助廠 商半導體設備國產化。

當時台灣切入後段封裝設備業者包含：晶圓切割設備、BGA切割設備的優力特公司；黏晶、晶粒取放設備的廠商均豪精密 與斯利康科技；生產Trim/Form設備的廠商為基丞、钜基與盛技科技等；基板清洗設備、蓋印設備鈦昇科技；蓋印設備的格瑞科技；生產基板清洗設備的廠 商則為暉聖科技。

而廠商也開發出新設備包含：均豪精密的自動封膠設備與覆晶黏晶設備；鈦昇科技的PlasmaBGA基板清洗設備，並與封 裝大廠共同研發覆晶製程相關設備，以當時技術而言，雖然許多台灣業者在前段設備並沒有有所發揮，但在後段封測設備部分，卻是大步向前加快腳步追趕，也讓一 些後段製程設備技術上已逐漸縮小與國外大廠的技術差距。

1996年政府將半導體設備國產化列為10大新興工業之一，並訂定「新興重要策略 性產業獎勵辦法」項目，希望藉此輔佐國產半導體前後段製程設備國產化。 與前2階段不同的，這一段不是由純國產設備製造商主導，而是由另外二種類型業者帶領國產製程設備向前衝，第一種是代理商轉型，第二種則是歸國學人創業，至 於業者有：黏晶設備的華東半導體；電漿（Plasma）廠商晶研科技；後段測試的蔚華系統……等。

時序進入2000年，由於台灣設備需求 量龐大，隨著台灣加工能力提升，國外設備廠商（主要是美商應用材料）開始萌生零組件當地供應的策略，希望一方面降低零組件成本，另一方面則是希望藉由零組 件當地供應策略縮短交期、減少庫存與備料，因此產生半導體設備零組件委外製造的商機。

在前段零組件、半導體設備的耗材如Qauds、Rings等產品上，已有包括慶康、啟成、日揚等廠商已進行開發生產；至於在腔體的製造與處理上，已涉入或少量進行實驗設備組件代工的廠商包含如公準、日揚、榮眾等廠商。

然而相較於後段封測設備一堆業者如火如荼紛紛加入，前段製程設備則是在發展上則遭遇較大的挑戰，雖然當時台灣晶圓製造技術與製程能力已經逐漸趕上國際水準， 但畢竟台灣前段製程設備起步較晚，相對地在製程能力累積不足，再加上國外設備大廠技術開發資金上之投入，台灣廠商的研發資源相對是比較薄弱。

此時台灣加入半導體前段製程設備生產的業者包括：弘塑科技與崧展科技則是發展濕製程清洗設備；生產沉積、蝕刻設備的廠商倍強真空；而從和立聯合真空部門獨立 出來的中華聯合半導體，則是購併YAC在台之子公司台科半導體，生產製造凸塊UBM用真空濺鍍設備、高密度電漿機台；以電漿技術為核心，發展電漿蝕刻設 備、PECVD等設備的晶研科技。

而在這階段，有1個跟前3階段不一樣的情形，那就是大型企業轉投資進入半導體設備代工行列，包括鴻海、東元集團、大同等廠商相繼跨行投資半導體設備製造相關領域，尤其是對於模塊與次系統的代工相當積極，逐漸改變台灣半導體設備產業的生態。

包括沛鑫半導體挾鴻海在精密加工上的優勢，與應用材料、Anelva等廠商合作；東元集團專注於包含伺服馬達等產品，曾與韓國周星洽談合作；至於大同公司則是希望以其重電領域的經驗與優勢，切入半導體設備配電系統的相關領域。

至於第五階段的發展，算是台灣發展半導體前段設備，甚至於是擺脫代工設備製造，改以自有品牌設備銷售豐收的時候，包括崇越由代理國外半導體設備起家，再切入 二手設備與零組件代工，近來也推出自有品牌產品；帆宣主要為系統代理廠商，目前並自行生產零組件，且跨足生產平面顯示器設備；購併電漿廠商晶研科技，營運 資金2.1億元。

成功開發出反應離子蝕刻機（RIE）、電漿輔助化學氣相沉積（PECVD）、高密度電漿蝕刻機（HDP- Etcher）、電漿清潔及改質機（PRS系列）等多種量產用電漿真空設備晶研科技併入志聖工業，成為志聖工業竹科分公司；曾購併華東半導體的均豪精密， 也順利合併群錄自動化，合併後的均豪集團，將發展為3個事業群，原群錄自動化則改為均豪精密中科群錄分公司，；蔚華科與設備原廠科頓（Credence） 合資成立科頓蔚華技術整合公司，實收資本額新台幣1,800萬元，總部設於新竹，並於高雄設有營運據點。

然而最成功的應屬代理商漢民系 統，轉投資漢民微測及漢辰科技，切入缺陷量測（DefectInspection）及離子佈值（IonImplant），並推出自有品牌設備，除了已經順 利銷售到台積電、聯電、茂德等台灣晶圓製造業者外，也順利外銷到其他地區（北美、日本、新加坡等），替台灣本土半導體前段製程設備技術扳回一成。

機會在哪裡？跨越障礙往前衝

至於本土國產設備業者在前段設備還有哪裡些商機呢？ 主要可以分為整機以及零組件、耗材兩部分。 整機代工部分，比起TFTLCD產業，台灣能夠著墨的地方還是有限，因為國外半導體設備商未來勢必面臨降低成本的壓力，但畢竟在台生產並沒有迫切性，導致 多數國外設備業者整機在台灣生產的意願極低。

以TFTLCD產業來講，每一世代進化，生產用設備機台尺寸相對暴增，如友達在2005年向AppliedFilms（現已被應用材料購併）訂購的六代線尺寸用於彩色濾光片製程用的ITO真空濺鍍機台體積龐大，整個機台尺寸長達40公尺、寬10公尺，總重170噸。

最後動用安托諾夫AN-225及華航B747-400全貨機各1架，前者載運15箱140噸重機台，後者載運19箱30噸重機台。 設備抵台後，友達共準備18輛拖板車擔任陸上運輸，其陸上運輸車隊長達1.5公里，再全程由高速公路員警護送自二號國道轉一號國道，直接送至中科友達光電 六代廠。

反觀12寸半導體製程設備尺寸再怎麼大，也不需要動用到如何龐大的資源，再加上考量到其他因素（台灣整機製造能力、原廠技術外 流、資金等等），所以除了少數12家業者（如沛鑫等）有機會替國外設備大廠代工整機外，恐怕台灣設備業者現階段能夠接單生產的，恐怕還是集中在零組件、耗 材如Qauds、Rings等產品。

以應用材料為例，台灣製造中心所生產的各模塊，包括潔淨室製造用的晶圓平邊對準室 （OrienterChamber）、晶圓冷卻室（CooldownChamber）以及電漿調節器（DPSRF、MatchRF、 MatchHERFMatch）、除氣裝置（PVDDegas）晶圓承載器（P5000LiftPVDHPLift）等有超過50％的零件，包括金屬零組 件、石英零組件、矽材料零組件、陶瓷零組件、石墨零組件、PCB、線束（cableharness）等都在台灣採購。

但 不要小看零組件、半導體設備的耗材技術深度及市場，使用這些半導體機械設備必會產生磨耗，因此定期更換耗材是維持機器正常運轉所必須的程式步驟。 然而半導體用零組件、耗材多使用於真空腔體環境中，然而在真空過程中，零組件材料組織內外，常會釋出對製程反應具不良影響或會破壞腔體真空度、潔淨度的氣 體分子、水氣及不純物，最後會導致晶圓質量受損，而造成各種瑕疵產生。

對於晶圓製造業者而言，也希望這些用於前段設備零組 件、耗材市場都能國產化，以一個簡易公式來看，零組件總成本＝採購成本＋庫存管理成本＋機會成本，單單在採購成本這一項目上，台灣跟國外生產一來一往就有 關稅差距，這還不包括交期時間、製程變動不夠彈性等問題，由此可知前段設備零組件、耗材國產化對於降低成本的重要性。

至於在市場方面，根 據應用材料統計，2005年全球前段製程設備市場約為240億美元，但用於前段設備零組件、耗材市場就達90億美元，若單純計算台灣的市場值，也有將近 14億美元，不可謂不多，更何況這些前段設備零組件、耗材市場是年年都有需求，不是可以用一輩子；再加上設備業者可以利用生產零組件練兵，藉此厚植實力， 替日後整機代工做準備。

發展臺灣半導體設備本土化優劣勢分析

當 然只看市場多大是劃地自限，而是應該要先檢視自我優劣勢，補強不足，發揮所長，才能夠有機會爭取到每年新台幣上千億元的市場。 將分以下5個部分討論之，包括系統機電整合能力、特殊製程技術能力、質量管理系統能否達到跨國企業的要求、全球運籌管理能力、公司財務能否承擔半導體產業 景氣循環的考驗。

首先是在系統機電整合能力上，系統機電整合包含了自動化系統，機電產品製程技術，機械視覺，機電介面與系統整合，計算機 及外圍設備等領域結合，但相較於國外，雖然台灣學校體系培養出許多相關專業人才，但這些人才往往是系統機電整合能力擁有部分強項，但其中12項則是較為欠 缺或是薄弱（如懂機械的，電機方面較為薄弱）。

接著則是特殊製程技術能力，台灣設備製造業者不是單純只有製造1台設備如此簡單，其公司在 半導體製程方面的能力，必須能夠符合晶圓製造業者需求，且能適應半導體快速進展必須不斷研發的產業生態，因為晶圓製造業者往往會依照客戶需求，而有一些製 程上改變，倘若設備製造業者對此方面技術能力不夠，即使一開始可以將設備銷售出去，但未來恐怕仍會遭到淘汰命運。

第三點則是質量系統管理上，這一點往往是與跨國企業合作的門檻，這一點主要是標榜透過質量系統管理（如ISO9001為例）驗證，將使其組織架構更為精簡、整體表現更優異，更容易掌握公司的發展狀況，使得在日益競爭的全球市場上，更有實力占得先機。

其次為全球運籌管理能力。 運籌（logistics），較通俗的講法為物流，其在1920年代的原始定義為實體分配，如運輸和儲存，以及較優越的營銷手法；1980年代中整合性物 流興起，重視透過加值供應鏈，適時、適地與適量地將高質量的產品送到顧客手中；而1990年代更醞釀了策略性物流 （strategiclogistics）的概念，著重於利用通路夥伴聯盟與物流能力來爭取競爭優勢；現階段則是強調接單後生產（Build-to- order；BTO）為主的新營運策略。

最後則是公司財務方面，以美歐半導體設備先進國家的設備商為例，首先是應用材料，2005年（會 計年度）營收為69.91億美元，研發（R&D）費用則是9.41億美元，佔整體營收為13.5％。 至於微影設備大廠ASML，2005年（會計年度）營收為25.29億歐元，研發費用則是3.24億美元，佔整體營收為12.8％。 單單這兩家公司花在研發上面的金額以及佔營收比例之高，恐怕已經沒有幾家本土半導體設備業者可以負擔。

看看競爭者政策制訂　回頭想想該如何應對

往前看領先者（歐美日3個競爭者），如何趕上他們的確是刻不容緩的事，但是如何避免競爭者（韓國、大陸）追上也重要課題，因此檢視主要競爭者國家的政策制訂，希望能夠藉此給政府部門參考，並考慮應變對策。

在韓國部分，韓國政府計劃於2007~2015年間以每3年一階段方式，分3期投入3,600億韓元的研發經費，推動半導體設備國產化，未來並將設立半導體 核心設備開發準備委員會，研發半導體用光罩蝕刻設備、光罩用鍍膜設備、NeutralBeam設備等實用裝備，以及步進機等下一代核心設備，並確保根源技 術。

而這3階段的經費分配分別為900億韓元（每年300億韓元）、1,200億韓元（每年400億韓元）、1,500億韓元（每年500億韓元），並將設立相對基金（Matchingfund），提供設備業者及元件業者研發支持。

目前韓國半導體設備國產化的程度不及20％，但為了要在2015年達成國產化50％的目標，韓國政府亦制定了「2015半導體發展策略」，推動半導體設備國 產化。 包括三星電子（Samsung）、海力士（Hynix）、東部亞南（DongbuAnam）半導體等主要業者及學界、研究機構、政府等單位，也將於 2007年正式推動「半導體核心設備開發事業團」。

至於大陸部分，隨著第十一次5年計畫（20062010）的啟動，發展主軸為提高技術 層次並擴及半導體材料與設備領域，其次則是新增「集成電路產業促進條例」，根據資訊產業科技發展「十一五」規劃和2020年中長期規劃綱要，半導體技術獎 勵政策，初步決定將以12寸廠與0.18微米以下先進製程為主，改變以往全面性的獎勵方式，重點發展項目包括12寸晶圓廠、16寸晶圓廠以及90奈米、 65奈米和45奈米製程技術、MEMS技術、新型、高密度集成電路封裝、測試技術。

而在國產化設備部分，獎勵部分則為半導體和集成電路專用設備製造技術（含矽基、化合物、寬禁帶半導體設備製造技術）以及半導體和集成電路測試儀器製造技術，目標是6寸晶圓生產線設備上完全自主，8寸晶圓以及12寸晶圓生產線0.130.065微米微影設備等有所突破。

且新的半導體產業發展政策除對半導體業者採行「五免五減半」的所得稅優惠措施外，另提供業者研發減稅、半導體設備支出免稅，以及協助IC設計業者尋求資金籌 措管道等；併計劃成立專案基金扶植半導體產業，第一年基金規模達1,200萬2,500萬美元，之後基金規模將逐年擴大。
台灣在半導體產業中佔有 不可替代的重要地位，如何利用既有的優勢來帶動半導體次產業（設備、材料等）的興起，是相關廠商以及政府部門所必須重視的。 面對韓國強力競爭與大陸半導體產業日益蓬勃發展的威脅，台灣政府部門應該思考如何協助業者能夠創新技術，掌握半導體設備發展，讓不僅晶圓生產技術根留台 灣，同時設備方面也能自主，厚植台灣半導體產業基礎技術，補足長久一來，台灣所欠缺的這一塊空白。

Semiconductor

Overall

• 60% ~ 70% cost for hardware implement installation.
• product quality (process technology) / product output (process management)
• 
  

秦始皇陵

1978年4月，美國國家地理雜誌在主要位置以近十頁的篇幅，刊登了系列介紹中國秦始皇陵的文章，文章提到：如果能破 解始皇陵地宮的秘密，那將是有史以來最大的考古發現，這篇文章還繪製了大量的插圖，把始皇陵地宮比喻成東方的神秘宮殿，始皇陵園被稱為中國歷史上最大的帝 王陵墓。
西元前221年，秦始皇統一天下，建立了當時世界上最富有、最強大的國家，這位在生前驕橫跋扈、性情不定的始皇帝，在死後留下的陵墓依然撲朔迷離，成為中國考古史上最重要、最難破解的謎團之一。
從古城西安驅車沿東行，約二十公里到達臨潼縣，在臨潼縣城的東側，就是秦始皇陵巨大的陵園區，長期的水旱兵燹，天災人禍，明挖暗盜，地面建築早已蕩然無存，始皇陵成了荒丘一堆，多年以來，無人問津了。
對秦始皇陵園第一次全面的考古勘察工作始於1962年，在陝西省文物管理委員會的組織下，對陵園進行了為期數月的考古 調查與勘測，之後，考古人員繪製出了秦始皇陵園的第一張平面佈局圖，歷經兩千多年風雨滄桑的秦始皇陵園，第一次清楚地露出了他的輪廓：經探測，陵園的範圍 有56.25平方公里，這個面積相當於近７８個故宮的範圍，如此大面積的陵墓在世界上也屬罕見，這次考察結果引起了考古界不小的轟動。
在陵墓56.25平方公里的中心區，考古人員勘測地下有保存完好的建築遺址，佈局為南北長，東西窄的長方形，有內、外 兩城，封土的位置位於在內城的南半部，封土地基近似方形，內城的南半部大都為陵墓的封土佔據，封土南北長515米，東西長485米，占地面積249775 平方米。
更具轟動性的發現出現在十二年後，1974年3月，陝西省臨潼縣西楊村的幾位打井村民意外地挖掘出了秦兵馬俑，兩千多 年前的實物開始浮出地面，1917年，一位叫維克托•薩加倫的法國學者也對封土進行了調查，測得封土高度約為46米，同時他第一次提出封土的巨大外形並非 完整的四棱錐體，而是有三層明顯的臺階。
那麼，始皇陵封土高度究竟是多少呢？袁仲一先生是早期參加兵馬俑發掘的專家之一，多年來一直參與秦始皇陵的考察研究工作，對於封土高度的各方學說，提出了自己獨到的看法,他認為，秦始皇陵整個地形象一條魚的脊背，從不同的角度測量就會得出截然不同的數值。
專家在研究秦代墓葬制度時，發現秦代後期埋葬在驪山附近的秦代君王陵墓已經有修建墳丘的習慣，秦始皇陵也繼承了這一習 俗，只要有條件，死後的陵墓建築將儘量地豪華奢侈，我們從史料上知道秦始皇生前的窮奢豪華，建造了覆壓三百里的阿房宮等大型宮殿，死後他的陵墓一定會建成 一個龐大的工程。因此建造如此巨大的封土是為了顯示他始皇帝的尊貴。
考古專家們普遍認為，除了顯示帝王的威嚴氣派外，古代陵墓中修建封土的另一個重要作用是為了保護封土之下的地宮，那麼，秦始皇陵的封土之下有什麼？地宮就在封土的埋藏之下嗎？
最近，秦始皇陵考古隊在封土南部的探測中，發現封土之下約十六七米處有一層厚厚的石層，最厚處竟有三、四米，這是文獻資料中是從來沒有記載過的，為了考證封土下是否在四面都有厚石層，考古隊決定在封土嶺上地進行有針對性的探測。
從1962年以來，對秦始皇陵園的考古勘察工作一直沒有中斷，目前考古勘察主要採用取地下土樣來進行分析判斷，由於封土遠遠高於陵園的其他地方，而目前使用的這種地下土層的取樣方式需要花費大量精力，因此要進一步查明封土之下的情況還需要相當長的時間。
兩天后，第一鑽孔出來結果了，深度約為十六米，打出了生土層，說明地下這個地方是自然而生的土層，沒有人為痕跡，難道 除了南面一帶，封土之下其他地方地下沒有石層嗎？考古隊員沒有灰心，在更靠近地宮中心的位置繼續探測，經過一個多星期的探測，雖然最深的探孔打到了26 米，但封土嶺上所開探孔均未勘探到底。
封土嶺下地層十分複雜，封土之下的結構情況還需要做大量的勘探工作才能確定，所幸的是，考古隊在陵園其他地方的考古工 作進展不小，攝製組到達秦陵時，有幸記錄了考古人員發掘內城北牆的現常這是發掘前的第一天，經過精心探測，確定了城牆的大概位置，考古隊成員牛新龍給我們 介紹了發掘情況。在這裏發掘秦陵內城北牆，主要想考證一下城牆的形狀和建築結構。
發掘進行的第三天，我們在發掘現場已經可以看見城牆的表面，而且還可以清楚看見許多瓦礫散亂地躺在夯築城牆的內外兩側。通過發掘，發現內城牆寬3.5米，由夯土組成，兩側是城牆上建築坍塌下來的瓦礫，接下來考古人員將進一步考證城牆的其他情況。
內城牆上華麗的建築可以作為推測地宮建築的依據。經過秦陵考古隊多年的探測，在封土附近探測出一個長方形的宮牆遺跡，南北長460米，東西寬392米，宮牆四面均有斜坡墓道，經考證，宮牆之內就是地宮上口起掘的範圍，即地宮在地面的開口面積。
地宮是秦始皇陵墓建築最核心的部分，是放置秦始皇棺槨和隨葬器物的地方。兩千多年來，由於一直深藏地下，後人對這個神秘的地宮一直缺乏直觀的認識瞭解，構成了先秦文化中最大的謎團之一。
據說，當年秦始皇陵修成之後，為防止洩露機密，所有瞭解地宮修建情況的工匠都被埋入了地下，歷經兩千多年，許多不解的謎團回蕩在人們的腦際：地宮是什麼樣？地宮到底有多深？經過了數千年，秦始皇陵地宮完好如初嗎？
關於秦始皇陵地宮的建造及相關情況，最早的歷史文獻便是司馬遷在《史記》中的記錄，他教科書似的短短十五句話，在目前尚未深入勘測和發掘前，一直是研究者重要的參考資料。
關於地宮的情況，司馬遷這樣記載：
始皇初繼位，穿治酈山，及並天下，天下徒送詣七十萬人，穿三泉，下銅而致槨，宮觀百官奇器珍怪徙藏滿之。令匠作機弩矢，有所穿近者輒射之。以水銀為百川江河大海，機相灌輸，上具天文，下具地理。以人魚膏為燭，度不滅者久之。
司馬遷向我們展示了地宮富麗堂皇的情景，地下有穿三泉而建的地宮，窮奢豪華的陪葬品，有以水銀來表現的百川江河大海，有防止盜墓人的機關弩矢，玄宮頂部裝飾天文星宿之象，地上模擬有統一後的中國疆域圖，還有用鯨魚油做成的長明燈，照亮了整個地宮，經久不熄…。
如此壯觀的場面，實在讓我們難以想像，兩千多年前，秦始皇修建的地宮結構會是怎樣的？秦始皇陵地宮中究竟是什麼場面？
世界上的許多科學家對秦始皇陵園都有濃厚的興趣，歐洲核子研究中心的科學們曾經有過這樣的推測，他們認為秦始皇陵地宮形狀為拱形，直徑大約為50米，其中有三條封閉的地下河，地宮中有四條直徑為25米的青銅環狀物，總重量超過萬噸。
在地宮結構的研究方面，袁仲一先生的觀點代表了大多數人的意見，他認為秦始皇陵地宮的結構形式，不可能超越時代，而應當和春秋戰國及秦漢時期的大型墓室結構近似，即多層臺階或近似方形的土壙，但其土壙的規模應較目前已知的大型墓室大許多倍。
王學理先生也是早期參加兵馬俑發掘的專家之一，多年來一直從事秦漢時期的考古研究工作，他在推斷地宮形狀時，得出了更具體的資料：他認為秦始皇陵墓室是由巨型的豎井式壙穴構成的三維空間，猶如一個倒置內空的‘四棱臺體’，也即是考古學者常說的口大底小的‘仰鬥’狀。
地宮的核心部分叫玄宮，是盛放秦始皇屍體的棺槨所在處，地宮的深度就是從地表至玄宮的距離，關於地宮的深度是研究者們爭議最大的地方。
司馬遷在《史記》中談到了地宮的深度：“穿三泉，下銅而致槨”。“穿三泉”究竟有多深？從字面上理解，可以解釋為穿過了三層地下水，秦始皇陵附近的水文資料表明第一層地下水距地面為16米，那麼第二層和第三層距地面有多深呢？兩千多年前的地下水位和今天的水位是一樣嗎？
此外，在史料《漢舊儀》一書中也有關於秦始皇陵地宮深度的一段介紹，西元210年，即秦始皇50歲生日時，丞相李斯向他報告：我帶了72萬人修築麗山陵墓，已經挖得很深了，連火也點不著了，鑿時只聽見空空的聲音，好象到了地底一樣，秦始皇聽後，下令“再旁行三百丈乃止”。
我們無法想像陵墓的最深處到達了什麼地方？如果“旁行三百丈”可信的話？那麼秦陵地宮下部的面積就會大得令人震驚！
最大膽的推斷還是出自於歐洲核子研究中心的研究人員，他們推斷地宮的深度在500-1500米之間。
大多數中國學者認為這個數字難以置信，有一種說法推斷地宮的深度至少在五十米以上，其重要的依據是湖北大冶銅綠山發現的戰國時期的古銅礦豎井深度已達50米，而且解決了通風、排水等問題，它說明早在戰國時期，我國人民就已經掌握了掘入地下50米的技術。
袁仲一先生根據考察發現的秦陵附近秦代水井深度並結合漢代王陵的情況，提出了截然不同的看法：1982年，袁仲一先生 及其考察人員在秦陵封土堆西北角的內外城垣之間，清理出了秦代水井一口，經測量，發現當時地下水位距地表深度為16米，而水井處地平面較地宮中心部位低約 7米，因此地宮部位的地下水位距離地表應當在23米左右。
提到各朝代之間的建制沿襲，我們須把目光轉移到另一處秦王陵墓-鳳翔秦景公大墓。秦景公是秦始皇的先輩，曾經統治秦國達四十年之久，其陵墓的規模是秦代君主西陵墓群中最具代表性的。
1976年至1986年之間，經過整整十年時間，考古工作者發掘了陝西咸陽鳳翔縣附近的秦景公陵墓，這也是中國墓葬考古史上時間最久、用工最多的一次發掘。這個陵墓的發掘資料對研究秦始皇陵起到重要的作用。經勘測，秦公大墓深度為24米。
孫嘉春先生是陝西區域地質礦產研究院的高級工程師，曾主持過秦陵地區的地質勘測活動，對秦陵地宮的深度，他有自己獨到的看法。他通過一種三角函數的方式來作出推測，根據計算，地宮深度應該是43.73米。
孫先生特殊的計算方式來源於幾個已知秦墓的資料，他發現秦代墓壙中墓道與水平面都有一個相對固定的角度，即約在10度 左右，參照已發掘的秦景公陵墓和幾處秦王室成員墓道資料，結合考古發現的秦陵地下宮牆的長度，孫先生得出了秦陵墓道長度約為200米資料，於是孫先生通過 三角函數的計算方式得出了地宮的深度。
秦始皇陵考古隊最近有一個重要的發現，經過探測，他們在陵墓地宮的東、南、西方向都發現了厚厚的夯土建築，夯土建築上 寬84米，下寬9米左右，最深處位於陵墓的南端，達39.4米，最窄處深度在陵西為23米。經過分析，考古隊認為這是地宮的防水大壩。秦陵地宮南、西、東 三面較高，從而推斷地宮的深度將低於三十米，否則，地下水將從高處滲入地宮。
考古隊關於地宮深度低於三十米的結果和袁仲一先生的觀點非常接近。
除了上述關於地宮深度的推測外，王學理先生在研究始皇陵時，對地宮的深度也提出了自己明確的看法，經過用多種物探方法 的探測，他發現秦始皇陵地宮主要部分具有規整性，其中之一就是經處理得知地宮深度是33.18米，內容居高10米，他認為這是高精度的探測結果，應該是可 信的。
根據秦始皇陵考古隊提供的資料，鑽探人員曾經在地宮之上進行鑽探，深至27米仍然屬於當初回填的熟土。
既然地宮達到了如此的深度，那麼，隨之而來就會產生一個工程技術上的問題，這就是採用什麼方式去處理地下水呢？
在始皇陵附近的村民家中，散落著許多五邊形的石質材料，大小規格非常精確，經專家檢測，這是當年始皇陵地面建築的排水管道，兩千多年前的排水設施依然那樣堅固、結實，可見當年工程的嚴格。
王學理先生對地宮中的排水系統也進行了系列推測，他認為在墓壙深度的臺階上，於迎水面上的墓壁和兩側墓壁用文石砌築成環繞周壁的擋水壁和引流槽，再在同層的北壁上往裏鑿幾個蓄水滲池，這樣就可以使被引流的水經過粗物質空隙自然層流出。
司馬遷對地宮結構的文獻記錄中，唯一可驗證、且已經驗證的就是關於水銀的記載。在1981年和1982年，研究人員曾 經對秦始皇陵園進行了大規模的汞含量測試，封土以外地區汞含量的平均值僅有30ppb，而在封土中心1.2萬平方米的範圍內有一個強汞異常區，汞含量的平 均值為205ppb，最高地方達280ppb，為陵墓外其他地方汞含量的八倍。
秦始皇陵封土中的汞異常是地宮大量存在的水銀揮發造成的，其分佈呈有規律的幾何形，這證明了司馬遷所記地宮中“以水銀為百川江河大海”的內容屬實。
那麼，地宮中又有多少水銀？秦始皇陵中為什麼要用水銀呢？
王學理認為，在我國古代，煉丹家已經掌握了加熱可以從硫化汞分解得到水銀的方法，早在春秋戰國時期的墓塚就有灌輸水銀的，只不過數量較少，只能“水銀為池”，如果秦始皇陵地宮中以水銀為百川、江河、大海，那一定使用了大量的水銀，他估計地宮中水銀至少有一百噸。
秦始皇以水銀為江河大海的目的，不單是營造恢弘的自然景觀，在地宮中彌漫的汞氣體，還可以使入葬的屍體和隨葬品保持長 久不腐爛。我們知道，汞的熔點很低，即使在常溫下也極易揮發，而汞本身是劇毒物質，一旦吸入一定濃度的汞氣，即可導致死亡，因此在地宮中的水銀還可毒死膽 敢闖入的盜墓者。
秦始皇地宮中儲有一百噸的水銀，這在今天看來，似乎是個難以置信的數字，那麼這些汞礦是從那裏來的呢？
根據《史記》記載：“巴蜀寡婦清，其先得丹穴。”據考證，四川東南一帶是春秋戰國時期汞礦的主要產地。當時川東南一帶的汞礦跨長江、溯嘉陵江而上，走巴山，過漢水，經過千里棧道，源源不斷地運到關中，其艱辛可想而知。
秦始皇陵直接影響了後來封建帝王陵園規劃和建築的模式，這種厚葬的習俗，歷代封建帝王無不尊崇，那麼建造如此大規模的工程需要花費了多少時間？需要多少的人力呢？
根據《史記》記載：“始皇初即位，穿治酈山”。學術界比較統一的看法認為，秦始皇在酈山下開始修建陵墓的時間為西元前247年，後來秦始皇在50歲後去世掩埋，一直到起義軍於西元209年進攻到驪山附近，陵墓修建才倉促停工，於是可以推斷始皇陵修建的時間為38年。
那麼，在38年的時間中有多少人參與建造了這座巨大的陵墓呢？
一位日本的研究者曾說：“修秦始皇陵用的勞力和財力都是天文數字”。據《史記》記載：“隱宮徒刑者七十二萬人，分作阿 房宮與酈山”。根據推測，工程前期階段至少有數十萬人參與。當安葬秦始皇時，由於工期緊張，將所有的七十二萬人全部集中在陵墓進行修建，因此陵墓修建最多 時達到了七十二萬人。
在無任何機動運載工具的秦代，所有的材料只能全靠人力來運送，為集中力量，號子聲不絕於口，有呼有應地步步挪動，由於工作量太大，許多服役勞作之人受不住長期的勞累，紛紛病死和累死在修陵工地。
1979年，在秦陵封土西部1600米的趙背戶村，探測出當年服役人墓葬104座，這裏的村民都知道當年發掘的情況。
從趙背戶村出土的瓦文我們可以知道，這些來自山東、河南、江蘇、河北的修陵人就是當年七十二萬人中的一部分。
在離趙背戶村不遠的瑤池台村，秦陵考古隊還發現了當年修陵時留下的大量屍骨。
秦陵考古隊發現了這裏疊壓在一起厚厚的屍骨層，推算是當年服刑人修陵時病死或累死後埋葬，這樣的屍骨層有一百多米長。
埃及金字塔的建築規模我們可以一目了然，因為它高高隆起在地面，而始皇陵的地宮，卻深埋在地下，它帶來的許多疑問更是讓人朦朧費解。
秦始皇陵以其宏偉的規模、大量價值連城的陪葬品而文明遐邇，據說，秦始皇身著金縷玉衣，躺在金碧輝煌的棺槨中，地宮中裝滿了金銀首飾、珠寶玉器，歷史上有許多人為之蠢蠢欲動，那麼，秦始皇陵有沒有被盜？地宮有沒有被破壞呢？
清代文學家袁牧曾經對秦始皇及其陵墓寫過這樣的文章：生則張良錐之荊軻刀，死則黃巢掘之項羽燒，居然一尚在臨潼郊，隆然黃土浮而高…。
從史書的記述來看，秦始皇陵的確遭受過幾次大的破壞，通過對陵園部分陪葬坑的發掘也找到了被盜的痕跡，考古人員在陵園地區的鑽探也常發現有火燒土和被焚燒的木炭，證明陵園的附屬設施的確被毀壞，那麼，秦始皇陵地宮有沒有遭到破壞呢？
通過對地宮周圍水銀含量的勘測，考古人員斷定地宮依然完好，地宮表面檢測出的大片強汞區，成為秦陵地宮尚未被盜的有力證據，如果秦始皇陵有通往地宮的盜洞，水銀早已順盜洞揮發掉。
《史記》中明確記載了地宮中有防盜的“機弩矢”，並且能做到“有所穿近者輒射之”，如果秦陵被盜，必然有盜墓者被機弩所傷，但歷史文獻和明間傳說對此都沒有任何記載。
近十年來，陝西省秦俑考古隊在秦陵封土周圍進行了細緻的鑽探工作，考古人員在秦始皇陵四周找到了若干個通往地宮的甬道，發現甬道中五花土並沒有人為擾動跡象。
考古專家的分析給我們帶來了一線希望，或許秦始皇仍安然無恙地躺在巨大的棺槨中，至於文獻的諸多記載以及詩人們對秦陵被盜後的感歎看來是子虛烏有，我們只能當作文學作品來解讀了。
既然地宮依然保持完好，我們為什麼沒有發掘呢？
作為古代陵墓遺跡，國家一直主張保護為主，長期以來，出土文物的保護一直沒有得到很好的解決，這是限制發掘工作的主要原因，目前在沒有完全瞭解地宮情況的基礎上，貿然發掘將會出現許多意想不到的情況，到那時再採取措施就來不及了。
另一個方面，地宮面積有180320平方米，現代工程技術還無法解決如此大跨度的建築結構，因此目前不能用傳統的方式發掘地宮。
那麼有沒有一種特殊的發掘或探測技術，既能夠瞭解地宮情況而又不毀壞地宮呢？
歐洲核子研究中心的科學家們1984年曾經發表過一封《建議信》，他們提到：如果成立一個多學科的工作隊，安置一個大型的感應線圈和一個電動發電機組，鑽探一些幹井，在這些井中和驪山上安設磁強儀和其他電子裝置，就可以探測出秦始皇陵地宮的主要結構。
當然，這只是國外科學家們的設想，如果有朝一日秦陵被發掘，那麼，人們就會發現一座燦爛文化藝術的文物寶庫，那將是人類歷史上無與倫比的最為壯觀的考古發現，到那時，所有關於秦始皇陵的一切謎底都將會大白於天下。