【強(qiáng)芯背景下 全球8英寸晶圓市場(chǎng)的機(jī)遇與挑戰(zhàn)】對(duì)優(yōu)質(zhì)芯片的持續(xù)需求，造成了200mm(8英寸)晶圓廠產(chǎn)能和設(shè)備的嚴(yán)重短缺，且還沒有出現(xiàn)任何放緩的跡象。

如今，200mm晶圓廠產(chǎn)能緊張，預(yù)計(jì)2018年下半年的情況也一樣，這種產(chǎn)能緊張可能還會(huì)延續(xù)到2019年。事實(shí)上，2018年可能已經(jīng)是連續(xù)第三年200mm晶圓廠產(chǎn)能緊張了。當(dāng)然，對(duì)于200mm設(shè)備也是如此。

2017~2023年超越摩爾領(lǐng)域的晶圓需求(等效200mm晶圓)

雖然旺盛的需求對(duì)產(chǎn)業(yè)來說似乎一片光明，但這一情況正為許多客戶帶來了多方面的焦慮。200mm市場(chǎng)不涉及300mm晶圓廠生產(chǎn)的尖端芯片，但包含了大量在老舊200mm晶圓廠成熟節(jié)點(diǎn)制造的器件，它們包括消費(fèi)類器件、通信IC以及傳感器。

在200mm晶圓端，市場(chǎng)動(dòng)態(tài)復(fù)雜，主要體現(xiàn)在：

-IDM和無晶圓廠設(shè)計(jì)公司希望能夠滿足200mm晶圓廠的芯片制造需求。但供應(yīng)商能否滿足所有需求尚不清楚，因?yàn)槿?00mm晶圓廠產(chǎn)能現(xiàn)在和未來預(yù)計(jì)都將保持緊張狀態(tài)。

-作為回應(yīng)，GlobalFoundries(格羅方德)、Samsung(三星)、SMIC(中芯國(guó)際)、TowerJazz、TSMC(臺(tái)積電)、UMC(聯(lián)電)等其它廠商都在爭(zhēng)相增加或?qū)で笮碌?00mm晶圓制造產(chǎn)能。同時(shí)，新代工廠——SkyWaterTechnology已經(jīng)加入200mm角逐。

-即使有可用的200mm產(chǎn)能，但由于無法在市場(chǎng)上找到足夠的合適的200mm晶圓設(shè)備，行業(yè)仍然面臨窘境。

-因而，由于無法獲得足夠的200mm產(chǎn)能或設(shè)備，一些芯片制造商不得不重新考慮他們關(guān)于建設(shè)新200mm晶圓廠的計(jì)劃，相反他們可能會(huì)建造300mm晶圓廠。

對(duì)于產(chǎn)業(yè)各方來說，這都是一個(gè)復(fù)雜且令人隱憂的現(xiàn)狀。“我們都看到200mm訂單供不應(yīng)求，尋求任何額外的產(chǎn)能都不容易，”UMC業(yè)務(wù)管理副總裁WalterNg表示，“過去的周期性規(guī)律，到現(xiàn)在200mm產(chǎn)能早早就完成瓜分，已經(jīng)逐漸成為一種常態(tài)。我們以及業(yè)界其它廠商相信在可見的未來，都將保持這樣的現(xiàn)狀發(fā)展。并不是UMC一家如此，全行業(yè)都是這樣的情況。”

令人驚訝的是，200mm晶圓廠至少要到2030年左右才能維持運(yùn)營(yíng)。跟以前一樣，其挑戰(zhàn)在于200mm設(shè)備的采購，目前仍然處于供不應(yīng)求的狀態(tài)。

事實(shí)上，市場(chǎng)對(duì)200mm設(shè)備的強(qiáng)勁需求已經(jīng)持續(xù)一段時(shí)間了，盡管由于芯片制造商開始權(quán)衡他們的200mm晶圓廠計(jì)劃，致使2018年下半年市場(chǎng)需求似乎稍微有所緩解。此外，地緣政治問題也是其中一個(gè)影響因素?！?00mm產(chǎn)能持續(xù)緊張”，SemicoResearch制造總經(jīng)理JoanneItow表示，“有意思的是，200mm二手設(shè)備的需求已經(jīng)有些許減弱。”

200mm晶圓廠火爆

IC市場(chǎng)可以劃分為多個(gè)細(xì)分市場(chǎng)。在領(lǐng)先的前沿領(lǐng)域，芯片制造商正在300mm晶圓廠16nm/14nm及以下節(jié)點(diǎn)增加芯片量產(chǎn)規(guī)模。當(dāng)然，在300mm晶圓廠，芯片制造商也在16nm/14nm及以上節(jié)點(diǎn)制造芯片。

300mm所有工藝節(jié)點(diǎn)的產(chǎn)能都在不斷擴(kuò)大?！俺舜S在增加邏輯芯片的產(chǎn)能，中國(guó)和韓國(guó)在存儲(chǔ)器件方面顯著提高了300mm晶圓產(chǎn)能，”SemicoResearch分析師AdrienneDowney說。

但并非所有芯片都需要先進(jìn)的工藝節(jié)點(diǎn)。模擬器件、MEMS、射頻器件等產(chǎn)品大多是在200mm及以下尺寸的晶圓廠生產(chǎn)的。對(duì)于這其中的許多器件而言，200mm晶圓是最佳選擇。

第一座200mm晶圓廠于1990年出現(xiàn)，200mm晶圓尺寸逐漸成為多年的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。隨著時(shí)間的推移，芯片制造商在2000年代開始向更先進(jìn)的300mm晶圓廠遷移，市場(chǎng)對(duì)200mm晶圓的需求增長(zhǎng)開始萎縮。到2007年，200mm晶圓需求達(dá)到頂峰，市場(chǎng)開始下降。

晶圓尺寸的相對(duì)差異

盡管如此，2015年末，產(chǎn)業(yè)出現(xiàn)了對(duì)200mm晶圓廠芯片的意外需求。這使得IC供應(yīng)鏈不堪重負(fù)，導(dǎo)致2016年和2017年200mm晶圓廠的產(chǎn)能短缺。進(jìn)入2018年，200mm晶圓產(chǎn)能仍然緊張，且似乎無法預(yù)計(jì)何時(shí)能夠緩解。

盡管如此，對(duì)200mm晶圓的需求已經(jīng)令產(chǎn)業(yè)措手不及，并迫使芯片制造商和晶圓廠設(shè)備供應(yīng)商更加認(rèn)真地對(duì)待該技術(shù)。例如，代工廠提高了具有新工藝或改進(jìn)工藝的200mm產(chǎn)能。然后，多家晶圓廠設(shè)備供應(yīng)商開始打造新的200mm晶圓制造設(shè)備。

SEMI分析師ChristianGregorDieseldorff表示，總體而言，量產(chǎn)200mm晶圓廠的數(shù)量預(yù)計(jì)將從2016年的188家增加到2021年的202家，該數(shù)字包括IDM和代工廠。

200mm晶圓廠數(shù)量的增長(zhǎng)

大部分正在建設(shè)的新200mm晶圓廠都在中國(guó)?！澳壳?，我們正在關(guān)注中國(guó)建造中的四座200mm晶圓廠。這四座晶圓產(chǎn)將用于功率器件和MEMS代工，”Dieseldorff表示，“此外，中國(guó)還宣布將建設(shè)兩座(MEMS和功率IC)新的200mm晶圓廠。我們預(yù)計(jì)這兩座晶圓廠將在今年末開工建設(shè)，并將在明年年底左右建設(shè)完成。”

通常一家典型的200mm晶圓廠每月生產(chǎn)大約40000片晶圓。這些工廠會(huì)在6um到65nm的各個(gè)工藝節(jié)點(diǎn)上生產(chǎn)晶圓?！?80nm/130nm/110nm工藝節(jié)點(diǎn)的產(chǎn)品很多，這主要取決于應(yīng)用的需要，”UMC的Ng表示，“RF器件，尤其是RFSOI正在推動(dòng)產(chǎn)能的大幅增長(zhǎng)。當(dāng)然，功率器件也包括在內(nèi)，以及像BCD(Bipolar-CMOS-DMOS)這樣的產(chǎn)品?！?/p>

在200mm晶圓尺寸，相關(guān)應(yīng)用正在爆炸式增長(zhǎng)?！拔覀兛吹綉?yīng)用領(lǐng)域正在不斷擴(kuò)大，”AppliedMaterials(應(yīng)用材料公司)200mm設(shè)備產(chǎn)品部戰(zhàn)略和技術(shù)營(yíng)銷總監(jiān)MikeRosa說，“包括電動(dòng)汽車和ADAS(先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng))，以及智能手機(jī)中不斷增加的新功能。”

據(jù)Rosa稱，“在這些器件的需求中，200mm晶圓代工廠利用率約為85%~95%之間，如今有一些報(bào)告稱能達(dá)到100%。”

根據(jù)SemicoResearch制造總經(jīng)理JoanneItow的數(shù)據(jù)，2017年200mm晶圓需求增長(zhǎng)了9.2%。而據(jù)Itow稱：“模擬、分立器件、MCU(微控制器)、光電子器件和傳感器，都推動(dòng)了200mm晶圓產(chǎn)能需求的增長(zhǎng)?！?/p>

2018年，市場(chǎng)在某種程度上正在降溫。她表示：“2018年200mm晶圓的需求增長(zhǎng)將回落到4.2%的歷史正常水平?！?/p>

2018年按產(chǎn)品類別劃分的200mm晶圓需求

市場(chǎng)進(jìn)入降溫期的一個(gè)原因是晶圓廠產(chǎn)能緊張，制造商無法擴(kuò)張。另外，即使器件制造商想要擴(kuò)展，還需要面對(duì)設(shè)備短缺的問題。

盡管如此，200mm晶圓廠的產(chǎn)能緊張，預(yù)計(jì)仍將持續(xù)一段時(shí)間，特別是代工廠。GlobalFoundries射頻業(yè)務(wù)部高級(jí)副總裁BamiBastani表示：“業(yè)內(nèi)200mm晶圓產(chǎn)能已被超額定出。很多器件其實(shí)并不需要非常先進(jìn)的工藝節(jié)點(diǎn)。”

例如，高端智能手機(jī)中采用了最先進(jìn)的芯片，但那只占其眾多器件中的一小部分?！捌溆嗥骷≒MIC(電源管理IC)、模擬器件和BCD類技術(shù)，”Bastani說，“大部分這些產(chǎn)品并不需要更小的工藝尺寸。直到它們走到產(chǎn)品生命周期的盡頭之前，客戶都不會(huì)輕易放棄它們?！?/p>

一般來說，客戶很樂意在成本更低的200mm晶圓代工廠制造這些器件。但200mm晶圓產(chǎn)能并不充足，而且利潤(rùn)低于300mm晶圓。

這給代工廠帶來了一些挑戰(zhàn)。首先，供應(yīng)商必須持續(xù)的投入并升級(jí)各種200mm工藝。其中一個(gè)例子就是汽車行業(yè)，即使是200mm晶圓，客戶仍需要升級(jí)的工藝?！靶袠I(yè)需要不斷投資新的技術(shù)?？雌饋砦覀儫o法足夠快地開發(fā)這些技術(shù)，”AppliedMaterials的MikeRosa說。

除了投資新的200mm晶圓工藝，代工廠還必須找到方法來增加200mm晶圓產(chǎn)能。以下是一些選擇：

-收購一家擁有200mm晶圓廠的公司。

-建造新的200mm晶圓廠。

-增加200mm晶圓產(chǎn)能。

-將客戶從200mm晶圓轉(zhuǎn)移到300mm晶圓。

-改建300mm晶圓廠。

走收購路線是一種途徑。多年來，代工廠們通過收購獲得了相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)能，但這是一種成本較高的選擇?！叭魏螕碛幸蛔?00mm晶圓廠且正考慮出售的公司，都會(huì)非常重視這筆交易，盡量要求合理的溢價(jià)，”UMC的Ng說。

另一種選擇是建設(shè)一座新的200mm晶圓廠，面臨的挑戰(zhàn)則是制造設(shè)備的投資，以及長(zhǎng)遠(yuǎn)的運(yùn)營(yíng)回報(bào)問題。“如果你打算投資獲得更多的產(chǎn)能，那問題就在于從商業(yè)角度看是否有意義，”Ng說，“很多應(yīng)用正在推動(dòng)200mm晶圓的產(chǎn)能增長(zhǎng)，成本是非常重要的組成部分。您可以支持產(chǎn)能的增長(zhǎng)。但是，如果它不具備成本效益，則無法滿足要求?！?/p>

除了上述途徑，許多代工廠選擇將一些芯片的制造從200mm晶圓轉(zhuǎn)移至300mm晶圓。這種途徑對(duì)一些產(chǎn)品有意義，但并不是所有產(chǎn)品都適合?！拔覀冋谂?00mm晶圓客戶尋找解決方案，如果綜合考量合適，我們相信會(huì)推動(dòng)客戶的一部分產(chǎn)品轉(zhuǎn)移至300mm晶圓平臺(tái)?！盢g說。

對(duì)于有些芯片來說，將它們遷移到300mm晶圓是沒有意義的。“很多基于200mm晶圓的應(yīng)用對(duì)成本都非常敏感，因此，要做任何改變都將會(huì)是一個(gè)挑戰(zhàn)，”他說，“例如，一些功率分立器件應(yīng)該永遠(yuǎn)不會(huì)轉(zhuǎn)移至300mm平臺(tái)?！?/p>

那么，200mm晶圓平臺(tái)存在這么多的問題，有些廠商甚至開始重新考慮他們的200mm晶圓廠計(jì)劃。他們甚至在考慮是否要建一座300mm晶圓廠，這也是一個(gè)非常昂貴的選擇。“如果你考慮的是300mm晶圓平臺(tái)，那你的成本投入將進(jìn)一步增加，”AppliedMaterials的MikeRosa說，“那甚至是在你開始考慮你可能需要的技術(shù)的可用性和準(zhǔn)備狀況之前，成本問題就已經(jīng)開始凸顯?！?/p>

同時(shí)，代工廠的客戶也面臨著一些挑戰(zhàn)。除了確保其供應(yīng)商具有足夠的能力之外，客戶還必須評(píng)估代工廠的運(yùn)營(yíng)狀況。每家代工廠都各自不同，每家代工廠都提供了各異的制造能力。

此外，還不斷有新的廠商參與競(jìng)爭(zhēng)。去年，SkyWater收購了位于美國(guó)明尼蘇達(dá)州布盧明頓的CypressSemiconductor(賽普拉斯半導(dǎo)體)的200mm晶圓廠。此前，Cypress位于布盧明頓的晶圓廠便提供代工服務(wù)。

通過收購這家晶圓廠，SkyWater轉(zhuǎn)而開始提供代工服務(wù)，將其定位為一家采用CMOS工藝以及生物技術(shù)、硅光子學(xué)、量子計(jì)算和超導(dǎo)技術(shù)的專業(yè)代工廠。

SkyWater擁有一座包括0.35um、90nm及其他節(jié)點(diǎn)工藝的200mm晶圓廠。“如果你看看一些代工廠，他們的產(chǎn)量很高，但他們不喜歡定制化的服務(wù)。定制化服務(wù)，意味著你需要支付很多的成本。而且需要看您的規(guī)模，他們可能不一定會(huì)感興趣。”SkyWater總裁ThomasSonderman說。

“我們有能力在大規(guī)模量產(chǎn)的背境下進(jìn)行開發(fā)。Cypress掌管這種晶圓廠時(shí)擁有的一項(xiàng)能力，便是能夠以較低的產(chǎn)量完成多種產(chǎn)品組合的制造，并且同時(shí)仍具有世界一流的良率，”Sonderman說，“憑借我們的模式，我們可以以極具競(jìng)爭(zhēng)力的價(jià)格為客戶提供合理的量產(chǎn)規(guī)模。但我們的方式是提供ASIC功能和專業(yè)技術(shù)能力?！?/p>

急需：200mm晶圓設(shè)備

與此同時(shí)，IDM和代工廠都希望擴(kuò)大它們的200mm產(chǎn)能。那么哪里能夠購買到200mm設(shè)備呢?

芯片制造商可以從晶圓廠設(shè)備制造商、二手設(shè)備公司、經(jīng)紀(jì)商或通過eBay等在線網(wǎng)站購買二手舊設(shè)備。一些芯片制造商也在公開市場(chǎng)銷售二手設(shè)備。

近來，AppliedMaterials、ASML、KLA-Tencor、LamResearch、TEL及其他設(shè)備制造商已經(jīng)開始制造新的200mm晶圓設(shè)備。

根據(jù)二手設(shè)備供應(yīng)商SurplusGlobal的數(shù)據(jù)，在2018年初，該行業(yè)需要大約2000臺(tái)/套新的或翻新的200mm機(jī)臺(tái)來滿足晶圓廠的需求。而據(jù)SurplusGlobal稱，在2018年初，市場(chǎng)上只有500臺(tái)/套200mm晶圓平臺(tái)可用的機(jī)臺(tái)。

“我們?nèi)匀幌嘈胚@是真實(shí)的。我們?nèi)匀粫?huì)看到200mm平臺(tái)的設(shè)備需求無法得到滿足，”SurplusGlobal美洲和歐洲執(zhí)行副總裁EmeraldGreig說，“盡管我們也看到了美國(guó)和歐洲的需求，但是，是IDM廠商和中國(guó)造成了這種設(shè)備缺貨的現(xiàn)狀。”

這個(gè)周期的不同之處在于，2018年下半年200mm晶圓設(shè)備的需求情況看起來還不確定?！坝捎诘鼐壵我蛩兀覀兛吹较掳肽甑男枨舐杂蟹啪?，”Greig說，“由于200mm或300mm設(shè)備安裝的重新評(píng)估，我們看到了市場(chǎng)需求的短暫停滯?！?/p>

其他人則比較樂觀，“市場(chǎng)需求非常強(qiáng)勁，”AppliedMaterials的Rosa表示，“在200mm晶圓平臺(tái)，我們有望實(shí)現(xiàn)迄今為止市場(chǎng)表現(xiàn)最強(qiáng)勁的一年?！?/p>

無論短期前景如何，200mm晶圓平臺(tái)預(yù)計(jì)將在一段時(shí)間內(nèi)繼續(xù)運(yùn)行，所以晶圓廠必須采購設(shè)備和備件以滿足需求。從供應(yīng)商那里購買200mm設(shè)備主要考慮——質(zhì)量、信譽(yù)和服務(wù)。即使那樣，從OEM、二手設(shè)備供應(yīng)商還是其他地方購買設(shè)備都面臨挑戰(zhàn)。

200mm晶圓機(jī)臺(tái)的供應(yīng)商也不盡相同。它們有些提供新的機(jī)臺(tái)，有些則提供翻新的現(xiàn)有機(jī)臺(tái)。甚至有些公司銷售不合標(biāo)準(zhǔn)或根本無法工作的系統(tǒng)。

“主要有兩類設(shè)備需求。一類為純?cè)黾赢a(chǎn)能的設(shè)備。如果僅是增加產(chǎn)能，就比較簡(jiǎn)單直接，”Rosa說，“還有一類是需要新技術(shù)支持的產(chǎn)能提高，這種情況二手設(shè)備市場(chǎng)就無法滿足了?！?/p>

與此同時(shí)，晶圓廠機(jī)臺(tái)供應(yīng)商AppliedMaterials公司也在制造新的200mm設(shè)備，并在各個(gè)細(xì)分市場(chǎng)進(jìn)行翻新。通常其為按訂單生產(chǎn)，交付期從12周到16周不等。

在某些情況下，AppliedMaterials會(huì)從頭開始打造新的200mm設(shè)備?！斑@種情況會(huì)提高交貨周期和價(jià)格，”他說，“我們發(fā)現(xiàn)設(shè)備的平均售價(jià)，正接近AppliedMaterials只有200mm設(shè)備時(shí)的價(jià)格?！?/p>

其他廠商當(dāng)然也看到了該領(lǐng)域的市場(chǎng)增長(zhǎng)?！霸诳深A(yù)見的未來，我們預(yù)計(jì)200mm設(shè)備的業(yè)務(wù)將持續(xù)增長(zhǎng)。我們的規(guī)劃期限為2030年，且有跡象表明這個(gè)期限可能會(huì)進(jìn)一步向后延長(zhǎng)。這就是為什么我們繼續(xù)大力投資使能型技術(shù)、生產(chǎn)力的提高以及陳舊的解決方案，”LamResearch副總裁兼Reliant產(chǎn)品部總經(jīng)理EvanPatton說。

盡管LamResearch正在緊跟訂單的增長(zhǎng)率，但200mm設(shè)備的需求實(shí)在旺盛。Patton說：“二手設(shè)備市場(chǎng)上可能缺貨，但LamResearch的產(chǎn)品組合中可不乏200mm設(shè)備?！?/p>

LamResearch正在開發(fā)新的和翻新的200mm設(shè)備，如蝕刻、沉積和清潔機(jī)臺(tái)?！拔覀冋谕顿Y開發(fā)新的設(shè)備，以支持汽車、物聯(lián)網(wǎng)和RF市場(chǎng)的先進(jìn)器件?！彼f。

200mm設(shè)備的熱潮，還能持續(xù)多久仍是個(gè)問號(hào)。就現(xiàn)在而言，今年和明年的業(yè)務(wù)看起來都不錯(cuò)?！拔覀冋J(rèn)為2019年對(duì)于設(shè)備供應(yīng)商和IDM來說又是市場(chǎng)表現(xiàn)強(qiáng)勁的一年。隨著IDM極力擠出新的設(shè)備安裝到他們的制造車間，晶圓廠的市場(chǎng)空間將愈發(fā)趨緊?！盩EL高級(jí)副總裁兼副總經(jīng)理KevinChasey說。

“TEL正在推出OEE(整體設(shè)備效率)硬件和軟件升級(jí)，旨在改善過去安裝的基礎(chǔ)設(shè)備，”Chasey說，“此外，TEL正在重新發(fā)布升級(jí)的設(shè)備平臺(tái)，以確保我們的客戶在未來十年及以后，擁有現(xiàn)代化且完整支持的成套設(shè)備?！?/p>

TEL提供一系列200mm系統(tǒng)，如沉積、蝕刻、清潔和Track機(jī)臺(tái)等。許多平臺(tái)能夠同時(shí)運(yùn)行100mm/200mm晶圓基板。

雖然200mm晶圓設(shè)備需求看起來很穩(wěn)健，但供應(yīng)商仍需要密切關(guān)注可能影響訂單率的情況?！耙?yàn)?00mm晶圓預(yù)計(jì)將持續(xù)增長(zhǎng)到2021年，我們預(yù)計(jì)未來幾年200mm晶圓產(chǎn)能需求將保持增長(zhǎng)?！盞LA-Tencor成熟服務(wù)、系統(tǒng)和改善部門營(yíng)銷高級(jí)總監(jiān)IanO'Leary說。

“最終200mm晶圓的一些需求驅(qū)動(dòng)因素，可能會(huì)逐漸轉(zhuǎn)向300mm晶圓和前沿先進(jìn)工藝節(jié)點(diǎn)，”O(jiān)'Leary說，“一個(gè)例子就是對(duì)各種廣泛的汽車芯片的需求迅速增長(zhǎng)，覆蓋從低端到高端的應(yīng)用。對(duì)于汽車芯片，受成本分析的控制，從200mm晶圓到300mm晶圓的轉(zhuǎn)移速度一直很慢，但我們會(huì)繼續(xù)密切關(guān)注這些趨勢(shì)，以便我們的業(yè)務(wù)緊跟市場(chǎng)需求的發(fā)展。”

不過，汽車器件制造商需要200mm晶圓平臺(tái)，特別是在缺陷檢測(cè)方面。在汽車領(lǐng)域，OEM廠商通常要求芯片零缺陷。

通常，器件制造商使用晶圓檢測(cè)設(shè)備來檢測(cè)缺陷?！霸谄囶I(lǐng)域，許多300mm晶圓廠需要的機(jī)臺(tái)模型，在200mm晶圓廠也同樣需要?！彼f。

為了發(fā)現(xiàn)110nm工藝中的潛在缺陷，晶圓廠通常需要65nm的缺陷檢測(cè)能力。因此，KLA-Tencor需要構(gòu)建具有300mm晶圓性能的200mm晶圓檢測(cè)設(shè)備。

很顯然，市場(chǎng)對(duì)200mm晶圓的需求仍將繼續(xù)。很多芯片在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，都需要200mm工廠中的成熟工藝。然而，仍然有待觀察的是，產(chǎn)業(yè)是否能夠從供應(yīng)鏈中獲得支持。