强芯背景下 全球8英寸晶圆市场的机遇与挑战

　　除了投资新的200 mm晶圆工艺，代工厂还必须找到方法来增加200 mm晶圆产能。以下是一些选择：

　　- 收购一家拥有200 mm晶圆厂的公司。

　　- 建造新的200 mm晶圆厂。

　　- 增加200 mm晶圆产能。

　　- 将客户从200 mm晶圆转移到300 mm晶圆。

　　- 改建300 mm晶圆厂。

　　走收购路线是一种途径。多年来，代工厂们通过收购获得了相关技术和产能，但这是一种成本较高的选择。“任何拥有一座200 mm晶圆厂且正考虑出售的公司，都会非常重视这笔交易，尽量要求合理的溢价，”UMC的Ng说。

　　另一种选择是建设一座新的200 mm晶圆厂，面临的挑战则是制造设备的投资，以及长远的运营回报问题。“如果你打算投资获得更多的产能，那问题就在于从商业角度看是否有意义，”Ng说，“很多应用正在推动200 mm晶圆的产能增长，成本是非常重要的组成部分。您可以支持产能的增长。但是，如果它不具备成本效益，则无法满足要求。”

　　除了上述途径，许多代工厂选择将一些芯片的制造从200 mm晶圆转移至300 mm晶圆。这种途径对一些产品有意义，但并不是所有产品都适合。“我们正在努力为200 mm晶圆客户寻找解决方案，如果综合考量合适，我们相信会推动客户的一部分产品转移至300 mm晶圆平台。”Ng说。

　　对于有些芯片来说，将它们迁移到300 mm晶圆是没有意义的。“很多基于200 mm晶圆的应用对成本都非常敏感，因此，要做任何改变都将会是一个挑战，”他说，“例如，一些功率分立器件应该永远不会转移至300 mm平台。”

　　那么，200 mm晶圆平台存在这么多的问题，有些厂商甚至开始重新考虑他们的200 mm晶圆厂计划。他们甚至在考虑是否要建一座300 mm晶圆厂，这也是一个非常昂贵的选择。“如果你考虑的是300 mm晶圆平台，那你的成本投入将进一步增加，” Applied Materials的Mike Rosa说，“那甚至是在你开始考虑你可能需要的技术的可用性和准备状况之前，成本问题就已经开始凸显。”

　　同时，代工厂的客户也面临着一些挑战。除了确保其供应商具有足够的能力之外，客户还必须评估代工厂的运营状况。每家代工厂都各自不同，每家代工厂都提供了各异的制造能力。

　　此外，还不断有新的厂商参与竞争。去年，SkyWater收购了位于美国明尼苏达州布卢明顿的Cypress Semiconductor(赛普拉斯半导体)的200 mm晶圆厂。此前，Cypress位于布卢明顿的晶圆厂便提供代工服务。

　　通过收购这家晶圆厂，SkyWater转而开始提供代工服务，将其定位为一家采用CMOS工艺以及生物技术、硅光子学、量子计算和超导技术的专业代工厂。

　　SkyWater拥有一座包括0.35 um、90 nm及其他节点工艺的200 mm晶圆厂。“如果你看看一些代工厂，他们的产量很高，但他们不喜欢定制化的服务。定制化服务，意味着你需要支付很多的成本。而且需要看您的规模，他们可能不一定会感兴趣。”SkyWater总裁Thomas Sonderman说。

　　“我们有能力在大规模量产的背境下进行开发。Cypress掌管这种晶圆厂时拥有的一项能力，便是能够以较低的产量完成多种产品组合的制造，并且同时仍具有世界一流的良率，”Sonderman说，“凭借我们的模式，我们可以以极具竞争力的价格为客户提供合理的量产规模。但我们的方式是提供ASIC功能和专业技术能力。”

　　急需：200mm晶圆设备

　　与此同时，IDM和代工厂都希望扩大它们的200 mm产能。那么哪里能够购买到200 mm设备呢?

　　芯片制造商可以从晶圆厂设备制造商、二手设备公司、经纪商或通过eBay等在线网站购买二手旧设备。一些芯片制造商也在公开市场销售二手设备。

　　近来，Applied Materials、ASML、KLA-Tencor、Lam Research、TEL及其他设备制造商已经开始制造新的200 mm晶圆设备。

　　根据二手设备供应商Surplus Global的数据，在2018年初，该行业需要大约2000台/套新的或翻新的200 mm机台来满足晶圆厂的需求。而据Surplus Global称，在2018年初，市场上只有500台/套200 mm晶圆平台可用的机台。

　　“我们仍然相信这是真实的。我们仍然会看到200 mm平台的设备需求无法得到满足，” Surplus Global美洲和欧洲执行副总裁Emerald Greig说，“尽管我们也看到了美国和欧洲的需求，但是，是IDM厂商和中国造成了这种设备缺货的现状。”

　　这个周期的不同之处在于，2018年下半年200 mm晶圆设备的需求情况看起来还不确定。“由于地缘政治因素，我们看到下半年的需求略有放缓，” Greig说，“由于200 mm或300 mm设备安装的重新评估，我们看到了市场需求的短暂停滞。”

　　其他人则比较乐观，“市场需求非常强劲，” Applied Materials的Rosa表示，“在200 mm晶圆平台，我们有望实现迄今为止市场表现最强劲的一年。”

　　无论短期前景如何，200 mm晶圆平台预计将在一段时间内继续运行，所以晶圆厂必须采购设备和备件以满足需求。从供应商那里购买200 mm设备主要考虑——质量、信誉和服务。即使那样，从OEM、二手设备供应商还是其他地方购买设备都面临挑战。

　　200 mm晶圆机台的供应商也不尽相同。它们有些提供新的机台，有些则提供翻新的现有机台。甚至有些公司销售不合标准或根本无法工作的系统。

　　“主要有两类设备需求。一类为纯增加产能的设备。如果仅是增加产能，就比较简单直接，”Rosa说，“还有一类是需要新技术支持的产能提高，这种情况二手设备市场就无法满足了。”

　　与此同时，晶圆厂机台供应商Applied Materials公司也在制造新的200 mm设备，并在各个细分市场进行翻新。通常其为按订单生产，交付期从12周到16周不等。

　　在某些情况下，Applied Materials会从头开始打造新的200 mm设备。“这种情况会提高交货周期和价格，”他说，“我们发现设备的平均售价，正接近Applied Materials只有200 mm设备时的价格。”

　　其他厂商当然也看到了该领域的市场增长。“在可预见的未来，我们预计200 mm设备的业务将持续增长。我们的规划期限为2030年，且有迹象表明这个期限可能会进一步向后延长。这就是为什么我们继续大力投资使能型技术、生产力的提高以及陈旧的解决方案，”Lam Research副总裁兼Reliant产品部总经理Evan Patton说。

　　尽管Lam Research正在紧跟订单的增长率，但200 mm设备的需求实在旺盛。Patton说：“二手设备市场上可能缺货，但Lam Research的产品组合中可不乏200 mm设备。”

　　Lam Research正在开发新的和翻新的200 mm设备，如蚀刻、沉积和清洁机台。“我们正在投资开发新的设备，以支持汽车、物联网和RF市场的先进器件。”他说。

　　200 mm设备的热潮，还能持续多久仍是个问号。就现在而言，今年和明年的业务看起来都不错。“我们认为2019年对于设备供应商和IDM来说又是市场表现强劲的一年。随着IDM极力挤出新的设备安装到他们的制造车间，晶圆厂的市场空间将愈发趋紧。”TEL高级副总裁兼副总经理Kevin Chasey说。

　　“TEL正在推出OEE(整体设备效率)硬件和软件升级，旨在改善过去安装的基础设备，”Chasey说，“此外，TEL正在重新发布升级的设备平台，以确保我们的客户在未来十年及以后，拥有现代化且完整支持的成套设备。”

　　TEL提供一系列200 mm系统，如沉积、蚀刻、清洁和Track机台等。许多平台能够同时运行100 mm/200 mm晶圆基板。

　　虽然200 mm晶圆设备需求看起来很稳健，但供应商仍需要密切关注可能影响订单率的情况。“因为200 mm晶圆预计将持续增长到2021年，我们预计未来几年200 mm晶圆产能需求将保持增长。”KLA-Tencor成熟服务、系统和改善部门营销高级总监Ian O'Leary说。

　　“最终200 mm晶圆的一些需求驱动因素，可能会逐渐转向300 mm晶圆和前沿先进工艺节点，” O'Leary说，“一个例子就是对各种广泛的汽车芯片的需求迅速增长，覆盖从低端到高端的应用。对于汽车芯片，受成本分析的控制，从200 mm晶圆到300 mm晶圆的转移速度一直很慢，但我们会继续密切关注这些趋势，以便我们的业务紧跟市场需求的发展。”

　　不过，汽车器件制造商需要200 mm晶圆平台，特别是在缺陷检测方面。在汽车领域， OEM厂商通常要求芯片零缺陷。

　　通常，器件制造商使用晶圆检测设备来检测缺陷。“在汽车领域，许多300 mm晶圆厂需要的机台模型，在200 mm晶圆厂也同样需要。”他说。

　　为了发现110 nm工艺中的潜在缺陷，晶圆厂通常需要65 nm的缺陷检测能力。因此，KLA-Tencor需要构建具有300 mm晶圆性能的200 mm晶圆检测设备。

　　很显然，市场对200mm晶圆的需求仍将继续。很多芯片在很长一段时间内，都需要200mm工厂中的成熟工艺。然而，仍然有待观察的是，产业是否能够从供应链中获得支持。