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8寸晶圆寸产能严重不足

2017年200mm产能危机深度剖析
原创 2017-05-25 semiengineering 半导体行业观察

来源：内容翻译自semiengineering ，谢谢。

需求增长，而产能持平。这种不平衡背后的原因是什么。

在过去一年左右的时间里，由于某些芯片的需求激增，IC行业在200mm晶圆厂容量和200mm设备方面都严重短缺。现在，200毫米的缺口比以前更糟。但是，由于这两个因素，预计在2017年下半年，这种情况并不会改善。

在容量方面，芯片制造商通常运营他们的200mm晶圆厂，利用率达到或接近100％，且没有放缓的迹象。“全球200毫米的产能得到充分利用”联电（ UMC）公司业务管理副总裁Walter Ng表示：“从去年初以来，这种情况一直是这样，预计在可预见的未来仍然如此。今年下半年的前景仍然是200mm产能被充分利用。”

在一方面看，这是个好消息——芯片制造商希望保持晶圆厂充分利润。缺点是他们不能利用需求的飞涨带动晶圆厂利润的增长。

芯片制造商一直在寻求扩大其200mm晶圆厂的能力，在中国，有些制造商正着手建造新的200mm晶圆厂以满足需求。但几乎没有任何新的或二手的200mm设备可用。而有工具可用的地方，价格又比较高。

200mm设备的缺口在2015年底开始出现，并贯穿了整个2016年，晶圆厂意识到对200mm容量的突然和令人惊讶的需求。“从去年的情况来看，许多人的普遍思想是：2017年我们会看到一些松动，并增加对200mm设备所需材料的供应，” 应用材料（Applied Materials）公司的全球服务部应用总监Cody Harlow如是说，“根本不是这样的情况。事实上，现在核心工具供应不足。核心工具的价格达到十年来的最高点。”

术语“核心”是指一件必须翻新的二手设备。一年前，库存中有600到720个200mm的二手设备或核心。据世界上最大的二次设备供应商之一的SurplusGlobal公司表示，目前设备制造商的核心需求量约为1000个。

根据SurplusGlobal的说法，目前还有不到1000个200mm的核心可用。但是，据该公司估计，目前芯片制造商的核心需求在3000到5000个之间，比去年增加了三到五倍，供需不平衡。

“我们从来没有遇到过像这样糟糕的情况，没有足够的设备，”SurplusGlobal美洲和欧洲执行副总裁Emerald Greig说：”有些人已经投资建造了200mm晶圆厂，但是它们已经被搁置了。不是因为资金不足而暂停，而是因为没有设备所以被搁置了。”

然而，200mm容量的紧缩并不是一个短期事件。Greig说：“我们认为，至少在未来的两三年内，对200mm的需求仍将继续。”

我们是怎么走到这一步的？

200mm容量和工具的缺乏主要是由于以下几个原因：

•多年来，由于成本原因，许多芯片制造商关闭了200mm晶圆厂。有些人决定专注于更大的300mm市场。

•几家设备公司多年来停产或被收购。 许多厂商决定停止构建某些类型的传统工具。

•对200mm晶圆厂生产的芯片的需求的爆炸式增长，特别是在汽车，通信和移动市场。

令人惊讶的是，尽管200mm晶圆厂在几十年前就已经出现了，但在今天仍然是热门商品。目前，中国正在建造业界最新的200mm晶圆厂。 此外，几家代工厂和集成设备制造商（IDMs）正在提升新的200mm晶圆厂能力。

根据SEMI的统计，到2020年，全球预计将有189个200mm的晶圆厂，而2007年的高峰期则为199家。SEMI分析师Christian Dieseldorff说：“包括2016年，我们正在密切关注八个新的已经开始建设的200mm晶圆厂项目。这八个项目中有六个在中国。它们混合了模拟、电力和铸造产业。“

图 1：200mm晶圆厂数量下降。资料来源：SEMI

计算新晶圆厂的数量是一回事。 但是，随着时间的推移，预计200mm晶圆厂容量的多少，涉及到一个包含一系列变量和未知数的复杂公式。“你有新技术进入200mm，同时也要迁移到300mm，还有平均销售价格（ASP）的侵蚀，”应用材料（Applied Materials）的应用全球服务营销总监Mike Rosa说，“所以，这是一个复杂的方程，可以在许多年后维持200mm的需求。”

获取200mm的一种处理方法是查看wafer starts per month（wspm）、工艺、利用率和产品类型。

对于初学者来说，典型的200mm晶圆厂产量约40,000 wspm。通常，200mm晶圆厂可以在6微米至65纳米的各种工艺中生产各种芯片。MCU、MEMS、MOSFET、电源管理IC和RF器件只是200mm晶圆厂中的几种产品。

图 2：200mm的wspm 正在增长。 来源： SEMI

考虑到200mm芯片的需求，该行业预计在2020年前200mm晶圆厂产能将每年增加80,000至100,000 wspm。据Rosa称：“在接下来的四年多的时间里，这是每年价值2.5亿美元的设备。”

根据分析师的预测，到2017年，对于200mm设备，该行业总共将产生520 wspm，到2018年将达530 wspm。“到2020年底，预计容量约为550 wspm，”SEMI的Dieseldorff如是说。

在另一个关键指标中，全球200mm晶圆厂的平均利用率约为78％至85％。 “这个数字正在爬升，” Applied的Rosa说，“可以看到利用率每年上涨约4％。”

此外，产品类型和ASPs也被纳入方程式中。“每个设备都有不同的ASP侵蚀率，” Rosa说，“它可以像MEMS那样具有侵略性。MEMS每季度价格下滑3％至5％。”

总而言之，晶圆开始在200mm晶圆厂开始上涨，但平均售价以更快的速度下降。总的来说，200mm晶圆厂的收入总体以每年2％的速度增长，他说。

然而，数字指向相同的方向。UMC高级区域营销经理Yan Qu说：“一般来说，由于季节性变化，大批量的消费者产品在下半年将有所上升。因此，下半年200mm容量供应预计将继续紧张。”

浪潮之后

是什么驱动了对200mm需求？Rosa称：“模拟产品、MEMS和电源管理产品对移动设备和物联网仍然至关重要。这些部门的需求和增长导致了200mm的供应短缺。”

综合考虑这些问题，芯片制造商也在200mm的各种产品组合中角逐。这些分为三类。第一个涉及到适合200mm的芯片。UMC的Ng表示：“它们在转型为更先进的技术方面没有任何优势，但整体市场需求持续增长，如离散功率MOSFET。”

第二类涉及的产品将保持在200mm，但在晶圆尺寸上需要更先进的工艺。这类包括显示驱动程序和控制器。

最后，一些200mm的产品正往300mm迁移。“依赖于终端产品，如微控制器和射频开关，满足广泛性能要求的应用相关的需求有所增长，”Ng说， “对于这些应用，高性能产品将采用基于300mm的工艺技术，其余的产品将基于200mm。”

工具不足

虽然200mm容量仍然紧张，但具有200mm工艺技术的芯片制造商面临着其他挑战——寻找设备。“二手的200mm设备一般都不容易获得，”Ng说，“如果有的话，通常是很有价值的。”

然而，在公开市场上可用的不到1000个200mm的核心中，有许多是过时或无法修复的。短缺是全面的，其中蚀刻、光刻和计量工具最难找到。200mm工具的备件也很少。

那么在哪里可以买到200mm的设备和备件？

通常，芯片制造商可以从晶圆厂设备制造商，二手设备公司、中间商或在线网站（如eBay）购买二手设备。 一些芯片制造商也在公开市场上出售二手设备。
多年来，Applied Materials、ASML、KLA-Tencor、Lam Research、TEL等设备制造商一直在翻新和销售自己的设备。最近，Applied、Lam和TEL在业务需求旺盛的时候开始生产新的200mm设备。

例如，Applied公司搭建了不同类型的200mm设备。Harlow说：“Applied在200mm领域投入了大量资金。这不仅仅是从在技术的角度出发，而且站在供应基础和库存的角度来看，需要提供新的工具弥补现存的不足。我们有能力在需要时提供新的工具。”

去年，Lam Research和Manz AG组建了一家名为Talus Manufacturing的合资公司。Talus位于台湾，是一个全球性的翻新中心。Talus将升级和翻新Lam的设备，以满足台湾和全球客户的需求。

“Lam的目标是主动为客户的需求提供解决方案。因此，Lam总是积极寻找市场上的200mm工具，以便我们为客户提供经济型的翻新解决方案，” Talus总经理、Lam Research全球运营战略计划副总裁Shahriar Shaghafi表示， “即使市场上没有任何剩余的可用工具，Lam仍然拥有制造技术来制造其全套200mm工具。”

利用原始设备制造商来采购200mm装备具有一定的优势。KLA-Tencor的KT Pro集团副总裁兼总经理Wilbert Odisho说：“200mm计量和检测工具领域继续供不应求。客户需要我们这些原始制造商来提供200mm工具，这主要有两个原因：一是，第三方供应有限；第二，第三方供应商提供的设备可能不符合客户要求。”

KLA-Tencor本身正在采取措施满足200mm的需求。它继续提供翻新的设备，并在市场上推出了几种“再制造”系统，如薄膜测量系统（F5X），裸晶圆片检测工具（Surfscan SP2）和亮场（2367）和暗场（9150）晶圆检测系统。

它也在解决备件问题。“我们正在努力通过重新设计光学和电子子系统，以及升级操作系统来减轻部分过时问题，”Odisho如是说。

然而，与OEM厂商合作也有一些缺点。他们可能会为200mm工具收取额外费用。交货时间长。一些（不是所有）设备制造商，预先抢占了300mm设备蓬勃的销售市场。

所以，另一条途径是与第三方二手设备公司或中间商合作。一般来说，这些公司可以通过各种手段在公开市场上获得工具。例如，芯片制造商拥有多余的设备，并在市场上公开销售，或者IC供应商关闭晶圆厂，并将装备出价销售。

从二手设备公司购买工具可能是一个具有挑战性的过程。当下，有几十个销售二手装备的实体。有些公司翻新工具并提供技术支持。其他公司则未做任何处理，系统“原样”出售，你可以选择购买或者放弃。

许多二手设备公司声誉良好，而另一些则值得怀疑。 事实上，在这个领域有很多可怕的故事，一个芯片制造商将不知不觉地购买一个不能工作或缺少零件的二手工具。

令人困惑的是，一些二手设备厂商正在给传统的商业模式带来新的转变。例如，SurplusGlobal最近宣布了它所谓的集群。总部位于韩国京畿道，集群涉及一个大型建筑物，其中包括无尘室和仓库空间。

晶圆厂工具供应商和二手设备竞争对手都可以从SurplusGlobal的新集群站点租赁空间，该集群将于2018年开放。集群的目的是为韩国和其他地区的芯片制造商提供一站式工具、备件和服务。

该集群的卖点在于，新工厂位于两家大型芯片制造商三星和SK Hynix附近。“除此之外，我们还想从韩国支持中国，” SurplusGlobal的Greig称。

其他厂商正在朝不同的模式迈进。不久前，一家二手工具供应商ClassOne Equipment组建了一个名为ClassOne Technology的单位。新单位正在以自己的品牌开发新的200mm设备。

这个概念很简单。多年来，许多大型设备制造商退出了各种传统工具市场，使一些芯片制造商陷入困境。根据该部门总裁Kevin Witt的说法，ClassOne Technology可以填补一些市场空白。

无论以哪种模式，购买二手设备仍然具有挑战性。芯片设备老兵Witt为那些正在寻找二手设备的人提供了一些建议。“市场上有很多小的翻新公司，从其中一家购买设备是一种风险。一是，如果有事情发生，你能否得到服务？二是，如果有其他事发生，你怎么得到零件？”

为了与潜在的供应商进行业务合作，Witt说，需要考虑以下几个因素——质量、声誉和服务。“一定要打开包，进行源检查，并确保系统能够执行所需的操作。不要买看不到的东西。第二件事是确保公司有质量程序、零件和服务。”

最好的解决方案是：做好功课。“如果一个交易成交得过于顺利，那么通常是不可信任的，”他补充说。

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