對模擬、MEMS和射頻芯片的需求不斷增長，將會繼續(xù)導致200mm晶圓廠產能和設備嚴重短缺，并且沒有任何緩和的跡象。

目前，200mm晶圓廠產能緊張，預計2018年下半年的情況類似，并可能持續(xù)到2019年。事實上，2018年可能是連續(xù)第三年200mm晶圓廠產能緊張的情況。 200mm設備也是如此。

雖然需求狀況似乎是該行業(yè)的一個亮點，但這種情況令許多客戶在幾方面感到焦慮。200mm的市場并不涉及300mm晶圓廠生產的前沿芯片，而是在成熟的節(jié)點上使用200mm晶圓廠制造大量器件。這些產品包括消費類器件、通信IC和傳感器。

在200mm上，有一些復雜的變數。如下所述：

? IDM和無晶圓廠設計公司希望能夠滿足200mm晶圓廠生產芯片的需求。然而，供應商是否能夠滿足所有需求尚不清楚，因為全球200mm晶圓廠產能在現在和未來都將保持緊張。

? 作為回應，GlobalFoundries、三星、中芯國際、TowerJazz、臺積電，聯電等都爭相增加200mm產能。與此同時，新的代工廠商SkyWater Technology也加入了200mm的競爭。

? 即使擁有200mm的產能，行業(yè)仍然陷于困境，因為無法在市場上找到足夠的200mm晶圓廠設備。

? 其次，一些芯片制造商無法獲得足夠的200mm產能或設備，于是開始從長計議他們建設新200mm工廠的計劃。相反，他們可能會建造300mm工廠。

對各方來說，這是一種復雜、焦慮的局面。聯電業(yè)務管理副總裁Walter Ng表示：“我們看到，200mm仍然供不應求。要找到任何額外的產能是非常具有挑戰(zhàn)性的。這曾經是一個周期性的事情。現在，由于200mm被充分分配，它已經成為新的規(guī)范。我們和業(yè)內其他人士認為，這是前進的方向。這不是特殊情況，而是全行業(yè)的情況。”

令人驚訝的是，至少到2030年左右，200mm晶圓廠預計仍然可行。和以前一樣，我們面臨的挑戰(zhàn)是采購200mm設備，而這些設備仍然供不應求。

事實上，200mm的設備需求一段時間以來一直保持強勁，盡管一些人認為在2018年下半年會略有停頓，因為芯片制造商已經對他們的200mm晶圓廠計劃進行了權衡。地緣政治問題也是一個因素。Semico Research制造總經理Joanne Itow表示：“200mm的產能仍然很緊張。有趣的是，對200mm二手設備的需求已經減少了一些。”

200mm晶圓廠的繁榮

IC市場分為幾個部分。在行業(yè)前沿，芯片制造商正在以16nm/ 14nm和300mm晶圓廠生產芯片。在300mm晶圓廠，芯片制造商也在16nm/14nm以上的細分市場生產芯片。

300mm的兩個細分市場都在擴大。Semico Research分析師Adrienne Downey表示：“除了代工廠增加的邏輯芯片產能之外，韓國和中國還增加了大量300mm產能用于存儲器生產。”

但并非所有芯片都需要高級節(jié)點。模擬、MEMS、射頻等都是在200mm和更小的晶圓上生產的。然而，對于許多這類器件來說，200mm是最佳選擇。

第一座200mm晶圓廠出現于1990年，晶圓尺寸成為多年的標準。隨著時間的推移，當芯片制造商在21世紀初開始遷移到更先進的300mm晶圓廠時，200mm應該會縮小。到2007年，200mm達到頂峰，市場開始下滑。

圖1：晶圓尺寸來源的相對差異 （來源：ICE）

然而，2015年末，行業(yè)看到了對200mm晶圓廠芯片的意外需求。這使IC供應鏈不堪重負，2016年和2017年造成了200mm 晶圓廠產能的短缺。進入2018年，200mm產能仍然緊張，看不到緩和的跡象。

盡管如此，對200mm的需求已經讓業(yè)界大吃一驚，并迫使芯片制造商和晶圓廠工具供應商更加重視該技術。例如，代工廠采用新的改進工藝增加了200mm的產能。然后，幾家晶圓廠工具供應商開始構建新的200mm設備。

SEMI的分析師Christian Gregor Dieseldorff認為，總體上200mm晶圓廠數量預計將從2016年的188個增加到2021年的202個。這個數字包括IDM和代工廠。

圖2：200mm晶圓廠數量的增長。 （來源：SEMI）

大部分新的200mm晶圓廠都是中國建造的。Dieseldorff表示：“我們目前正在關注在中國建設的四座200mm晶圓廠。用于代工、功率芯片和MEMS。還有兩座已經公布（用于MEMS和功率芯片）。我們預計這些晶圓廠的建設將在今年年底以及明年年底前開始。”

一座典型的200mm晶圓廠每月產生大約40，000個晶圓。這些工廠在各種節(jié)點上生產晶圓，范圍從6um到65nm不等。聯電的Ng表示：“180nm / 130nm / 110nm有很多動作，這取決于特定的應用。RF，特別是RF SOI，正在推動大量的產能增長。功率芯片也包括在內。還有像BCD這樣的東西。”

在200mm，應用正在激增。Applied Materials公司200mm設備產品部戰(zhàn)略和技術營銷總監(jiān)Mike Rosa表示：“我們看到了擴大的應用空間，例如電動汽車和ADAS，還有不斷添加新功能的智能手機。”

據Rosa說，在對這些器件的需求中，200mm晶圓廠的利用率在90%上下，有些報告為100％。

據Semico公司的Itow稱，2017年，200mm晶圓的需求增長了9.2％。Itow表示：“模擬器件、分立器件、微控制器、光電子和傳感器都對200mm晶圓產能的需求增加起了推動作用。”

2018年，市場在一定程度上降溫。Itow表示：“2018年200mm晶圓需求將恢復到4.2%增長的歷史水準。”

圖3：2018年200mm晶圓需求（按產品類別劃分）（來源：Semico Research）

降溫的原因之一是晶圓廠產能緊張，制造商無法擴張。另外，即使器件制造商想要擴張，也存在設備缺乏的問題。

盡管如此，200mm晶圓廠的產能緊張預計會持續(xù)一段時間，特別是在代工廠。GlobalFoundries射頻業(yè)務部門高級副總裁Bami Bastani表示：“業(yè)內200mm以上的產品被超量訂購。很多東西不需要高級節(jié)點。”

例如，一款智能手機集成了前沿芯片，但這只占器件的一小部分。Bastani表示：“其余的是PMIC、模擬和BCD等技術。你并不想在這些產品中使用更小的幾何尺寸。顧客并不想遷移，直到它們被淘汰。”

一般來說，客戶樂于在廉價的200mm晶圓廠生產這些器件。但晶圓廠沒有足夠的200mm產能，而且利潤低于300mm。

這給代工廠帶來了幾個挑戰(zhàn)。首先，供應商必須繼續(xù)投資和升級200mm的各種工藝。比如在汽車領域，客戶想要更新的工藝，即便它是在200mm制造的。Applied Materials公司的Rosa表示：“行業(yè)需要繼續(xù)投資新技術，但似乎我們不能足夠快地開發(fā)這些技術。”

除了投資于新的200mm工藝，代工廠還必須找到增加200mm產能的方法。以下是一些選項：

? 收購擁有200mm晶圓廠的公司。

? 建造新的200mm晶圓廠。

? 增加200mm的產能。

? 將客戶從200mm遷移到300mm。

? 建造300mm的晶圓廠取而代之。

走收購路線是一個想法。多年來，代工廠已經收購了一些公司，以獲得技術和產能。但這是一個昂貴的選擇。聯電的Ng表示：“任何一個擁有8英寸晶圓廠并且正在考慮出售的人都對它有很高的溢價。”

另一個選擇是新建200mm的晶圓廠。挑戰(zhàn)在于裝備設施，并獲得長期回報。Ng 表示：“如果你打算投資增加產能，問題在于它是否有商業(yè)意義。有很多應用推動200mm的產能增長。成本是它的重要組成部分。你可以支持產能增長。但如果它不符合成本效益，那么它就不符合要求。”

許多代工廠不再走這些路線，而是將一些芯片從200mm移動到300mm。這對一些產品來說是有意義的，但并非所有產品都是如此。Ng 表示：“我們正在努力為200mm的客戶找到解決方案。我們相信其中一部分解決方案將會把這些客戶遷移到有意義的300mm平臺上。”

對于某些芯片而言，將它們遷移到300mm毫無意義。“200mm的很多應用對成本非常敏感。所以，這對于做任何事情都是一個挑戰(zhàn)。舉例來說，一些功率分立元件永遠不會遷移。”

然后，在200mm的所有問題中，有些人甚至重新考慮他們的200mm晶圓廠計劃。他們甚至正在考慮建造300mm的工廠，這也是一個昂貴的選擇。Applied Materials公司的Rosa表示：“如果你關注300mm，你的設備成本會增加，在你開始考慮你可能需要的技術的可用性和準備性之前就會發(fā)現。”

同時，代工廠客戶也面臨一些挑戰(zhàn)。除了從供應商那里獲得足夠的產能外，客戶還必須評估代工工藝。每個代工廠都不同，都會提供各種功能。

另外，競爭中也有一些新玩家。去年，SkyWater收購了位于明尼蘇達州布盧明頓的賽普拉斯半導體的200mm晶圓廠。此前，賽普拉斯在布盧明頓的晶圓廠提供代工服務。

隨著這座晶圓廠的收購，SkyWater將提供代工服務。它將自己定位為專業(yè)代工廠，擁有CMOS工藝以及生物技術、硅光子學、量子計算和超導技術。

SkyWater擁有一座200mm工廠，擁有0.35um，90nm等工藝。SkyWater總裁Thomas Sonderman表示：“如果你看一些代工廠，它們的產量很高，但它們不喜歡定制。定制能力是你花很多錢才能買到的。鑒于你的規(guī)模，他們可能不會感興趣。”

Sonderman 表示：“我們有能力在高產能環(huán)境中進行開發(fā)。賽普拉斯擁有它時，晶圓廠掌握的其中一項功能就是可以做大量的低產量的產品，并且仍具有世界一流的產量。以我們的模式，我們可以以極具競爭力的價格為客戶提供合適的產品種類。但我們在某種程度上提供了ASIC能力和專業(yè)技術能力。”

行業(yè)急需的：200mm設備

同時，IDM和代工廠希望擴大200mm的產能。那么你可以在哪里購買200mm的設備？

芯片制造商可以從晶圓廠設備制造商、二手設備公司、經紀商或通過eBay等在線網站購買二手設備。一些芯片制造商也在公開市場銷售二手設備。

近來，Applied Materials、ASML、KLA-Tencor、Lam Research、TEL和其他設備制造商已經在制造新的200mm設備。

據二手設備供應商SurplusGlobal稱，在2018年初，該行業(yè)需要大約2，000種新的或翻新的200mm工具來滿足工廠的需求。但是，到2018年初，市場上只有500種可用的200mm工具。

SurplusGlobal的美洲和歐洲執(zhí)行副總裁Emerald Greig表示：“我們仍然認為這是事實。我們繼續(xù)看到200mm的需求沒有得到滿足。盡管我們看到美國和歐洲的需求也在增長，但IDM和中國確實在推動這一趨勢。”

這一周期的不同之處在于，在2018年下半年，200mm設備的需求前景并不明朗。Greig表示：“由于地緣政治因素，我們預計下半年將略有放緩，我們會看到市場暫停，因為要重新評估安裝200mm或300mm設備。”

其他人則更為樂觀。Rosa表示：“市場非常強勁。在200mm，我們將至少度過我們最強的一年。”

無論短期前景如何，200mm預計將在一段時間內保持可行，所以晶圓廠經理必須采購設備和備件以滿足需求。從供應商購買200mm工具歸結為幾個因素——質量、信譽和服務。即便如此，無論是從OEM，二手設備供應商還是其他地方購買設備都面臨挑戰(zhàn)。

Rosa表示：“二手市場上的核心可以在任何一個國家。譜線的一端可以是新設備。另一端可以是原始設備，中間是一切。然后，我們看到200mm平臺的可用性正在枯竭。這會如何？這增加了交貨時間，迫使二手設備的價格上漲。”

并非所有200mm設備供應商都是一樣的。一些提供新的工具，而另一些則翻新現有的工具。甚至有一些公司銷售的系統(tǒng)是不合格的，或者根本就不工作。

Rosa表示：“工具需求有兩種。有純粹的產能增加工具。如果只是單一的產能增加，就會很簡單。如果是一項需要新技術的產能增加，那么它就在二手市場上無法找到。”

與此同時，Applied Materials公司也在制造新的200mm設備，并在各個細分市場進行翻新。通常情況下，這是一項按訂單生產的業(yè)務，交付周期從12周到16周不等。

在某些情況下，Applied Materials公司將從頭開始構建新的200mm工具。Rosa表示：“這增加了交貨時間和價格。當Applied Materials公司只做200mm的時候，我們會看到工具ASP接近成型。”

其他人也看到了市場的發(fā)展。Lam Research副總裁兼Reliant產品部總經理Evan Patton表示：“在可預見的未來，我們將看到200mm業(yè)務持續(xù)增長。我們的規(guī)劃目標是2030年，有一些跡象表明，日期還會進一步推遲。這就是為什么我們繼續(xù)大力投資于支持技術、提高生產率和淘汰解決方案的原因。”

盡管Lam正在跟上訂單的速度，但200mm工具的需求依然旺盛。Patton表示：“雖然二手市場上可能缺少二手工具，但Lam的產品組合中并不缺少200mm設備。”

Lam正在開發(fā)新的和翻新的200mm工具，如蝕刻、沉積和清洗。Patton表示：“我們正在投資開發(fā)新的工具，以支持汽車、物聯網和射頻市場的先進設備。”

至于200mm設備的繁榮將持續(xù)多久仍是個問題。就目前而言，今年和明年的業(yè)務看起來不錯。TEL高級副總裁兼副總經理Kevin Chasey表示：“我們認為2019年對于設備供應商和IDM來說是又一個強勁的一年。由于IDM試圖將新工具擠入他們的生產車間，晶圓廠空間變得緊張起來。”

Chasey 表示：“TEL通過解決工具效率和可用性來滿足這一需求。為了提高效率，TEL正在發(fā)布OEE（整體設備效率）硬件和軟件升級，旨在改善傳統(tǒng)安裝基礎。此外，TEL正在重新發(fā)布更新的工具平臺，以確保我們的客戶在未來10年乃至更長時間內擁有現代化的、完全支持的工具集。”

TEL提供一系列200mm系統(tǒng)，如沉積，蝕刻和清洗等。許多平臺都能夠運行100mm / 200mm晶圓襯底。

雖然200mm的設備需求看起來很正常，但供應商們正密切關注可能影響訂單率的情況。KLA-Tencor公司市場營銷，成熟服務，系統(tǒng)和改進的高級營銷總監(jiān)Ian O‘Leary表示：“由于200mm晶圓預計將持續(xù)增長到2021年，我們預計未來幾年將持續(xù)需求200mm的產能。”

O ’Leary表示：“最終，在200mm細分市場中，一些需求驅動因素目前與更大的設計規(guī)則設備相關聯，可能會轉向300mm晶圓和前沿節(jié)點。一個例子是對各種汽車芯片的需求迅速增長，跨越了低端到高端的應用。對于汽車芯片而言，從成本分析的角度來看，從200mm向300mm的遷移一直很緩慢，但我們繼續(xù)密切關注這些趨勢，以便我們的業(yè)務與市場需求保持一致。”

汽車設備制造商仍然需要200mm，特別是在缺陷檢測領域。 在汽車領域，OEM廠商要求芯片零缺陷。

通常，設備制造商使用晶圓檢測設備來檢測缺陷。O ‘Leary表示：“在這個領域，200mm晶圓廠也需要300mm晶圓廠所需的許多工具模型。”

為了找到110nm工藝中的潛在缺陷，工廠需要65nm的缺陷檢測能力。所以，KLA-Tencor需要建立具有300mm能力的200mm檢測工具。

很明顯，200mm需要保留。很多芯片需要長時間在200mm工廠中使用成熟工藝。然而仍然有待觀察的是，行業(yè)是否能在供應鏈中獲得一席之地。