如今，200 mm晶圓廠產(chǎn)能緊張，預計2018年下半年的情況也一樣，這種產(chǎn)能緊張可能還會延續(xù)到2019年。事實上，2018年可能已經(jīng)是連續(xù)第三年200 mm晶圓廠產(chǎn)能緊張了。當然，對于200 mm設備也是如此。

對優(yōu)質(zhì)芯片的持續(xù)需求，造成了200 mm（8英寸）晶圓廠產(chǎn)能和設備的嚴重短缺，且還沒有出現(xiàn)任何放緩的跡象。

如今，200 mm晶圓廠產(chǎn)能緊張，預計2018年下半年的情況也一樣，這種產(chǎn)能緊張可能還會延續(xù)到2019年。事實上，2018年可能已經(jīng)是連續(xù)第三年200 mm晶圓廠產(chǎn)能緊張了。當然，對于200 mm設備也是如此。

2017~2023年超越摩爾領域的晶圓需求（等效200 mm晶圓）

雖然旺盛的需求對產(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。200 mm市場不涉及300 mm晶圓廠生產(chǎn)的尖端芯片，但包含了大量在老舊200 mm晶圓廠成熟節(jié)點制造的器件，它們包括消費類器件、通信IC以及傳感器。

在200 mm晶圓端，市場動態(tài)復雜，主要體現(xiàn)在：

- IDM和無晶圓廠設計公司希望能夠滿足200 mm晶圓廠的芯片制造需求。但供應商能否滿足所有需求尚不清楚，因為全球200 mm晶圓廠產(chǎn)能現(xiàn)在和未來預計都將保持緊張狀態(tài)。

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

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

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

對于產(chǎn)業(yè)各方來說，這都是一個復雜且令人隱憂的現(xiàn)狀?！拔覀兌伎吹?00 mm訂單供不應求，尋求任何額外的產(chǎn)能都不容易，”UMC業(yè)務管理副總裁Walter Ng表示，“過去的周期性規(guī)律，到現(xiàn)在200 mm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?！?/p>

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

事實上，市場對200 mm設備的強勁需求已經(jīng)持續(xù)一段時間了，盡管由于芯片制造商開始權衡他們的200 mm晶圓廠計劃，致使2018年下半年市場需求似乎稍微有所緩解。此外，地緣政治問題也是其中一個影響因素?！?00 mm產(chǎn)能持續(xù)緊張”，Semico Research制造總經(jīng)理Joanne Itow表示，“有意思的是，200 mm二手設備的需求已經(jīng)有些許減弱?！?/p>

200 mm晶圓廠火爆

IC市場可以劃分為多個細分市場。在領先的前沿領域，芯片制造商正在300 mm晶圓廠16 nm/14 nm及以下節(jié)點增加芯片量產(chǎn)規(guī)模。當然，在300 mm晶圓廠，芯片制造商也在16nm/14 nm及以上節(jié)點制造芯片。

300 mm所有工藝節(jié)點的產(chǎn)能都在不斷擴大。“除了代工廠在增加邏輯芯片的產(chǎn)能，中國和韓國在存儲器件方面顯著提高了300 mm晶圓產(chǎn)能，”Semico Research分析師Adrienne Downey說。

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

第一座200 mm晶圓廠于1990年出現(xiàn)，200 mm晶圓尺寸逐漸成為多年的行業(yè)標準。隨著時間的推移，芯片制造商在2000年代開始向更先進的300 mm晶圓廠遷移，市場對200 mm晶圓的需求增長開始萎縮。到2007年，200 mm晶圓需求達到頂峰，市場開始下降。

晶圓尺寸的相對差異

盡管如此，2015年末，產(chǎn)業(yè)出現(xiàn)了對200 mm晶圓廠芯片的意外需求。這使得IC供應鏈不堪重負，導致2016年和2017年200 mm晶圓廠的產(chǎn)能短缺。進入2018年，200 mm晶圓產(chǎn)能仍然緊張，且似乎無法預計何時能夠緩解。

盡管如此，對200 mm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備供應商更加認真地對待該技術。例如，代工廠提高了具有新工藝或改進工藝的200 mm產(chǎn)能。然后，多家晶圓廠設備供應商開始打造新的 200 mm晶圓制造設備。

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

200 mm晶圓廠數(shù)量的增長

大部分正在建設的新200 mm晶圓廠都在中國。“目前，我們正在關注中國建造中的四座200 mm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，中國還宣布將建設兩座（MEMS和功率IC）新的200 mm晶圓廠。我們預計這兩座晶圓廠將在今年末開工建設，并將在明年年底左右建設完成。

通常一家典型的200 mm晶圓廠每月生產(chǎn)大約40000片晶圓。這些工廠會在6 um到65 nm的各個工藝節(jié)點上生產(chǎn)晶圓?！?80 nm/130 nm/110 nm工藝節(jié)點的產(chǎn)品很多，這主要取決于應用的需要，”UMC的Ng表示，“RF器件，尤其是RF SOI正在推動產(chǎn)能的大幅增長。當然，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200 mm晶圓尺寸，相關應用正在爆炸式增長?！拔覀兛吹綉妙I域正在不斷擴大，” Applied Materials（應用材料公司）200 mm設備產(chǎn)品部戰(zhàn)略和技術營銷總監(jiān)Mike Rosa說，“包括電動汽車和ADAS（先進駕駛輔助系統(tǒng)），以及智能手機中不斷增加的新功能?！?/p>

據(jù)Rosa稱，“在這些器件的需求中，200 mm晶圓代工廠利用率約為85%~95%之間，如今有一些報告稱能達到100%?！?/p>

根據(jù)Semico Research制造總經(jīng)理Joanne Itow的數(shù)據(jù)，2017年200 mm晶圓需求增長了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，都推動了200 mm晶圓產(chǎn)能需求的增長?！?/p>

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

2018年按產(chǎn)品類別劃分的200 mm晶圓需求

市場進入降溫期的一個原因是晶圓廠產(chǎn)能緊張，制造商無法擴張。另外，即使器件制造商想要擴展，還需要面對設備短缺的問題。

盡管如此，200 mm晶圓廠的產(chǎn)能緊張，預計仍將持續(xù)一段時間，特別是代工廠。Global Foundries射頻業(yè)務部高級副總裁Bami Bastani表示：“業(yè)內(nèi)200 mm晶圓產(chǎn)能已被超額定出。很多器件其實并不需要非常先進的工藝節(jié)點?！?/p>

例如，高端智能手機中采用了最先進的芯片，但那只占其眾多器件中的一小部分。“其余器件包括PMIC（電源管理IC）、模擬器件和BCD類技術，”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，客戶都不會輕易放棄它們。”

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

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

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

- 收購一家擁有200 mm晶圓廠的公司。

- 建造新的200 mm晶圓廠。

- 增加200 mm晶圓產(chǎn)能。

- 將客戶從200 mm晶圓轉移到300 mm晶圓。

- 改建300 mm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技術和產(chǎn)能，但這是一種成本較高的選擇?！叭魏螕碛幸蛔?00 mm晶圓廠且正考慮出售的公司，都會非常重視這筆交易，盡量要求合理的溢價，”UMC的Ng說。

另一種選擇是建設一座新的200 mm晶圓廠，面臨的挑戰(zhàn)則是制造設備的投資，以及長遠的運營回報問題。“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，“很多應用正在推動200 mm晶圓的產(chǎn)能增長，成本是非常重要的組成部分。您可以支持產(chǎn)能的增長。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200 mm晶圓轉移至300 mm晶圓。這種途徑對一些產(chǎn)品有意義，但并不是所有產(chǎn)品都適合。“我們正在努力為200 mm晶圓客戶尋找解決方案，如果綜合考量合適，我們相信會推動客戶的一部分產(chǎn)品轉移至300 mm晶圓平臺，”Ng說。

對于有些芯片來說，將它們遷移到300 mm晶圓是沒有意義的。“很多基于200 mm晶圓的應用對成本都非常敏感，因此，要做任何改變都將會是一個挑戰(zhàn)，”他說，“例如，一些功率分立器件應該永遠不會轉移至300 mm平臺。”

那么，200 mm晶圓平臺存在這么多的問題，有些廠商甚至開始重新考慮他們的200 mm晶圓廠計劃。他們甚至在考慮是否要建一座300 mm晶圓廠，這也是一個非常昂貴的選擇?！叭绻憧紤]的是300 mm晶圓平臺，那你的成本投入將進一步增加，” Applied Materials的Mike Rosa說，“那甚至是在你開始考慮你可能需要的技術的可用性和準備狀況之前，成本問題就已經(jīng)開始凸顯?！?/p>

同時，代工廠的客戶也面臨著一些挑戰(zhàn)。除了確保其供應商具有足夠的能力之外，客戶還必須評估代工廠的運營狀況。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爭。去年，SkyWater收購了位于美國明尼蘇達州布盧明頓的Cypress Semiconductor（賽普拉斯半導體）的200 mm晶圓廠。此前，Cypress位于布盧明頓的晶圓廠便提供代工服務。

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

SkyWater擁有一座包括0.35 um、90 nm及其他節(jié)點工藝的200 mm晶圓廠?！叭绻憧纯匆恍┐S，他們的產(chǎn)量很高，但他們不喜歡定制化的服務。定制化服務，意味著你需要支付很多的成本。而且需要看您的規(guī)模，他們可能不一定會感興趣，”SkyWater總裁Thomas Sonderman說。

“我們有能力在大規(guī)模量產(chǎn)的背境下進行開發(fā)。Cypress掌管這種晶圓廠時擁有的一項能力，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，我們可以以極具競爭力的價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)技術能力?！?/p>

急需：200mm晶圓設備

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

芯片制造商可以從晶圓廠設備制造商、二手設備公司、經(jīng)紀商或通過eBay等在線網(wǎng)站購買二手舊設備。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及其他設備制造商已經(jīng)開始制造新的200 mm晶圓設備。

根據(jù)二手設備供應商Surplus Global的數(shù)據(jù)，在2018年初，該行業(yè)需要大約2000臺/套新的或翻新的200 mm機臺來滿足晶圓廠的需求。而據(jù)Surplus Global稱，在2018年初，市場上只有500臺/套200 mm晶圓平臺可用的機臺。

“我們?nèi)匀幌嘈胚@是真實的。我們?nèi)匀粫吹?00 mm平臺的設備需求無法得到滿足，” Surplus Global美洲和歐洲執(zhí)行副總裁Emerald Greig說，“盡管我們也看到了美國和歐洲的需求，但是，是IDM廠商和中國造成了這種設備缺貨的現(xiàn)狀?！?/p>

這個周期的不同之處在于，2018年下半年200 mm晶圓設備的需求情況看起來還不確定?！坝捎诘鼐壵我蛩?，我們看到下半年的需求略有放緩，” Greig說，“由于200 mm或300 mm設備安裝的重新評估，我們看到了市場需求的短暫停滯。”

其他人則比較樂觀，“市場需求非常強勁，” Applied Materials的Rosa表示，“在200 mm晶圓平臺，我們有望實現(xiàn)迄今為止市場表現(xiàn)最強勁的一年?！?/p>

無論短期前景如何，200 mm晶圓平臺預計將在一段時間內(nèi)繼續(xù)運行，所以晶圓廠必須采購設備和備件以滿足需求。從供應商那里購買200 mm設備主要考慮——質(zhì)量、信譽和服務。即使那樣，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)。

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

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

與此同時，晶圓廠機臺供應商Applied Materials公司也在制造新的200 mm設備，并在各個細分市場進行翻新。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，Applied Materials會從頭開始打造新的200 mm設備?！斑@種情況會提高交貨周期和價格，”他說，“我們發(fā)現(xiàn)設備的平均售價，正接近Applied Materials只有200 mm設備時的價格?！?/p>

其他廠商當然也看到了該領域的市場增長?！霸诳深A見的未來，我們預計200 mm設備的業(yè)務將持續(xù)增長。我們的規(guī)劃期限為2030年，且有跡象表明這個期限可能會進一步向后延長。這就是為什么我們繼續(xù)大力投資使能型技術、生產(chǎn)力的提高以及陳舊的解決方案，”Lam Research副總裁兼Reliant產(chǎn)品部總經(jīng)理Evan Patton說。

盡管Lam Research正在緊跟訂單的增長率，但200 mm設備的需求實在旺盛。Patton說：“二手設備市場上可能缺貨，但Lam Research的產(chǎn)品組合中可不乏200 mm設備。”

Lam Research正在開發(fā)新的和翻新的200 mm設備，如蝕刻、沉積和清潔機臺。“我們正在投資開發(fā)新的設備，以支持汽車、物聯(lián)網(wǎng)和RF市場的先進器件，”他說。

200 mm設備的熱潮，還能持續(xù)多久仍是個問號。就現(xiàn)在而言，今年和明年的業(yè)務看起來都不錯?！拔覀冋J為2019年對于設備供應商和IDM來說又是市場表現(xiàn)強勁的一年。隨著IDM極力擠出新的設備安裝到他們的制造車間，晶圓廠的市場空間將愈發(fā)趨緊，”TEL高級副總裁兼副總經(jīng)理Kevin Chasey說。

“TEL正在推出OEE（整體設備效率）硬件和軟件升級，旨在改善過去安裝的基礎設備，”Chasey說，“此外，TEL正在重新發(fā)布升級的設備平臺，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備。”

TEL提供一系列200 mm系統(tǒng)，如沉積、蝕刻、清潔和Track機臺等。許多平臺能夠同時運行100 mm/200 mm晶圓基板。

雖然200 mm晶圓設備需求看起來很穩(wěn)健，但供應商仍需要密切關注可能影響訂單率的情況?！耙驗?00 mm晶圓預計將持續(xù)增長到2021年，我們預計未來幾年200 mm晶圓產(chǎn)能需求將保持增長，”KLA-Tencor成熟服務、系統(tǒng)和改善部門營銷高級總監(jiān)Ian O'Leary說。

“最終200 mm晶圓的一些需求驅(qū)動因素，可能會逐漸轉向300 mm晶圓和前沿先進工藝節(jié)點，” O'Leary說，“一個例子就是對各種廣泛的汽車芯片的需求迅速增長，覆蓋從低端到高端的應用。對于汽車芯片，受成本分析的控制，從200 mm晶圓到300 mm晶圓的轉移速度一直很慢，但我們會繼續(xù)密切關注這些趨勢，以便我們的業(yè)務緊跟市場需求的發(fā)展?！?/p>

不過，汽車器件制造商需要200 mm晶圓平臺，特別是在缺陷檢測方面。在汽車領域， 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設備來檢測缺陷?！霸谄囶I域，許多300 mm晶圓廠需要的機臺模型，在200 mm晶圓廠也同樣需要，”他說。

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

很顯然，市場對200mm晶圓的需求仍將繼續(xù)。很多芯片在很長一段時間內(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)是否能夠從供應鏈中獲得支持。