10/7nm、內(nèi)存市場(chǎng)持續(xù)推動(dòng)晶圓設(shè)備需求增長(zhǎng)

　　由于對(duì)3D NAND和DRAM設(shè)備的巨大需求，F(xiàn)ab供應(yīng)商在2017年迎來(lái)了一個(gè)繁榮周期。然而，在邏輯/晶圓設(shè)備中，設(shè)備需求在2017年仍相對(duì)不溫不火。在2018年，設(shè)備需求看起來(lái)強(qiáng)勁，盡管該行業(yè)將很難超過(guò)2017年所創(chuàng)下的紀(jì)錄。事實(shí)上，根據(jù)目前的預(yù)測(cè)，IC設(shè)備市場(chǎng)預(yù)計(jì)將在2018年降溫，而后轉(zhuǎn)為較正常增長(zhǎng)模式。

　　根據(jù)VLSI研究數(shù)據(jù)顯示，預(yù)計(jì)2017年半導(dǎo)體設(shè)備市場(chǎng)將達(dá)到704億美元，比2016年的539億美元增長(zhǎng)30.6%。而在2018年，IC設(shè)備市場(chǎng)預(yù)計(jì)將達(dá)到735億美元，比2017年增長(zhǎng)4.4%。

　　圖1:半導(dǎo)體設(shè)備市場(chǎng)增長(zhǎng)情況

　　當(dāng)然，這些預(yù)測(cè)可能會(huì)發(fā)生變化，因?yàn)槎喾N因素可能會(huì)影響fab行業(yè)，比如經(jīng)濟(jì)因素和政治因素就在競(jìng)技場(chǎng)中扮演著重要角色。

　　盡管如此，fab供應(yīng)商還是十分樂(lè)觀。應(yīng)用材料市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)和業(yè)務(wù)發(fā)展副總裁Arthur Sherman表示， 預(yù)計(jì)WFE(晶圓fab設(shè)備)市場(chǎng)將在2018年有所增長(zhǎng)，因?yàn)樾枨蟾鼮閺?qiáng)勁。相關(guān)人士表示，隨著供應(yīng)商增加了更多的功能，智能手機(jī)和其他移動(dòng)設(shè)備中的硅含量也在不斷增加。此外，還有一些新興的趨勢(shì)，如IoT、大數(shù)據(jù)、人工智能和智能汽車(chē)等，它們也都正在期待fab市場(chǎng)的表現(xiàn)。

　　借此，將在2018年及以后影響設(shè)備支出的關(guān)鍵市場(chǎng)進(jìn)行了分析。①一些芯片制造商將在2018年從16nm / 14nm向10nm / 7nm的邏輯節(jié)點(diǎn)進(jìn)行遷移，這一舉動(dòng)可能會(huì)導(dǎo)致鑄造/邏輯領(lǐng)域的設(shè)備需求猛增。②3D NAND將在2018年成為設(shè)備的主要驅(qū)動(dòng)者.根據(jù)IC Insights的數(shù)據(jù)，在3D NAND中，三星的資本支出在2017年將達(dá)到驚人的140億美元。③三星在2017年的資本支出總額為260億美元，其中包括3D NAND、DRAM(70億美元)和foundry(50億美元)。④中國(guó)仍是fab設(shè)備投資活動(dòng)的溫床，跨國(guó)公司和國(guó)內(nèi)芯片制造商紛紛計(jì)劃在中國(guó)建設(shè)新的晶圓廠。⑤極端的紫外(EUV)光刻技術(shù)有望在2018年生產(chǎn)，但傳統(tǒng)的多模式光刻技術(shù)仍將是設(shè)備制造商迫在眉睫需要解決的事情。⑥ 2018年，200mm的fab持續(xù)出現(xiàn)供不應(yīng)求的情況。

　　IC市場(chǎng)前景良好，對(duì)fab需求迫切

　　據(jù)《世界半導(dǎo)體貿(mào)易統(tǒng)計(jì)》(WSTS)報(bào)告顯示，2017年IC市場(chǎng)將達(dá)到4090億美元，比2016年增長(zhǎng)20.6%。據(jù)WSTS統(tǒng)計(jì)，2018年，IC行業(yè)將達(dá)到4,370億美元，比2017年增長(zhǎng)7%。

　　代工業(yè)相對(duì)穩(wěn)定。CLSA分析師Sebastian Hou表示，總體來(lái)看，2017年代工行業(yè)預(yù)計(jì)將增長(zhǎng)7%。2018年，代工業(yè)務(wù)預(yù)計(jì)將增長(zhǎng)6%至7%。但在設(shè)備領(lǐng)域，預(yù)測(cè)是有不確定性的。例如，在2016年末，就有許多人預(yù)測(cè)，晶圓fab設(shè)備(WFE)市場(chǎng)2017年將從335億美元到340億美元，比2016年增長(zhǎng)約5%。由于3D NAND設(shè)備支出激增，WFE市場(chǎng)已經(jīng)超出預(yù)期。KLA-Tencor全球客戶(hù)解決方案高級(jí)副總裁兼首席營(yíng)銷(xiāo)官Oreste Donzella說(shuō)，之前2017年WFE的目標(biāo)是超過(guò)450億美元，比去年同期增長(zhǎng)20%到25%，因此說(shuō)明預(yù)測(cè)的不確定性。

　　這種勢(shì)頭會(huì)延續(xù)到2018年嗎?到目前為止，看起來(lái)相對(duì)穩(wěn)定，供應(yīng)商們謹(jǐn)慎樂(lè)觀。Donzella說(shuō)，預(yù)計(jì)2018年的WFE將比2017年增長(zhǎng)個(gè)位數(shù)的百分比。

　　在另一項(xiàng)預(yù)測(cè)中，SEMI預(yù)計(jì)2017年的設(shè)備銷(xiāo)售額為559億美元，比2016年增長(zhǎng)35.6%。 SEMI表示，2018年，設(shè)備市場(chǎng)將達(dá)到601億美元，比2016年增長(zhǎng)7.5%。

　　圖2:年末設(shè)備預(yù)測(cè)

　　在fab工具供應(yīng)商DRAM、NAND和foundry / logic的三個(gè)主要增長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)因素中，WFE需求看起來(lái)是可靠的。Donzella說(shuō)，特別是內(nèi)存市場(chǎng)(DRAM和3D NAND)的收入增長(zhǎng)非常強(qiáng)勁，預(yù)計(jì)明年WFE將會(huì)大幅度增長(zhǎng)。

　　DRAM的驅(qū)動(dòng)程序是智能手機(jī)和服務(wù)器。固態(tài)硬盤(pán)(ssd)和智能手機(jī)正在推動(dòng)NAND的需求。而FPGAs和處理器的供應(yīng)商預(yù)計(jì)將躍入10nm / 7nm。

　　還有其他的驅(qū)動(dòng)因素?！拔覀冋幱谝粋€(gè)不可思議的計(jì)算轉(zhuǎn)換的開(kāi)始，從翻譯和語(yǔ)音識(shí)別到自動(dòng)駕駛汽車(chē)，將機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能的能力添加到一系列的設(shè)備和服務(wù)中”，Sherman說(shuō)?！斑@種轉(zhuǎn)變有可能在未來(lái)幾十年改變我們的經(jīng)濟(jì)。為這些變化提供動(dòng)力將是新的計(jì)算平臺(tái)和對(duì)許多現(xiàn)有產(chǎn)品、服務(wù)和業(yè)務(wù)模型的補(bǔ)充。這將進(jìn)一步推動(dòng)新數(shù)據(jù)生成、計(jì)算和存儲(chǔ)需求?！?/p>

　　那么問(wèn)題到底出現(xiàn)在了哪里?Sherman說(shuō)，總有高水平的宏觀經(jīng)濟(jì)影響會(huì)影響電子產(chǎn)品的支出，但現(xiàn)在有一些強(qiáng)有力的趨勢(shì)讓我們更多地考慮穩(wěn)定和上升。

　　其他人也同意。這背后的深度學(xué)習(xí)技術(shù)將影響到半導(dǎo)體設(shè)計(jì)和制造領(lǐng)域，就像它將影響未來(lái)三到十年的每一項(xiàng)業(yè)務(wù)一樣。精確的模擬將創(chuàng)造出大量的數(shù)據(jù)來(lái)訓(xùn)練一個(gè)深度學(xué)習(xí)的引擎。雖然從工廠實(shí)際數(shù)據(jù)檢驗(yàn)和SEM圖像等將作為訓(xùn)練數(shù)據(jù),它是基于仿真的可以自動(dòng)生成大量具有各種變量的數(shù)據(jù)來(lái)為學(xué)習(xí)平臺(tái)服務(wù)，D2S首席執(zhí)行官Aki Fujimura說(shuō)。

　晶圓市場(chǎng)在持續(xù)低迷后，迎來(lái)春天

　　掌握市場(chǎng)動(dòng)向的一種方法是觀察硅晶圓片和光掩膜板這兩個(gè)關(guān)鍵細(xì)分市場(chǎng)。

　　多年來(lái)，硅片市場(chǎng)一直飽受供過(guò)于求的困擾，導(dǎo)致價(jià)格持續(xù)低迷。但在2017年需求有所增長(zhǎng)，硅晶圓市場(chǎng)也朝著均衡狀態(tài)邁進(jìn)，因此價(jià)格有所提升。

　　根據(jù)SEMI的數(shù)據(jù)，預(yù)計(jì)2018年硅晶片出貨量將達(dá)到11,814百萬(wàn)平方英寸，比2017年增長(zhǎng)3.2%。據(jù)SEMI說(shuō)，2017年的增長(zhǎng)率為8.2%。

　　圖3：晶圓出貨量預(yù)測(cè)

　　根據(jù)SEMI的數(shù)據(jù)，2016年，光掩膜板市場(chǎng)銷(xiāo)售額為33.2億美元，較2015年增長(zhǎng)2%。在2017年和2018年，掩膜市場(chǎng)預(yù)計(jì)將分別增長(zhǎng)4%和3%。

　　在先進(jìn)的節(jié)點(diǎn)，光掩膜板變得越來(lái)越復(fù)雜，難以制造。有幾個(gè)挑戰(zhàn)，但主要的問(wèn)題是使用今天的單波束電子束系統(tǒng)花更長(zhǎng)的時(shí)間去做一個(gè)掩膜。因此，對(duì)于復(fù)雜的掩膜，該行業(yè)正開(kāi)始在掩膜商店中采用一種新的多波束系統(tǒng)。

　　英特爾公司的子公司IMS Nanofabrication已經(jīng)在市場(chǎng)上發(fā)布了多光束掩膜寫(xiě)入器。競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手NuFlare也在出售類(lèi)似的系統(tǒng)。

　　D2S的 Fujimura說(shuō)，不管是用于193i光刻的多重圖案化的復(fù)雜ILT(反向光刻技術(shù))圖案，還是即將具有30nm亞分辨率輔助特征的EUV掩膜，在前沿工藝上的掩模方面都需要多波束復(fù)刻。

　　掩膜制作與光刻相關(guān)聯(lián)。在光刻技術(shù)中，最大的問(wèn)題是EUV光刻技術(shù)是否會(huì)在2018年投入生產(chǎn)。芯片制造商想要EUV用于7nm或5nm。理論上，EUV可以降低這些節(jié)點(diǎn)的復(fù)雜性。但是今天，EUV還沒(méi)有準(zhǔn)備好。EUV能否投入使用依賴(lài)于EUV電源、光刻膠和掩膜等方面是否準(zhǔn)備好。

　　盡管面臨諸多挑戰(zhàn)，三星希望在2018年的 7nm邏輯工藝節(jié)點(diǎn)上使用EUV。相比之下，其他芯片制造商將采取更為保守的路線，從傳統(tǒng)的193nm沉浸式和10nm / 7nm的多重曝光開(kāi)始切入。

　　Fujimura表示，對(duì)于EUV來(lái)說(shuō)，無(wú)論其投入生產(chǎn)中是在2018年下半年開(kāi)始，還是在2019年，很明顯，半導(dǎo)體行業(yè)正準(zhǔn)備在生產(chǎn)中使用EUV。EUV最初將部署在已經(jīng)部署了193nm多重曝光的領(lǐng)域。這將使生態(tài)系統(tǒng)更順利地過(guò)渡，而不是一下子全盤(pán)轉(zhuǎn)換。

　　芯片制造商可能會(huì)在短期內(nèi)將EUV插入一層或幾層，但實(shí)際的大批量生產(chǎn)仍然需要一兩年的時(shí)間，EUV光刻及其生態(tài)系統(tǒng)將在2018年至2019年繼續(xù)發(fā)展，2020年的態(tài)勢(shì)也持續(xù)見(jiàn)好。

　　然而，EUV不會(huì)主導(dǎo)整個(gè)格局。在插入時(shí)，EUV將主要用于代工和邏輯應(yīng)用的切割和過(guò)孔。這大約占據(jù)整個(gè)曝光市場(chǎng)的20%，其余仍是多重曝光。

　　Fad尺寸新突破：計(jì)劃遷移至10nm/7nm

　　對(duì)于設(shè)備供應(yīng)商來(lái)說(shuō)，前沿的市場(chǎng)/邏輯市場(chǎng)在最近幾年相對(duì)低迷。在每個(gè)節(jié)點(diǎn)上，芯片制造商都需要大量的研發(fā)投入和資本投入。而且，在每個(gè)節(jié)點(diǎn)上，越來(lái)越少的代工廠客戶(hù)負(fù)擔(dān)得起研發(fā)費(fèi)用。

　　2018年，GlobalFoundries、Intel、Samsung和TSMC預(yù)計(jì)將從16nm / 14nm的FinFET遷移到10nm /7nm FinFET。英特爾正在增加10nm，而代工廠正在準(zhǔn)備。簡(jiǎn)而言之，Intel的10nm技術(shù)相當(dāng)于其他代工廠的7nm節(jié)點(diǎn)。

　　圖4:FinFET vs. planar

　　無(wú)論如何，芯片制造商都面臨著一些挑戰(zhàn)。例如，英特爾原本預(yù)計(jì)在2017年下半年進(jìn)入10nm的批量生產(chǎn)，但是由于技術(shù)的挑戰(zhàn)，這一時(shí)程延緩到了2018年上半年。

　　投資銀行Morningstar的分析師Abhinav Davuluri最近接受采訪時(shí)說(shuō)，英特爾是一家以高盈利為目的的公司。根據(jù)從他們的產(chǎn)品推出和時(shí)間表中看到的情況，他們不得不把(10nm)推掉，轉(zhuǎn)由年底生產(chǎn)，而在2018年還不一定能全面發(fā)力。

　　時(shí)間會(huì)告訴我們，GlobalFoundries、三星和臺(tái)積電是否會(huì)在7nm競(jìng)爭(zhēng)。據(jù)高德納咨詢(xún)公司(Gartner)的分析師Samuel Wang表示，看起來(lái)這三家代工廠都取得了不錯(cuò)的進(jìn)展。

　　盡管如此，預(yù)計(jì)到2018年，10nm / 7nm的采用率將逐步提高。Wang說(shuō)，從預(yù)計(jì)到2018年，這方面收入將從25億美元增加到30億美元。相比之下，10nm營(yíng)收預(yù)計(jì)將在2017年達(dá)到50億美元。

　　應(yīng)用材料的Sherman表示，隨著時(shí)間的推移10nm / 7nm預(yù)計(jì)會(huì)成為一個(gè)大而長(zhǎng)的節(jié)點(diǎn)，與28nm節(jié)點(diǎn)不相上下，這個(gè)比例還在增加。5nm也同樣如此。

　　內(nèi)存領(lǐng)域

　　在2017年，內(nèi)存市場(chǎng)一直是fab設(shè)備的主要推動(dòng)力。預(yù)計(jì)2018年將遵循類(lèi)似的模式。Sherman說(shuō)，對(duì)內(nèi)存技術(shù)的巨大需求創(chuàng)造了歷史最高出貨量。智能手機(jī)中的DRAM和NAND內(nèi)存持續(xù)d增長(zhǎng)。最近，智能手機(jī)的平均NAND用量已經(jīng)增長(zhǎng)了大約50%，從2016年的大約24G到現(xiàn)在的大約38G。最近，一家主要的內(nèi)存供應(yīng)商宣布了512G的產(chǎn)品，以供將來(lái)的智能手機(jī)使用，前景良好。

　　SSD也推動(dòng)了NAND的需求。相關(guān)人士說(shuō):“內(nèi)存市場(chǎng)十分健康，NAND的需求增長(zhǎng)在40%到50%之間?！?/p>

　　但市場(chǎng)研究公司TrendForce的數(shù)據(jù)顯示，NAND預(yù)計(jì)將在2018年第一季度出現(xiàn)季節(jié)性放緩，導(dǎo)致供過(guò)于求和平均售價(jià)下跌。不過(guò)，目前還不清楚NAND供應(yīng)過(guò)剩會(huì)持續(xù)多久。

　　與此同時(shí)，在2018年，Intel、Micron、三星、SK Hynix、東芝和Western Digital將繼續(xù)增加3D NAND。因此，3D NAND將出現(xiàn)另一個(gè)巨大的支出周期。

　　3D NAND強(qiáng)勁增長(zhǎng)是有原因的。今天的2D NAND已經(jīng)達(dá)到了1xnm節(jié)點(diǎn)的物理極限。因此，在一段時(shí)間內(nèi)，NAND供應(yīng)商有必要從2D NAND遷移到3D NAND。

　　3D NAND比之前認(rèn)為的更難制造。不同于2D NAND，它是一個(gè)2D結(jié)構(gòu)，3D NAND類(lèi)似于垂直的摩天大樓，其中水平層被堆疊起來(lái)，然后通過(guò)微小的垂直通道連接。

　　圖5:NAND架構(gòu)

　　圖6:3D NAND體系結(jié)構(gòu)

　　所以從2D到3D的轉(zhuǎn)換時(shí)間比預(yù)期的長(zhǎng)。據(jù)應(yīng)用材料公司的估計(jì)，目前，NAND的裝機(jī)容量為160萬(wàn)晶圓片，而目前只有一半的產(chǎn)能被轉(zhuǎn)化為3D NAND。

　　除了轉(zhuǎn)化率之外，還有一些問(wèn)題是關(guān)于3D NAND的規(guī)模有多大。在2017年，3D NAND供應(yīng)商已經(jīng)從48層遷移至64層，在R&D有96層。我們將在2018年看到96層設(shè)備。密度有望每年將增加一倍。

　　然而，96層的NAND設(shè)備開(kāi)發(fā)是具有挑戰(zhàn)性的。因此，該行業(yè)正在向一種被稱(chēng)為串行堆疊的制造技術(shù)轉(zhuǎn)移。為此，供應(yīng)商將開(kāi)發(fā)兩個(gè)48層的3D NAND設(shè)備并連接它們，從而形成一個(gè)96層的3D設(shè)備。所以我們有兩層3D NAND ——48 + 48層。

　　有了串行堆疊，3D NAND可以擴(kuò)展到512層或更多。然而，串行堆疊增加了更多的制造成本，給這個(gè)行業(yè)帶來(lái)了困難的挑戰(zhàn)。

　　中國(guó)fab熱度不減

　　與此同時(shí)，據(jù)SEMI表示，在2017年，韓國(guó)預(yù)計(jì)將超過(guò)臺(tái)灣，成為最大的fab設(shè)備支出市場(chǎng)。臺(tái)灣將排名第二，而中國(guó)將排名第三。

　　根據(jù)該行業(yè)組織的數(shù)據(jù)，2018年，韓國(guó)預(yù)計(jì)將保持第一名，中國(guó)將進(jìn)入第二名。

　　SEMI表示，在中國(guó)，總共有15個(gè)新的fab項(xiàng)目，其中包括跨國(guó)公司和國(guó)內(nèi)芯片制造商。由于中國(guó)市場(chǎng)的不穩(wěn)定性，雖然項(xiàng)目啟動(dòng)還處于未知狀態(tài)。但顯而易見(jiàn)的是，中國(guó)正在努力減少其在IC領(lǐng)域持續(xù)從外國(guó)供應(yīng)商進(jìn)口大量芯片導(dǎo)致的巨大貿(mào)易失衡。

　　預(yù)計(jì)，中國(guó)市場(chǎng)將穩(wěn)步增長(zhǎng)。KLA-Tencor已經(jīng)在中國(guó)看到了希望，不乏有重要訂單。KLA-Tencord的Donzella說(shuō)，KLA-Tencor是投資的前沿，因?yàn)樾枰獧z測(cè)和計(jì)量工具來(lái)滿(mǎn)足工藝設(shè)備的要求。應(yīng)用材料的Sherman預(yù)計(jì)，到2018年，中國(guó)晶圓廠的設(shè)備投資將比2017年增長(zhǎng)約20億美元。

　　與此同時(shí)，在過(guò)去兩年里，由于對(duì)某些芯片的需求激增，IC行業(yè)經(jīng)歷了200mm fab容量的嚴(yán)重短缺。這進(jìn)而推動(dòng)了對(duì)200mm設(shè)備的需求。問(wèn)題是幾乎沒(méi)有200mm設(shè)備可用，因此價(jià)格相對(duì)較高。

　　“在200mm方面,2018年將與2017年相似?！痹?017年，200mm的fab利用率已經(jīng)達(dá)到或接近100%。我們認(rèn)為，2018年可能整體情況與2017年類(lèi)似，200mm晶圓廠的利用率將繼續(xù)保持在90%以上。根據(jù)相關(guān)人士的說(shuō)法，市場(chǎng)上只有500種可用的200mm工具，而且許多工具在今天的fabs中都達(dá)不到要求，所以繼續(xù)補(bǔ)充短缺的200mm設(shè)備迫在眉睫。