10/7nm、內(nèi)存市場持續(xù)推動晶圓設(shè)備需求增長

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

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

　　圖1:半導(dǎo)體設(shè)備市場增長情況

　　當(dāng)然，這些預(yù)測可能會發(fā)生變化，因為多種因素可能會影響fab行業(yè)，比如經(jīng)濟(jì)因素和政治因素就在競技場中扮演著重要角色。

　　盡管如此，fab供應(yīng)商還是十分樂觀。應(yīng)用材料市場營銷和業(yè)務(wù)發(fā)展副總裁Arthur Sherman表示， 預(yù)計WFE(晶圓fab設(shè)備)市場將在2018年有所增長，因為需求更為強勁。相關(guān)人士表示，隨著供應(yīng)商增加了更多的功能，智能手機和其他移動設(shè)備中的硅含量也在不斷增加。此外，還有一些新興的趨勢，如IoT、大數(shù)據(jù)、人工智能和智能汽車等，它們也都正在期待fab市場的表現(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)點進(jìn)行遷移，這一舉動可能會導(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中國仍是fab設(shè)備投資活動的溫床，跨國公司和國內(nèi)芯片制造商紛紛計劃在中國建設(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市場前景良好，對fab需求迫切

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

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

　　這種勢頭會延續(xù)到2018年嗎?到目前為止，看起來相對穩(wěn)定，供應(yīng)商們謹(jǐn)慎樂觀。Donzella說，預(yù)計2018年的WFE將比2017年增長個位數(shù)的百分比。

　　在另一項預(yù)測中，SEMI預(yù)計2017年的設(shè)備銷售額為559億美元，比2016年增長35.6%。 SEMI表示，2018年，設(shè)備市場將達(dá)到601億美元，比2016年增長7.5%。

　　圖2:年末設(shè)備預(yù)測

　　在fab工具供應(yīng)商DRAM、NAND和foundry / logic的三個主要增長驅(qū)動因素中，WFE需求看起來是可靠的。Donzella說，特別是內(nèi)存市場(DRAM和3D NAND)的收入增長非常強勁，預(yù)計明年WFE將會大幅度增長。

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

　　還有其他的驅(qū)動因素?！拔覀冋幱谝粋€不可思議的計算轉(zhuǎn)換的開始，從翻譯和語音識別到自動駕駛汽車，將機器學(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?！斑@種轉(zhuǎn)變有可能在未來幾十年改變我們的經(jīng)濟(jì)。為這些變化提供動力將是新的計算平臺和對許多現(xiàn)有產(chǎn)品、服務(wù)和業(yè)務(wù)模型的補充。這將進(jìn)一步推動新數(shù)據(jù)生成、計算和存儲需求?！?/p>

　　那么問題到底出現(xiàn)在了哪里?Sherman說，總有高水平的宏觀經(jīng)濟(jì)影響會影響電子產(chǎn)品的支出，但現(xiàn)在有一些強有力的趨勢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)計和制造領(lǐng)域，就像它將影響未來三到十年的每一項業(yè)務(wù)一樣。精確的模擬將創(chuàng)造出大量的數(shù)據(jù)來訓(xùn)練一個深度學(xué)習(xí)的引擎。雖然從工廠實際數(shù)據(jù)檢驗和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生成大量具有各種變量的數(shù)據(jù)來為學(xué)習(xí)平臺服務(wù)，D2S首席執(zhí)行官Aki Fujimura說。

　晶圓市場在持續(xù)低迷后，迎來春天

　　掌握市場動向的一種方法是觀察硅晶圓片和光掩膜板這兩個關(guān)鍵細(xì)分市場。

　　多年來，硅片市場一直飽受供過于求的困擾，導(dǎo)致價格持續(xù)低迷。但在2017年需求有所增長，硅晶圓市場也朝著均衡狀態(tài)邁進(jìn)，因此價格有所提升。

　　根據(jù)SEMI的數(shù)據(jù)，預(yù)計2018年硅晶片出貨量將達(dá)到11,814百萬平方英寸，比2017年增長3.2%。據(jù)SEMI說，2017年的增長率為8.2%。

　　圖3：晶圓出貨量預(yù)測

　　根據(jù)SEMI的數(shù)據(jù)，2016年，光掩膜板市場銷售額為33.2億美元，較2015年增長2%。在2017年和2018年，掩膜市場預(yù)計將分別增長4%和3%。

　　在先進(jìn)的節(jié)點，光掩膜板變得越來越復(fù)雜，難以制造。有幾個挑戰(zhàn)，但主要的問題是使用今天的單波束電子束系統(tǒng)花更長的時間去做一個掩膜。因此，對于復(fù)雜的掩膜，該行業(yè)正開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)在市場上發(fā)布了多光束掩膜寫入器。競爭對手NuFlare也在出售類似的系統(tǒng)。

　　D2S的 Fujimura說，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，最大的問題是EUV光刻技術(shù)是否會在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)點的復(fù)雜性。但是今天，EUV還沒有準(zhǔn)備好。EUV能否投入使用依賴于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的多重曝光開始切入。

　　Fujimura表示，對于EUV來說，無論其投入生產(chǎn)中是在2018年下半年開始，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)更順利地過渡，而不是一下子全盤轉(zhuǎn)換。

　　芯片制造商可能會在短期內(nèi)將EUV插入一層或幾層，但實際的大批量生產(chǎn)仍然需要一兩年的時間，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)勢也持續(xù)見好。

　　然而，EUV不會主導(dǎo)整個格局。在插入時，EUV將主要用于代工和邏輯應(yīng)用的切割和過孔。這大約占據(jù)整個曝光市場的20%，其余仍是多重曝光。

　　Fad尺寸新突破：計劃遷移至10nm/7nm

　　對于設(shè)備供應(yīng)商來說，前沿的市場/邏輯市場在最近幾年相對低迷。在每個節(jié)點上，芯片制造商都需要大量的研發(fā)投入和資本投入。而且，在每個節(jié)點上，越來越少的代工廠客戶負(fù)擔(dān)得起研發(fā)費用。

　　2018年，GlobalFoundries、Intel、Samsung和TSMC預(yù)計將從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。簡而言之，Intel的10nm技術(shù)相當(dāng)于其他代工廠的7nm節(jié)點。

　　圖4:FinFET vs. planar

　　無論如何，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最近接受采訪時說，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。

　　時間會告訴我們，GlobalFoundries、三星和臺積電是否會在7nm競爭。據(jù)高德納咨詢公司(Gartner)的分析師Samuel Wang表示，看起來這三家代工廠都取得了不錯的進(jìn)展。

　　盡管如此，預(yù)計到2018年，10nm / 7nm的采用率將逐步提高。Wang說，從預(yù)計到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營收預(yù)計將在2017年達(dá)到50億美元。

　　應(yīng)用材料的Sherman表示，隨著時間的推移10nm / 7nm預(yù)計會成為一個大而長的節(jié)點，與28nm節(jié)點不相上下，這個比例還在增加。5nm也同樣如此。

　　內(nèi)存領(lǐng)域

　　在2017年，內(nèi)存市場一直是fab設(shè)備的主要推動力。預(yù)計2018年將遵循類似的模式。Sherman說，對內(nèi)存技術(shù)的巨大需求創(chuàng)造了歷史最高出貨量。智能手機中的DRAM和NAND內(nèi)存持續(xù)d增長。最近，智能手機的平均NAND用量已經(jīng)增長了大約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，以供將來的智能手機使用，前景良好。

　　SSD也推動了NAND的需求。相關(guān)人士說:“內(nèi)存市場十分健康，NAND的需求增長在40%到50%之間?！?/p>

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

　　與此同時，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)另一個巨大的支出周期。

　　3D NAND強勁增長是有原因的。今天的2D NAND已經(jīng)達(dá)到了1xnm節(jié)點的物理極限。因此，在一段時間內(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2D結(jié)構(gòu)，3D NAND類似于垂直的摩天大樓，其中水平層被堆疊起來，然后通過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)換時間比預(yù)期的長。據(jù)應(yīng)用材料公司的估計，目前，NAND的裝機容量為160萬晶圓片，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)備開發(fā)是具有挑戰(zhàn)性的。因此，該行業(yè)正在向一種被稱為串行堆疊的制造技術(shù)轉(zhuǎn)移。為此，供應(yīng)商將開發(fā)兩個48層的3D NAND設(shè)備并連接它們，從而形成一個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，給這個行業(yè)帶來了困難的挑戰(zhàn)。

　　中國fab熱度不減

　　與此同時，據(jù)SEMI表示，在2017年，韓國預(yù)計將超過臺灣，成為最大的fab設(shè)備支出市場。臺灣將排名第二，而中國將排名第三。

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

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

　　預(yù)計，中國市場將穩(wěn)步增長。KLA-Tencor已經(jīng)在中國看到了希望，不乏有重要訂單。KLA-Tencord的Donzella說，KLA-Tencor是投資的前沿，因為需要檢測和計量工具來滿足工藝設(shè)備的要求。應(yīng)用材料的Sherman預(yù)計，到2018年，中國晶圓廠的設(shè)備投資將比2017年增長約20億美元。

　　與此同時，在過去兩年里，由于對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)而推動了對200mm設(shè)備的需求。問題是幾乎沒有200mm設(shè)備可用，因此價格相對較高。

　　“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)人士的說法，市場上只有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)補充短缺的200mm設(shè)備迫在眉睫。