Fab Tool业务在2017年面临挑战

在经历了2016年的逐步复苏和正增长之后，2017年半导体设备行业的前景喜忧参半，也存在一些不确定性。

不过，在短期内，业务还是很强劲的。几家芯片制造商在2016年下半年开始下了大量的晶圆厂工具订单，特别是在3d NAND、逻辑和代工三个领域。

现在，在购买了第一轮设备后，预计芯片制造商对增加任何新的晶圆厂产能仍将相对谨慎，至少在短期内如此。

如果2017年需求回升，芯片制造商可能会下更多的晶圆制造工具订单。但一位分析师表示，根据目前的需求情况，工具订单可能会逐渐趋于平稳，然后在2017年全年下降，导致全年资本支出增长持平。

Pacific Crest Securities分析师Weston Twigg表示:“短期内，半导体设备需求强劲，受三星第四季度在3D NAND和台积电和英特尔10nm安装上的大量支出带动，但2017年半导体资本支出增长可能放缓。”

根据Twigg的数据，2017年全球半导体资本支出预计将达到639亿美元，比2016年仅增长1%。他说，相比之下，2016年半导体资本支出预计将增长9%。

目前，Pacific Crest预计2017年四大晶圆厂工具行业中有两个行业的资本支出增长为个位数——铸造和闪存。另外两个领域，DRAM和逻辑，预计将略有下降。

好的一面是，200mm设备市场看起来很强劲。当然，这些预测都可能发生变化，这取决于市场状况以及经济和政治因素。

除此之外，设备行业还看到了另一个趋势，即大型并购的时代已经结束。例如，2015年，应用材料公司(Applied Materials)收购东京电子有限公司(Tokyo Electron Ltd.)的计划由于监管问题和客户的反对而被取消。2016年，Lam Research收购KLA-Tencor的交易也因类似原因终止。

出于三个基本原因，监管机构和芯片制造商都不愿批准这些大型并购。首先，大规模并购表面上造成了某些工具领域的垄断。其次，合并即使不会阻碍创新，也会减缓创新。第三，它降低了芯片制造商的购买力。

设备行业仍有一些收购活动，但规模要小得多。例如，ASML最近收购了电子束检测专家Hermes Microvision。

可以肯定的是，半导体设备和材料行业是一个庞大但分散的市场。为了掌握2017年的发展趋势，《半导体工程》(Semiconductor Engineering)研究了业务动态以及各个细分领域，如硅片、掩模和晶圆厂设备。

混合数字
2017年看起来喜忧参半。根据VLSI Research的数据，总体而言，2017年IC市场预计将达到3068亿美元，比2016年增长6.1%。根据VLSI Research的数据，2016年IC市场预计仅增长1.7%。

据该公司称，2017年整个半导体设备市场预计将达到580亿美元，比2016年增长7.8%。2016年，设备市场将增长10%。

在另一个预测中，应用材料预计2016年整个晶圆厂设备(WFE)市场将在335亿美元至340亿美元之间，比2015年增长5%。据应用材料公司称，2017年，WFE预计将比2016年增加10亿美元。

应用材料公司营销和业务发展副总裁Arthur Sherman表示:“2017年，WFE预计会更高，存储技术的支出增长以及逻辑和代工的投资将保持在强劲的水平。”“我们认为，未来几年将推动行业增长的细分市场是领先的代工和逻辑、3D NAND和模版。”

不过，对于fab工具供应商来说，市场正在发生变化。多年来，领先芯片制造商的基础经历了一波整合浪潮。有能力购买尖端工具的IC供应商越来越少。数据显示，五家芯片制造商目前占全球资本支出的75%左右林的研究．

不过，与过去盛衰交替的疯狂周期相比，随着尖端企业的减少，设备市场的可预测性更强，波动性也更小。

半导体的需求驱动因素也在发生变化。个人电脑曾经是芯片的主要推动力，但现在却在走下坡路。智能手机市场仍是硅的最大推动力，但该业务增长乏力。

Lam Research总裁兼首席执行官马丁•安斯蒂斯(Martin an斯蒂斯)在最近的一次活动上表示:“科技世界不再围绕着个人电脑等占主导地位的电子产品来定义。”“有很多消费者和企业应用程序驱动因素。”

这些驱动因素包括汽车，物联网和无线。“如果你从大局上看，人们正在研究三个基本的向量，”特朗普的总裁兼首席执行官詹姆斯国家仪器．“一个是数据速率。我们都希望视频更快。我们不希望邻居干扰我们的视频。(此外)像自动驾驶汽车这样的东西将需要更快的响应时间。当然，我们谈论的是数十亿个低功耗的物联网，它们可以在线数年。”

积木——硅片和口罩
了解IC市场动向的一种方法是观察该行业两个关键组成部分——硅片和硅片——的需求情况光掩模．

硅片制造商生产硅片并将其出售给芯片制造商，芯片制造商再将其加工成芯片。2017年，硅片出货量预计将达到106.42亿平方英寸，比2016年增长2%半．

光掩模市场也在温和增长。根据SEMI的数据，2017年，掩模的销售额预计将达到34亿美元，比2016年增长3%。

然而，这并不能说明掩模市场的全部情况。事实上，这个行业在2017年很可能会出现一些新的重大创新。

图1:多模式的步骤数增加。资料来源:Lam Research。

第一个创新是多束电子束光刻面具的作家。如今，掩模制造商使用单波束eBeam在掩码上编写模式的工具。但是对于这些系统，写入时间对于最复杂的掩码来说变得太长了。

新奇的多波束掩模写入器有望提高复杂掩模的写入时间。2016年，IMS纳米制造公司宣布了世界上第一个多光束掩模写入器。NuFlare正在开发一个类似的系统。

“几家掩模店正在对2016年的多波束机器进行早期测试。d2．“2017年肯定会出现一些多波束的测试应用，甚至可能是生产应用。反过来，这将导致在晶圆光刻中实现曲线形状和需要较慢的掩模电阻的较小特征。”

此外，业界正准备应对极紫外线(EUV) 7纳米和/或5纳米光刻工艺。利用13.5nm波长，EUV有望简化复杂的图案流程。

EUV正在取得进展，但仍未投入生产。还有关于来源，抵抗和面具的问题。藤村说:“2017年，EUV口罩的优先级将更高。”“随着该行业在2020年为EUV生产做好基础设施准备，掩模基础设施需要在2018年的时间内做好准备。”

WFE-foundry /逻辑
在工厂方面，情况也是喜忧参半。在经历了2015年的低迷之后，晶圆厂设备制造商在2016年经历了逻辑和代工业务的反弹。

然而，2017年，逻辑和代工市场预计将相对平稳。根据Pacific Crest的数据，2017年半导体资本支出预计将达到128亿美元，比2016年下降1%。据该公司称，2016年，逻辑方面的资本支出预计将增长11%。

据Pacific Crest称，2017年铸造行业的资本支出预计将达到200亿美元，比2016年增长2%。相比之下，2016年的预期增长为5%。

2017年，英特尔、三星和台积电将完成从16nm/14nm的过渡finFETs到10nm finfet。英特尔和三星都认为10nm技术将是一个强大的节点。

相比之下，台积电表示，10nm将是一个短节点，并更重视7nm。GlobalFoundries跳过10nm直接转向7nm。

最初，英特尔将在以色列基里亚特加特的28号Fab厂生产10nm工艺。随着时间的推移，英特尔还计划在亚利桑那州钱德勒的Fab 32生产10nm芯片。消息人士称。

三星正在韩国的一家工厂加大10纳米工艺的生产。对于10nm和7nm，台积电将在台湾新竹使用Fab 12，在台中使用Fab 15。

据分析师称，总体而言，2017年全球10纳米和7纳米晶圆的产能预计在每月11万至13万片之间。“到目前为止，我们在生产投资方面看到的大部分投资都是针对10nm的，”高通总裁兼首席执行官里克•华莱士(Rick Wallace)表示KLA-Tencor他在最近的一次演讲中说。“我们看到了对7纳米技术开发的投资，甚至有些人期待5纳米技术的发展。”

至于10nm和7nm是否会成为成功的节点，目前还没有定论。不用说，fab工具供应商希望两个节点都是健壮的。如果是这样，供应商可能会在几个设备领域看到可观的增长。

对于许多晶圆厂工具供应商来说，模压是增长较大的部门之一。从应用材料公司的角度来看，整个图案市场预计将从2016年的22亿美元增长到2019年的30亿美元左右。这涉及到动态随机存取记忆体和逻辑。

模压包括在晶圆上打印微小的特征。为此，芯片制造商使用当今的193nm浸没式扫描仪，加上各种十字线增强技术。

从逻辑上讲，这些解决方案从22nm/20nm开始就遇到了分辨率问题。因此，为了扩大IC的规模，芯片制造商转向多个模式．基本上，在多重图案中，一个蒙版被分成两个或多个蒙版。然后，每个掩模分别进行加工和打印。

在工厂里，光刻技术在多模式中仍然使用工具。但每个新节点也需要更多的沉积和蚀刻步骤，这有助于缩放或降低设备的音高。

多重模式有其优点和缺点。一方面，一些设备供应商能够销售更多的沉积和蚀刻工具，从而提高他们的底线。但这也增加了芯片制造商及其工艺的成本和复杂性。例如，根据Lam的介绍，与16nm/14nm相比，7nm工艺的沉积、蚀刻和清洗工序或步骤要多两倍。在5nm时，比16nm/14nm多2.2倍的步骤。

随着每个节点步骤数的增加，芯片制造商面临着一系列挑战。成本和可变性只是冰山一角。

这就是为什么行业需要EUV。如果可行，EUV可以降低复杂性和步骤数。与此同时，EUV也可以从整体的多重图案中分一杯羹——这是以沉积和蚀刻工具制造商为代价的。

然而，EUV不会主宰整个多模式景观。应用材料公司总裁兼首席执行官Gary Dickerson在最近的一次演示中表示:“我们的模型与其他模型一致，并假设EUV将主要用于铸造和逻辑应用中的切割和过孔。”“这约占整个图案市场的20%。对于另外80%，我们看到客户正在扩展多模式解决方案，这大大扩大了我们的目标市场。”

除了模式化之外，芯片制造商还需要在高级节点上使用其他晶圆厂技术。原子级处理技术，例如原子层蚀刻，是一个关键的促成因素。此外，互连——芯片中那些微小的布线方案——将需要新的工具类型和材料。这需要更高级的检查和计量工具。

内存的变化
与此同时，内存就像双城记一样——nand是热门，而DRAM则是低迷。根据Pacific Crest Securities的数据，2017年DRAM行业的资本支出预计将达到103亿美元，较2016年下降1%。

不过，DRAM制造商面临的挑战越来越大。事实上，DRAM厂商正在从2xnm节点迁移到1xnm节点。电容器的模式化和规模化只是其中的几个挑战。

"尽管明年对DRAM的需求将略有上升，但我们预计DRAM支出不会很高，" Applied的Sherman表示。“对于DRAM来说，这种情况在2018年可能会改变，我们开始看到的一些替代的新兴内存也会改变。”

相比之下，太平洋皇冠证券(Pacific Crest Securities)的数据显示，2017年闪存行业的资本支出预计将达到183亿美元，较2016年增长3%。

NAND闪存制造商正在扩大产能。三星例如，三星正在韩国平泽建造新的大型晶圆厂，将于2017年底投产。据Pacific Crest称，该晶圆厂可用于NAND、DRAM或逻辑，但早期的工具订单是NAND。

今天的平面NAND已经接近1xnm节点的物理极限，因此需要一种新的技术-3 d与非．与平面结构的2D NAND不同，3D NAND类似于垂直的摩天大楼。3D NAND设备由多层或多层组成，这些层被堆叠起来，然后使用微小的垂直通道连接起来。

在平面NAND中，制造工艺依赖于光刻技术。然而，在3D NAND中，挑战从光刻转移到沉积和蚀刻。

然而，3D NAND的制造比之前想象的要困难得多。三星已经解决了这些问题，并正在推出3D NAND。其他供应商仍在与这项技术作斗争。

然而，2017年可能是3D NAND的突破之年。大多数供应商将开始发货64层芯片，这一产品将使3D NAND与平面NAND的成本更接近平价。

无论如何，晶圆制造工具供应商都看好3D NAND。世界上只有20%的比特密度已经从平面转换到3D NAND。换句话说，该行业仍处于技术的早期阶段。Lam Research全球产品集团首席技术官杨攀表示:“这是一个10多年的路线图，而我们才刚刚开始。”

200毫米飙升
消费电子产品、通信集成电路、传感器和其他产品的需求激增，造成了200毫米晶圆厂产能的短缺。

图2:200mm容量。

这也造成了200mm工具的短缺。对于200mm芯片，芯片制造商倾向于购买二手工具。据SurplusGlobal美洲和欧洲执行副总裁Emerald Greig称，目前市场上总共有超过1000个二手200mm工具的需求。

据最新统计，全球库存中大约有1000到1200个200mm工具。但仔细分析后发现，超过50%的系统无法使用或太旧，格雷格说。所以实际上，现在库存中大约有500到600个可用的200mm工具。

她说:“我们曾希望2016年底能有一些新的供应，但这可能不会实现。”“因此，我们认为2017年200毫米工具将出现严重短缺。300mm刀具的需求稳定。供应还不是那么大的问题——目前还不是。”

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