来源：Ed Sperling
200mm的爆炸式需求，掀起了对于二手半导体制造设备的疯狂需求，这些设备能在较老的工艺节点使用。目前问题是没有足够的二手设备可用，并不是所有的新的或扩大的200mm fab厂都能承担得起翻新或新设备的开支。
这听起来像一个简单的供需问题，但实际上隐藏的是不可预知的和分散的市场，以及一些差别细微和冲突的商业模式。需求依然强劲，特别是制作MEMS，模拟和的IoT芯片的晶圆厂。事实上，还有正在建设中的中国八个新的200mm工厂。但是这些晶圆厂的利润率如此之薄，很难看出能承担起所需要的设备费用，新来者可能需要经历发展的艰难期。
图1：趋势线已经开始为200mm工厂作为新的市场和包装再度攀升逼近添加了新的机遇。
据业内人士透露，这掀起了网站上寻找二手设备的争夺战，如eBay。但随着需求的上升，价格继续上扬，而且目前大部分设备状况不佳。此外，大型代工厂正在抢购任何可用的设备，暂时不用时宁可闲置。
这使得200mm工厂的选择越来越少。其中：
•为新旧设备支付溢价，要么提高制造200mm晶圆的收费，这在许多情况下是没有竞争力的，或延长摊销期，这是有风险的;
•购买拍卖网站上的二手设备，希望它可以修复;
•购买先进的芯片制造商出售的整个晶圆厂;
•在现有的设备上添加新的技术应用，以提高该设备的产能，这基本上是逐步改进，而不是购买全新的机器。
无论采取哪种方法，新来者都不容易进入这个市场，特别是根深蒂固的代工厂在重新考虑是否将其200mm工厂升级到300mm设备。结果可能是更大的价格竞争，这对于新来者是无法承受的。
谁赢，谁输
很快就会看清楚这个市场，竞争变得越来越激烈。直到几年前，这部分市场才被纳入雷达之中，因为最大的利润是最新的工艺节点。但随着芯片制造商之间的整合和摩尔定律的整体放缓，情况已经不复存在了。
这对于设备供应商而言，不一定是坏事，这些设备供应商现在都在金字塔顶端，旧节点上的芯片生产需求在增长。
“在这一点上，200mm的市场看起来将继续走强到2030年”，Lam Research的Reliant Product Group的总经理Evan Patton说道，“我们看到旧节点设备的需求（28纳米或以上），主要在200mm和300mm。”
拥有完全折旧的200mm设备和产能的工厂已经在其200mm的业务增加了收入。事实上，业务在旧的节点上那么好，很多人都开始重新思考资金究竟投资何处。
“对于大多数应用来说，除非你必须拥有最高水平的性能，否则可能没有令人信服的商业案例集中在边缘节点上，”UMC业务管理副总裁Walter Ng说道，“企业利润方面那么大的压力，选择一个过程技术节点，一种或多种方式都影响商品成本，而不仅仅是硅成本，而是产量、上市时间和可预测性/风险。在代工厂中，还继续开展大量的开发工作，拓宽这些既定节点的支持，扩大到更多的终端应用。在流程方面，例如，在电力/ BCD领域，新应用不断推动新的设备要求，改进RDS性能。在设计方面，一些应用程序可能需要拥有更小的轨道高度的新标准单元库，以更有竞争力。因此，继续对已建立的节点进行重新投资对于代工厂来说是常见现象，并且对于客户和代工厂而言是典型的双赢”。
这点上似乎有广泛的共识。TEL现场解决方案副总裁Fumihiko Kaminaga说道，“在可预见的未来，大多数市场将继续保持在300mm以下，旧设备还有足够的能力来跟上预期的节点变化和新兴产品。”
对于二手设备的供应商而言，未来的发展方向并不明显。对于翻新设备的需求不断增长，但没有足够的设备出售。最重要的是，并不是所有的二手设备都可以或应该翻新。
SEMI协同技术平台副总裁Tom Salmon说道：“有一些类型的设备运行良好，因此，对于湿长凳，是这样的。但对于光刻，却不然。设备的可用性是一个大问题，而二手设备市场容量已经触顶。相对他们的成本结构而言，没有设备可以做到。”
图2：中国的预计产品类型200毫米工厂的产能。
是什么力量推动需求
也正因为这些都是旧的节点，所以并不意味着同样的设备将在这些节点的各种应用中工作。智能手机可以很好的理解，但是对于那些用于这些手机中的组件的200mm设备的要求正在发生显著变化。
“新的指纹传感器现在切换到压电材料，” 应用材料公司200mm设备集团的战略和技术营销的常务董事Mike Rosa说道，“这也促使我们拿出新技术存入新材料。然后每一个新的手机你需要乘上三到六倍的时间，因为你需要一个空间的焦点，新的光学薄膜，以及和硅片上有光学涂层的III-V材料整合。”
即使是相同的设备中，规格都在紧缩挤出更多的表现出了相同的设备。
“如果你看一下MEMS麦克风，那些从电容转移到压电为主，还有，”Rosa说到，“侧壁在以前的规格上加上或减去0.5度倾斜。在实践中，晶片的中心具有直的侧壁，并朝向晶片的边缘它们倾斜不符合规格。但是，新的规范已经从0.5度移动到0.3度。唯一的办法是把晶片放在一个较大的腔室。”
应用材料公司的做法是为200毫米设备出售不同大小的腔室，这有效地改变了旧设备的能力。这也改变了设备供应商如何应对这个市场，为现有设备加入组件升级，而不是销售的新设备。通常情况下，他们提供了一个服务组件来监测和维护设备。
这是一种方法。另一种方法是为较旧的节点建立新的设备。“较旧节点的测量和检测设备的需求持续保持强劲，主要是200mm晶圆制造设备上40纳米或更大的设计节点。”在KLA-Tencor公司KT Pro部门的副总裁/总经理Wilbert Odisho说道，“这些设施许多都在中国，物联网服务和汽车领域。与此同时，核心工具的可用性继续变小。我们通过再制造旧的工具，满足客户对裸晶圆检测、边缘检测、宽带和激光散射方式的晶圆检查、薄膜计量和重叠度计量“。
但是，基于压电MEMS麦克风和扬声器是新的市场。所以有很多的传感器用于汽车，物联网，IIoT和医疗电子的，所以是5G。虽然这些被认为是潜在的巨大市场机会，但是对于这种新的业务，商业周期在很大程度上是猜测。因此，一个晶圆厂可以在设备上投资多少，以在规定的时间期限内获得合理的投资回报是不明确的。
“如果你看一下5G，基站需要高功率，因为5G采用的高频信号，不能被远远抛出，因为它容易被吸收，所以你需要调到最高功率，”Rosa说道，“这意味着新的放大器，新天线和一大堆的中继器。而这些都是在200毫米或以下步骤进行。”
事实上，使用200mm工艺制造的芯片覆盖几乎所有市场。“支持200毫米和以下的令人兴奋的部分就是市场和产品的多样性，”TEL的Kaminaga说道，“需求可以来自任何地方，当你要支持汽车，物联网，传感器，过滤器，光电子，光电，分立器件，模拟。我们怀疑这是一个很大的内部的中国市场，以及一些物联网设备，甚至汽车和工业设备。在我们的日常生活中广泛使用的电子产品将继续推动200mm及以下的设备生产的产品需求。公司寻找新的半导体设备市场和应用，旧的技术创造新的生活。”
包装及材料的变化
先进的封装和不同的材料也应有助于200mm设备的需求。
在封装前，系统级封装和fan-outs带来在不同的工艺节点的IP开发的能力。这是理想的模拟的IP，因为模拟电路受益的方式和数字逻辑不同，如电源和SerDes。
“先进封装不遵循经典的节点演变，过程没有在FEOL规范，” KLA的Odisho说道，“先进封装技术变革仍在加速新材料的使用。流程继续，同时工艺窗口会减少。同时，封装设计在很大程度上与节点无关。所以封装代表一个单独的维度，添加性能或控制成本。比起设备关键尺寸，先进封装更是一个设备类型的函数“。
因此，先进封装越流行，200mm设备需求越上升。
“先进封装肯定会增加在28纳米及以上的处理能力，”Lam公司的Patton说道，“我们预计其增长将进一步提高我们旧节点系统的需求。”
KLA也借用其前端群体，包括旧节点技术和平台系统，并使用它们在先进封装工艺控制。“我们必须考虑几个因素，” Odisho说道，“前端晶圆设备进入先进封装时,基材厚度，基材翘曲，临时载体类型，和目标临界尺寸都是要考虑的因素。在许多情况下，先进封装必须使用专业晶圆处理和夹紧系统，以及一些后端特定的软件和算法的特点”。
先进封装--有时在同一封装，有时不是—在200mm上开发多种不同的材料和基底。
“大功率开关和感应电源水平的碳化硅有所增加，”应用材料公司的Rosa说道，“有BiCMOS工艺的电源管理。压电材料被用于ADAS超声波探测器（高级驾驶辅助系统）。已经有很多关于SiGe雷达的的预测，但是这是相同的技术，比如无线局域网，SiGe BiCMOS，因此可能不会有巨大的增长。但是，激光雷达将很大。汽车企业希望利用激光与振荡镜或相位阵列激光雷达等技术之一，将激光雷达的价格推至30美金以下。我们还关注到氮化镓高功率开关。”
碳化硅增加了自己的一系列问题，因为与硅不同，材料是半透明的。这使得旧设备难以检测晶片的边缘。
“你必须升级激光器才能处理晶片，”Rosa说道，“沉积基本上是相同的，但对于刻蚀你还需要新的离子沉积工艺。氮化镓需要不同的工艺，目前在200mm没有MOCVD（金属有机化学气相沉积）“。
设备供应商的商业模式转变
设备供应商应该如何应对这个市场还不是很清楚，事实上方法很多。
“虽然我们最新的系统肯定比旧系统更先进，但如果可行的话，我们会继续适应当旧系统的新功能，” Lam的Patton说道，“我们也继续保持我们为旧节点制造新系统的能力，并为具有经济效益的应用的翻新部件提供系统。我们也有能力提供全面翻新的系统，而且我们将继续大力投入旧的解决方案-在某些情况下，将旧设备（如我们的2300控制系统）的新技术重新利用在旧设备上。”
KLA也是如此。“较新的设备采用最新的操作系统和硬件，以实现最高吞吐量，计算密集型算法和领先的性能，” Odisho说道，“对于较旧的型号，KLA-Tencor的KT Pro部门投资了一个工程团队，其宗旨是积极为旧系统实现更新的技术提供解决方案。新的操作系统，固态激光器和更新计算机平台，具有更新的芯片组和算法可以加速吞吐量，提高性能和延长旧系统的使用寿命。”
然而，为了配合KLA-Tencor通过翻新，再制造和升级延长检测和计量设备生命周期的前端战略，先进封装部门也设计出具有长寿命的产品。先进的封装检测和计量系统旨在可扩展性和可升级性，为客户在快速创新的环境中提供最佳的投资回报率，” Odisho说道。
结论
几乎普遍认为，为今后几年，旧节点将在许多设备发挥更大的作用。
“原因有很多，总体经济（设计成本与硅成本），经过验证的设计支持和上市时间，以及制造和和产量的可预测性，”UMC的Ng说道，“从设计和制造的角度出发，大多数领先的边缘节点的成本大幅上涨，以及驱动产量所花费的成本，迫使客户更仔细地考虑终端应用的适当节点。对于大多数应用程序，除非您必须具有最高级别的性能，否则可能没有一个令人信服的业务案例来关注边缘的节点。“
但是，对于设备供应商来说，弄清楚什么是翻新和升级，以及如何独自离开，是一个相当模糊的决定。“在支持旧设备平台方面存在挑战，” Kaminaga说道，“TEL为几代设备提供经过认证的翻新工具，但升级最旧的机型有一定的局限性。任何新的硬件改进开发涉及到工厂的资源和时间。我们面临的挑战是在为客户带来最大价值并具有市场需求的平台上进行相应的修改。”
在新设备方面并不清楚。“200mm及以下的设备的需求仍然非常强劲，而缺乏可行的内核已对IDM的购买偏好有影响，”他说道，“但这种新工具生产的复苏对价格优惠有很强的要求。
谁赢了这个市场，就赢得了什么策略，到目前为止并不明显，明显的是，200mm将是未来几年热烈争议的竞技场，这是大多数专家预测的引进300mm设备的根本变化。
点击阅读原文查看更多精品汇总
