對于2017半導(dǎo)體設(shè)備的總結(jié)以及2018半導(dǎo)體設(shè)備的預(yù)測

得益于儲存芯片和邏輯芯片對10 / 7nm先進(jìn)工藝的強(qiáng)勁需求，早些的預(yù)測都看好2018年半導(dǎo)體設(shè)備的穩(wěn)健增長。

2017年12月18日

2017年半導(dǎo)體設(shè)備支出將達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的歷史最高水平，截止目前看來，這種勢頭很可能會持續(xù)到2018年。

今年，由于對3D NAND閃存和程度稍小的DRAM的巨大需求，半導(dǎo)體設(shè)備制造商發(fā)現(xiàn)自己正處于一個(gè)意想不到的繁榮周期之中。但在邏輯/代工業(yè)務(wù)方面，2017年的設(shè)備需求卻相對溫和。

盡管該行業(yè)在2018年將難以超過2017年創(chuàng)紀(jì)錄的增長數(shù)字，不過對設(shè)備需求看起來仍很強(qiáng)勁。事實(shí)上根據(jù)目前的預(yù)測，預(yù)計(jì)集成電路設(shè)備市場將會有一點(diǎn)降溫，在2018年看到更正常一點(diǎn)的增長模式。

據(jù)VLSI Research的數(shù)據(jù)顯示，2017年半導(dǎo)體設(shè)備市場總值預(yù)計(jì)達(dá)704億美元，較2016年上升30.6％。 同樣根據(jù)VLSI Research的預(yù)測，到2018年IC設(shè)備市場預(yù)計(jì)將達(dá)到735億美元，僅比2017年增長4.4％。

圖1：半導(dǎo)體設(shè)備市場增長數(shù)據(jù) 來源：VLSI Research

當(dāng)然，預(yù)測很可能變化，因?yàn)橛性S多可能會影響半導(dǎo)體設(shè)備行業(yè)的因素。和以前一樣，經(jīng)濟(jì)因素和政治問題在這個(gè)領(lǐng)域扮演著重要的角色。

不過，半導(dǎo)體設(shè)備供應(yīng)商仍很樂觀。應(yīng)用材料公司市場和業(yè)務(wù)發(fā)展副總裁Arthur Sherman說：“我們預(yù)計(jì)2018年是WFE（wafer fab equipment晶圓廠設(shè)備）市場又一個(gè)強(qiáng)勁增長的年份，因?yàn)樾枨蠖说尿?qū)動(dòng)因素比過去更廣泛。隨著終端供應(yīng)商增加的更多功能，智能手機(jī)和其他移動(dòng)設(shè)備中的硅含量正在增加。最重要的還有物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能和智能汽車等新興領(lǐng)域的增長趨勢，這些趨勢正創(chuàng)造著對更強(qiáng)計(jì)算能力和擴(kuò)大存儲容量的巨大需求?！?/p>

可以肯定的是，半導(dǎo)體設(shè)備有幾個(gè)主要的增長引擎。以下是影響2018年及以后設(shè)備支出的一些關(guān)鍵性市場：

1、2018年，幾個(gè)主要芯片制造商將從16nm / 14nm工藝節(jié)點(diǎn)遷移到10nm / 7nm，這一舉措可能會促使代工/邏輯領(lǐng)域的設(shè)備需求開始增長。

2、3D NAND將在2018年繼續(xù)成為設(shè)備需求的主要推動(dòng)力。根據(jù)IC Insights的數(shù)據(jù)，僅在3D NAND閃存中，三星的資本支出將在2017年達(dá)到驚人的140億美元。而三星在2017年的資本支出總額為260億美元，其中包括3D NAND閃存、DRAM(70億美元)和代工(50億美元)。

3、在半導(dǎo)體設(shè)備支出方面，中國仍是一個(gè)活躍的市場，跨國公司和國內(nèi)芯片制造商都在那里建設(shè)新的晶圓廠。

4、預(yù)計(jì)到2018年，極紫外（EUV）光刻技術(shù)將可以投入量產(chǎn)，但對于設(shè)備制造商而言，傳統(tǒng)的多重圖案光刻技術(shù)仍是一項(xiàng)重大業(yè)務(wù)。

5、2018年200mm晶圓廠的產(chǎn)能將持續(xù)緊張，因此需要200mm設(shè)備。但是和以前一樣，200mm的設(shè)備很難買到。

我們來看更多的數(shù)據(jù)

這些跡象是有積極意義的。世界半導(dǎo)體貿(mào)易統(tǒng)計(jì)組織（WSTS）預(yù)測，2017年IC市場將達(dá)到4090億美元，比2016年上漲20.6％。2018年，IC產(chǎn)業(yè)將達(dá)到4370億美元，比2017年增長7％。

代工業(yè)務(wù)也很穩(wěn)定。里昂證券（CLSA）分析師Sebastian Hou表示，預(yù)計(jì)2017年晶圓代工整體上將增長7％，而到2018年，晶圓代工業(yè)務(wù)有望再增長6％至7％。

不過在設(shè)備領(lǐng)域，預(yù)測值是變動(dòng)的。例如2016年年底，許多人預(yù)計(jì)2017年晶圓廠設(shè)備（WFE）市場將從335億美元到340億美元不等，比2016年增長約5％。

而預(yù)測是錯(cuò)誤的。由于3D NAND設(shè)備支出激增，WFE市場已遠(yuǎn)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表示：“WFE的目標(biāo)是在2017年超過450億美元，這意味著比去年增加了20%到25%，但勢頭會延續(xù)到2018年嗎？到目前為止，需求狀況看起來很穩(wěn)定，但供應(yīng)商們都持謹(jǐn)慎樂觀的態(tài)度，至少現(xiàn)在都認(rèn)為將只是個(gè)位數(shù)的一個(gè)增長。我們預(yù)計(jì)2018年的WFE將是2017年的中位數(shù)水平的增長。

SEMI的另一種預(yù)測是2017年半導(dǎo)體設(shè)備的銷售額為559億美元，比2016年增長35.6％。2018年，半導(dǎo)體設(shè)備的銷售額達(dá)到601億美元，比2017年增長7.5％。

圖2：年度半導(dǎo)體設(shè)備市場預(yù)測 來源：SEMI

從半導(dǎo)體設(shè)備供應(yīng)商的三大主要增長動(dòng)力（DRAM，NAND和代工/邏輯）方面而言，WFE的需求看起來很穩(wěn)固。

Donzella說：“特別是內(nèi)存市場（包括DRAM和3D NAND）收入增長非常強(qiáng)勁，預(yù)計(jì)明年WFE的增長幅度最大。

DRAM的驅(qū)動(dòng)因素是智能手機(jī)和服務(wù)器。固態(tài)硬盤（SSD）和智能手機(jī)正在推動(dòng)NAND的需求。預(yù)計(jì)FPGA和處理器的供應(yīng)商將在10nm / 7nm工藝節(jié)點(diǎn)遷移時(shí)增多。

當(dāng)然還有其他的驅(qū)動(dòng)因素。 應(yīng)用材料的Sherman說：“我們正在進(jìn)行一場令人難以置信的計(jì)算變革——將機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能的能力添加到廣泛的設(shè)備和服務(wù)中去——從翻譯、語音識別到自動(dòng)駕駛的變革。這種變革有可能在未來幾十年改變我們的經(jīng)濟(jì)。為這些變革提供動(dòng)力的是新的計(jì)算平臺，以及對許多現(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)新的數(shù)據(jù)生成、計(jì)算和存儲需求。那將帶來什么問題?總有一些宏觀經(jīng)濟(jì)方面的因素會影響到電子產(chǎn)品的消費(fèi)，但是現(xiàn)在還是有一些強(qiáng)力的趨勢讓我們更加關(guān)注穩(wěn)定性和上升潛力?！?/p>

其他人也同意。D2S首席執(zhí)行官Aki Fujimura認(rèn)為：“這背后的深度學(xué)習(xí)技術(shù)將影響整個(gè)半導(dǎo)體設(shè)計(jì)和制造領(lǐng)域，它會影響未來三到十年的每一個(gè)業(yè)務(wù)。精確的模擬將會創(chuàng)造大量的數(shù)據(jù)來訓(xùn)練一個(gè)深度學(xué)習(xí)引擎。盡管來自工廠端的實(shí)際數(shù)據(jù)，檢查結(jié)果和SEM圖像等都將作為一些訓(xùn)練數(shù)據(jù)，但是基于模擬的處理程序可以自動(dòng)生成大量各種條件下的變化數(shù)據(jù)來作為學(xué)習(xí)平臺，?！?/p>

晶圓，光掩膜/光刻的趨勢

把握半導(dǎo)體市場脈搏的一種有效方法是看硅片和光刻掩模版兩個(gè)關(guān)鍵構(gòu)件的需求。

多年來，硅片市場一直飽受供應(yīng)過剩和價(jià)格低迷的困擾。但由于2017年需求強(qiáng)勁，硅片市場正在走向均衡狀態(tài)。一些供應(yīng)商最近提高了價(jià)格。

SEMI表示，硅片出貨量預(yù)計(jì)2018年將達(dá)到118.14億平方英寸，比2017年增長3.2％。 SEMI的數(shù)據(jù)顯示，2017年的增長率為8.2％。

圖3：晶圓出貨量預(yù)測 來源：SEMI

與此同時(shí)光掩膜市場表現(xiàn)平平。掩模市場空間仍然巨大，但在高級工藝節(jié)點(diǎn)上制作的前沿光掩模要少一些。而其價(jià)格也不斷受到壓力。據(jù)SEMI統(tǒng)計(jì)，2016年光掩模市場銷售額為33.2億美元，比2015年增長2％。預(yù)計(jì)2017年和2018年掩膜市場分別增長4％和3％。

在高級節(jié)點(diǎn)上，光掩模正變得越來越復(fù)雜，難以制造。這里有幾個(gè)挑戰(zhàn)，但主要的問題是，使用當(dāng)今的單波束電子束系統(tǒng)，需要花更長的時(shí)間來設(shè)計(jì)一個(gè)掩模。因此，對于復(fù)雜的掩模，業(yè)內(nèi)開始開始采用一種新的多波束系統(tǒng)。這些系統(tǒng)利用成千上萬個(gè)小的電子束來加速復(fù)雜掩模的書寫。

英特爾的子公司IMS Nanofabrication一直在市場上推廣多波束掩模。競爭對手NuFlare也在推廣類似的系統(tǒng)。

2018年，掩膜市場里將看到多光束掩膜讀寫更廣泛的使用。D2S的Fujimura說： “不管是用于193i光刻的多重圖案化的復(fù)雜ILT（inverse lithography technology反向光刻技術(shù)）模式，還是即將具有30nm亞分辨率輔助特征的EUV掩模，在掩模側(cè)的前沿處需要多光束寫入。

掩膜制作與光刻相關(guān)聯(lián)。在光刻方面，最大的問題是EUV光刻技術(shù)是否最終將于2018年投入生產(chǎn)。芯片制造商希望在7nm和/或5nm的工藝節(jié)點(diǎn)使用上EUV。理論上，EUV可以降低這些節(jié)點(diǎn)的復(fù)雜性和步驟數(shù)量。但是今天，EUV還沒有準(zhǔn)備好。 EUV的導(dǎo)入取決于EUV電源、光阻和掩膜等基礎(chǔ)設(shè)施的完備情況。

盡管面臨挑戰(zhàn)，三星希望在2018年將7nm邏輯節(jié)點(diǎn)導(dǎo)入EUV。相比之下，其他芯片制造商將采取更保守的路線，在10nm / 7nm技術(shù)節(jié)點(diǎn)使用傳統(tǒng)的193nm浸沒和多次成型。？？？

D2S公司的Fujimura說：“對于EUV來說，不管是2018年下半年開始投產(chǎn)，還是到了2019年，很明顯半導(dǎo)體行業(yè)已經(jīng)準(zhǔn)備好在生產(chǎn)中使用EUV了。 “EUV最初將導(dǎo)入在已經(jīng)運(yùn)用了193nm多陣列生產(chǎn)的地方。這將使生態(tài)系統(tǒng)更順利地過渡，而不是一下子要求所有事情突然轉(zhuǎn)變。“

短期內(nèi)，芯片制造商可能會在一個(gè)甚至幾個(gè)層面上導(dǎo)入EUV，但實(shí)際的大批量生產(chǎn)（HVM）仍然需要一到兩年的時(shí)間。 KLA-Tencor公司的Donzella說：“EUV光刻技術(shù)及其生態(tài)系統(tǒng)將在2018年至2019年期間繼續(xù)發(fā)展，預(yù)計(jì)量產(chǎn)不會比2020年更早?！?/p>

然而，EUV不會主宰整個(gè)光刻領(lǐng)域的前景。導(dǎo)入時(shí)，EUV將主要應(yīng)用于邏輯廠商生產(chǎn)中的切割和過孔。這大約占整體光刻市場的20％ ，其余的是多重模式。

向10nm / 7nm遷移

與此同時(shí)，對于設(shè)備廠商來說，最近幾代領(lǐng)先的代工/邏輯市場一直比較低迷。在每個(gè)節(jié)點(diǎn)，芯片制造商都需要大量的研發(fā)和資金投入。越來越少的代工廠客戶可以承擔(dān)在每個(gè)節(jié)點(diǎn)開發(fā)設(shè)計(jì)。

2018年，格芯，英特爾，三星和臺積電預(yù)計(jì)將從16nm / 14nm finFET遷移到10nm / 7nm finFET。英特爾正在推進(jìn)10nm，而代工廠正在準(zhǔn)備7nm。簡而言之，英特爾的10nm技術(shù)相當(dāng)于代工廠的7nm節(jié)點(diǎn)。

圖4：FinFET與Planar。 來源：Lam Research

無論如何，芯片制造商面臨一些挑戰(zhàn)。例如，英特爾本應(yīng)在2017年下半年量產(chǎn)10nm，但由于技術(shù)上的挑戰(zhàn)，英特爾的路線圖已經(jīng)滑入2018年上半年。

投資銀行公司晨星（Morningstar）分析師Abhinav Davuluri最近接受采訪時(shí)表示：“英特爾是一家以盡可能高的收益率為榮的公司。 “根據(jù)我們從他們的產(chǎn)品推出和時(shí)間表看出，他們有一些問題。他們到今年年底不得不推出（10nm），而不是獲得產(chǎn)品，這樣看起來似乎到2018年，路線圖將不會完全生效?！?/p>

時(shí)間會證明格芯，三星和臺積電是否會在7nm節(jié)點(diǎn)下陷入泥淖。Gartner分析師Samuel Wang表示：“三家代工廠似乎都在取得良好的進(jìn)展。不過，10nm/ 7nm的采用預(yù)計(jì)將在2018年逐步推出?？傮w而言到2018年，7nm的代工收入預(yù)計(jì)將在25億美元至30億美元之間。相比之下，10nm的代工廠收入預(yù)計(jì)在2017年達(dá)到50億美元?！?/p>

不過隨著時(shí)間的推移，10nm / 7nm預(yù)計(jì)會成為一個(gè)大而長的節(jié)點(diǎn)。應(yīng)用材料的Sherman說：“我們認(rèn)為10nm / 7nm市場將會變得很大，與28nm節(jié)點(diǎn)相當(dāng)，這個(gè)比例還在不斷增長。 5nm將來也一樣?！?/p>

其他方面也表示同意。 Lam Research執(zhí)行副總裁兼首席技術(shù)官Rick Gottscho表示：“7nm將是一個(gè)大的工藝節(jié)點(diǎn)。 目前行業(yè)的節(jié)奏似乎是將來的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都會更大。所以10nm都可以不算是一個(gè)大節(jié)點(diǎn)。真正推動(dòng)這一切的是人工智能/機(jī)器學(xué)習(xí)/深度學(xué)習(xí)的革命以及對數(shù)據(jù)的無盡需求。移動(dòng)市場仍然是重要的，但在這樣的趨勢下幾乎只是一個(gè)輔助。”

這將帶來的一個(gè)變化是，許多設(shè)備將是定制的，而不是采用通用處理器。 Gottscho說：“專門為特定市場定制設(shè)計(jì)的芯片將非常受重視。比如你看自動(dòng)駕駛汽車，通用處理器就太慢了。大量的運(yùn)算處理將在線下芯片端完成。 5G市場需求也將是巨大的。你需要更快得到數(shù)據(jù)。這將推動(dòng)很多芯片業(yè)務(wù)?！?/p>

內(nèi)存方面

在2017年，內(nèi)存一直是半導(dǎo)體設(shè)備需求增長的主要驅(qū)動(dòng)力。預(yù)計(jì)2018年將遵循類似的模式。 應(yīng)用材料的Sherman說：“對內(nèi)存技術(shù)的巨大需求創(chuàng)造了創(chuàng)紀(jì)錄的裝機(jī)水平。智能手機(jī)中的DRAM和NAND容量持續(xù)增長。智能手機(jī)的平均NAND容量最近已經(jīng)增長了大約50％，從2016年的大約24千兆字節(jié)增長到今天的大約38千兆字節(jié)。隨著主要存儲器供應(yīng)商最近宣布將提供512GB的產(chǎn)品以供未來智能手機(jī)使用，我們看到了很大的利好。”

SSD也推動(dòng)了對NAND的需求。他表示：“我們看到了我們所見過的最健康的內(nèi)存商業(yè)環(huán)境，預(yù)計(jì)NAND的市場需求增幅將在40％到50％之間。

但市場研究公司TrendForce預(yù)計(jì)，NAND將在2018年第一季度出現(xiàn)季節(jié)性放緩，導(dǎo)致供應(yīng)過剩和平均售價(jià)下滑。然而，NAND供應(yīng)過剩的時(shí)間還不清楚。

與此同時(shí)，英特爾，美光，三星，SK海力士，東芝和西數(shù)將在2018年繼續(xù)提升3D NAND。因此，設(shè)備供應(yīng)商預(yù)計(jì)3D NAND將會有另一個(gè)大消費(fèi)周期。

3D NAND正在起飛。今天的平面NAND已經(jīng)達(dá)到了1xnm節(jié)點(diǎn)的物理極限。一段時(shí)間以來，NAND供應(yīng)商已經(jīng)從平面NAND轉(zhuǎn)向3D NAND。

然而，3D NAND比以前想象的更難制造。與2D結(jié)構(gòu)的平面NAND不同，3D NAND類似于一個(gè)垂直的摩天大樓，其中水平層被堆疊，然后使用微短的垂直通道連接。

圖5：NAND架構(gòu)。 資料來源：西部數(shù)據(jù)。

圖6：3D NAND架構(gòu)。 資料來源：西部數(shù)據(jù)

所以從平面到3D NAND的轉(zhuǎn)換需要比預(yù)期需要更長的時(shí)間。根據(jù)應(yīng)用材料公司的估計(jì)，目前NAND總產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到每月160萬個(gè)晶圓的起始容量，只有一半的容量已經(jīng)轉(zhuǎn)換成3D NAND。

除了轉(zhuǎn)換率之外，還有關(guān)于3D NAND能夠擴(kuò)容多少的問題。在2017年，3D NAND供應(yīng)商已經(jīng)從48層遷移到64層設(shè)備，研發(fā)中有96層產(chǎn)品。 Lam的Gottscho說：“我們將看到96層的器件（2018年）。新一代器件的密度將每年增加一倍。然而，96層NAND器件的發(fā)展是具有挑戰(zhàn)性的。如今的蝕刻工具和硬掩?？赡芤?yàn)檫@項(xiàng)技術(shù)而失去活力。結(jié)果，這個(gè)行業(yè)正在向一種稱為串式堆疊的制造技術(shù)轉(zhuǎn)移。為此，供應(yīng)商將開發(fā)兩個(gè)48層3D NAND器件并將其連接，從而形成一個(gè)96層3D器件。 “所以我們將有雙層3D NAND-48加48層。這是必要的?！?/p>

通過串式堆疊，3D NAND可以擴(kuò)展至512層或更多層。然而，串式堆疊增加了更多的制造成本，給行業(yè)帶來了一些新的艱難挑戰(zhàn)。

中國制造和200mm狂潮

與此同時(shí)，根據(jù)SEMI的數(shù)據(jù)，2017年韓國將超過中國***成為晶圓廠設(shè)備支出最大的市場。SEMI表示，中國***將排在第二位，而中國大陸排在第三位。

預(yù)計(jì)到2018年，韓國將保持在第一位。據(jù)貿(mào)易組織稱，明年中國大陸有望進(jìn)入第二位。

根據(jù)SEMI統(tǒng)計(jì)，包括跨國公司和國內(nèi)芯片制造商在內(nèi)，大陸目前總共有15個(gè)新的晶圓廠項(xiàng)目。由于大陸的動(dòng)態(tài)仍然不穩(wěn)定，目前尚不清楚所有這些晶圓廠項(xiàng)目是否會起步建設(shè)。顯然，這種建設(shè)狂潮背后的動(dòng)機(jī)是中國政府正在努力減少其巨大的貿(mào)易不平衡。該國一直以來都從外國供應(yīng)商進(jìn)口大量的芯片。

盡管如此，半導(dǎo)體設(shè)備供應(yīng)商預(yù)計(jì)中國市場將保持穩(wěn)定增長。kla-tencor已經(jīng)在中國看到了一些重要的訂單。kla-tencor公司的Donzella說:“因?yàn)榫A廠需要檢查和計(jì)量工具來滿足生產(chǎn)需要，kla-tencor處在被投資的前沿，我們已經(jīng)收到了2017年中國本地存儲供應(yīng)商的早期訂單，強(qiáng)勁的業(yè)務(wù)應(yīng)該會持續(xù)到2018年?！?/p>

應(yīng)用材料的Sherman總結(jié)說：“我們預(yù)計(jì)2018年晶圓廠設(shè)備在中國的投資將比2017年增加約20億美元?！?/p>

同時(shí)，在過去兩年中，由于某些芯片的需求激增，集成電路產(chǎn)業(yè)在200mm晶圓廠的產(chǎn)能方面嚴(yán)重短缺。這反過來又推動(dòng)了200mm設(shè)備的需求。問題是幾乎沒有任何新的或二手的200mm設(shè)備可用。哪里有設(shè)備，價(jià)格都相對較高。

在200mm方面，2018年與2017年接近。2017年200mm的晶圓廠利用率已經(jīng)達(dá)到或接近100％。世界上最大的二手設(shè)備供應(yīng)商之一Surplus Global的美洲和歐洲執(zhí)行副總裁Emerald Greig說：“我們看到2018年第一季度是一樣的。200mm晶圓廠的利用率將繼續(xù)保持在90％以上?！?/p>

然而，2018年該行業(yè)面臨200mm設(shè)備短缺。目前行業(yè)需要大約2,000個(gè)新的或翻新的200mm設(shè)備來滿足工廠的需求。

據(jù)Greig的說法，問題在于市場上只有500種可用的200mm設(shè)備，許多設(shè)備不能滿足當(dāng)今工廠的要求。200mm設(shè)備將持續(xù)短缺， 而這些設(shè)備的零部件又是一個(gè)問題。根據(jù)Surplus Global的數(shù)據(jù)，從另一個(gè)方面看，2017年二手/翻新設(shè)備業(yè)務(wù)預(yù)計(jì)將增長10％至15％。預(yù)計(jì)2018年二手設(shè)備市場將繼續(xù)保持兩位數(shù)增長。Greig補(bǔ)充道。