Fig. 1: The trend line has begun climbing again for 200mm fabs as new markets and packaging approaches add new opportunities. Source: SEMI
Een explosie in de vraag van 200mm heeft een frenzied zoeken gezocht naar gebruikte halfgeleider productieapparatuur die bij oudere procesknooppunten kan worden gebruikt. Het probleem is dat er niet genoeg gebruikte apparatuur beschikbaar is en niet alle nieuwe of uitbreidende 200mm Semiconfabs kunnen zich veroorloven om de premie te betalen voor gerenoveerde of nieuwe apparatuur.
Dit klinkt misschien als een eenvoudig vraag- en aanbodsprobleem, maar achter de trendlijnen zijn onvoorspelbare en gefragmenteerde markten, evenals een aantal zeer genuanceerde en tegenstrijdige bedrijfsmodellen. De vraag blijft sterk in het algemeen, met name van fabs die MEMS, analoge en IoT-chips vervaardigen. In feite zijn er acht nieuwe 200mm fabs in aanbouw in China. Maar de winstmarges zijn zo dun in de markten die door die fabrieken worden gediend, dat het moeilijk is om de huidige apparatuurprijzen te betalen, en de nieuwkomers kunnen een moeilijke tijd hebben om inbraak te maken.
Wie wint, wie verliezen
Wat snel duidelijk wordt wanneer je naar deze markt kijkt, is dat de concurrentie hard wordt. Tot enkele jaren geleden viel dit deel van de markt onder de radar omdat de grote winsten op de laatste procesknooppunten waren. Maar met consolidatie tussen chipmakers en een algemene vertraging in Moore’s wet, is dat niet meer het geval.
Dit is niet noodzakelijkerwijs slecht nieuw voor leveranciers van apparatuur, die nu bovenop de piramide staan, aangezien de vraag naar chips die bij oudere knooppunten worden geproduceerd, groeit.
“Op dit punt lijkt het erop dat de 200mm-markt sterk blijft tot 2030 en wellicht verder,” zei Evan Patton, algemeen directeur van de Reliant Product Group bij Lam Research. “We zien steeds meer vraag naar oudere knooppunten (28nm of hoger), vooral in 200mm en 300mm.”
Gieterijen met volledig afgeschreven 200mm apparatuur en capaciteit zien al meer inkomsten in hun 200mm bedrijf. In feite is het zaken zo goed bij oudere knooppunten dat velen beginnen te heroverwegen waar ze hun beleggingsprijzen moeten plaatsen.
“Voor de meeste toepassingen mag het niet zo belangrijk zijn om een ??zakelijke zaak te concentreren op de bloedenknooppunten,” zegt Walter Ng, vice-president van het bedrijfsvoering bij UMC. “Met zoveel druk op de bedrijfsmarges, kan het kiezen van een procestechniek knooppunt boven de andere, op de een of andere manier de kosten van de goederen beïnvloeden, niet alleen in de siliciumkosten, maar ook in de opbrengst, tijd tot markt en voorspelbaarheid / risico. Binnen de gieterijen blijven er ook aanzienlijke ontwikkelingspogingen om de steun van die gevestigde knooppunten te verruimen voor meer toepassingen. Op de proceszijde, bijvoorbeeld in de power / BCD-gebieden, blijven nieuwe applicaties nieuwe apparaatvereisten en verbeterde RDS op prestaties rijden. Op de designzijde kunnen sommige toepassingen nieuwe bibliotheken van standaardbibliotheken met lagere spoorhoogten vereisen om concurrerender te zijn. Zo blijven investeren in de gevestigde knooppunten veel voorkomend voor de gieterijen, en is meestal een win-win voor de klanten en de gieterij. ”
Er lijkt op dat punt veel overeenstemming te zijn. “De meerderheid van de markten blijft in de nabije toekomst onder 300 mm,” zei Fumihiko Kaminaga, vice-president van veldoplossingen bij TEL. “Er is nog steeds genoeg toekomstige capaciteit in de oudere apparatuur om tred te houden met de verwachte knoopwijzigingen en opkomende producten.”
Voor tweedehands leveranciers is de toekomstige richting niet zo duidelijk. De vraag naar opgeknapte apparatuur groeit, maar er is niet genoeg materiaal te koop. Bovendien kan niet alle gebruikte apparatuur gereviseerd of hersteld worden.
“Er zijn bepaalde klassen apparatuur waar dit goed werkt,” zei Tom Salmon, vice-president van samenwerkende technologieplatforms bij SEMI. ‘Dus voor natte bankjes, ja. Voor lithografie, nr. De beschikbaarheid van apparatuur is een grote zorg en de markt voor secundaire uitrusting wordt uitgeschakeld met capaciteit. Er is geen apparatuur om het te doen binnen de kostenstructuur die ze hebben. ”
Wat is het toenemende vraag
En alleen omdat dit oudere knopen betekent, betekent niet dat dezelfde apparatuur over verschillende toepassingen op die knooppunten zal werken. Smartphones kunnen goed begrepen worden, maar de vereisten voor 200mm apparatuur die worden gebruikt voor componenten in die telefoons veranderen aanzienlijk.
“De nieuwe vingerafdruksensoren gaan nu over naar piëzo-elektrische materialen,” zei Mike Rosa, directeur strategische en technische marketing voor Applied Materials ‘200mm Equipment Group. “Dat heeft ons aangedreven om nieuwe kamertechnologie op te zetten om nieuwe materialen te storten. En dan moet je die tijd drie tot zes van die apparaten voor elke nieuwe telefoon vermenigvuldigen, omdat je een ruimtelijke focus nodig hebt, nieuwe optische films en de integratie van III-V-materialen op siliciumplaten met optische coatings. ”
Zelfs binnen dezelfde apparaten worden de specificaties aangescherpt om meer prestaties uit hetzelfde apparaat te drukken.
“Als je naar MEMS-microfoons kijkt, gaan ze ook van capacitieve naar piëzo-gebaseerde,” zei Rosa. “De vorige spec voor kegels was plus of minus 0,5 graden kantel op de zijwanden. In de praktijk heeft het midden van de wafel rechte zijwanden, en naar de rand van de wafel kantelen zij uit spec. Maar de nieuwe spec is verplaatst van 0,5 graden naar 0,3 graden, dus de zoete plek op de wafel is gekrompen. De enige manier om daarmee te gaan is de wafel in een grotere kamer te zetten. ‘
Applied’s aanpak is om verschillende afmetingen te verkopen voor 200mm apparatuur, waardoor de mogelijkheden van oudere apparatuur effectief worden veranderd. Het verandert ook de economie van hoe uitrustingsleveranciers deze markt kunnen benaderen, waarbij component upgrades worden toegevoegd aan bestaande apparatuur in plaats van nieuwe apparatuur te verkopen. Normaal gesproken bieden ze ook een service component aan om de apparatuur te controleren en te onderhouden.
Dat is een aanpak. Een ander is het bouwen van nieuwe apparatuur voor oudere knooppunten. “De vraag naar oudere knooppunten metrologie en inspectieapparatuur is sterk gebleven, vooral door bedrijven die fabricageapparatuur vervaardigen op het ontwerpnoot van 40nm en groter, vaak op 200mm wafels,” aldus Wilbert Odisho, vice-president / algemeen directeur van KT Pro Division bij KLA- Tencor. “Veel van deze faciliteiten zijn in China, die IoT en automotive segmenten bedienen. Tegelijkertijd is de beschikbaarheid van kerngereedschap nog steeds kleiner. We hebben op de situatie gereageerd door opnieuw te produceren van legacy tools die de klantenbehoeften voor blote wafer inspectie, edge inspectie, breedband en laser scattering gebaseerde patroon-wafer inspectie, film metrologie en overlay metrologie bedienen. ”
Maar piezo-gebaseerde MEMS-microfoons en luidsprekers zijn nieuwe markten. Zo zijn ook veel sensoren voor auto, IoT, IIoT en medische elektronica, en dus 5G. En terwijl deze beschouwd worden als potentieel grote marktkansen, zijn ze zo nieuw dat de conjunctuurcyclus grotendeels gokwerk is. Dus hoeveel een fab in apparatuur kan investeren om binnen een bepaalde tijd een redelijk rendement op die investering te krijgen is niet duidelijk.
“Als je naar 5G kijkt, zullen de basisstations hoge kracht hebben, omdat 5G een hoogfrequent signaal gebruikt, dat kan niet zo ver gegooid worden omdat het makkelijk wordt geabsorbeerd, dus je moet de stroom opschakelen,” zei Rosa. “Dat betekent nieuwe versterkers, nieuwe antennes en een hele hoop repeaters. En die zijn allemaal gedaan op 200mm of lager. ‘
In feite snijden chips die zijn vervaardigd met 200 mm processen over bijna alle markten. “Het spannende onderdeel van het ondersteunen van 200mm en daaronder is de grote diversiteit van markten en producten,” zei TEL’s Kaminaga. “De vraag kan overal komen wanneer u auto, IoT, sensoren, filters, fotonica, opto, discretes, analoog moet ondersteunen. We vermoeden dat het veel van de interne Chinese markt, evenals sommige IoT-apparaten en zelfs auto- en industriële apparaten. Het wijdverspreide gebruik van elektronica in ons dagelijks leven zal de vraag naar producten die op 200mm en onder de apparatuur worden vervaardigd, blijven stimuleren. Oudere technologie is het vinden van een nieuw leven, omdat bedrijven nieuwe markten en applicaties voor halfgeleiderapparatuur creëren. ”
Verpakking en materiaal veranderen
Geavanceerde verpakking en verschillende materialen zouden ook de vraag naar brandstof voor 200mm apparatuur moeten helpen.
Op de verpakking front, systeem-in-pakket en fan-outs brengen de mogelijkheid om IP te ontwikkelen die is ontwikkeld op verschillende procesknooppunten. Dat is ideaal voor analoge IP, zoals voeding en SerDes, omdat analoge schakelingen niet profiteren van dezelfde scaling als digitale logica doet.
“Geavanceerde verpakkingen volgen niet de klassieke node evolutie, en het proces is veel minder gestandaardiseerd dan in de FEOL,” zei Odisho van KLA. “Verandering in geavanceerde verpakkings technologie is nog steeds versnelling en nieuwe materialen worden gebruikt. En processtromen blijven evolueren terwijl procesvensters afnemen. Tegelijkertijd zijn verpakkingsontwerpen grotendeels node-agnostisch. Dus verpakking staat voor een aparte dimensie voor het toevoegen van prestatie of beheerskosten. Geavanceerde verpakking is meer een functie van het type apparaat dan de kritische afmetingen van het toestel. ”
Dus, aangezien geavanceerde verpakkingen populairder worden, stijgt de vraag naar 200mm apparatuur mee.
“Geavanceerde verpakkingen vergroten de procescapaciteiten op 28nm en hoger,” zei Lam’s Patton. “We anticiperen dat de groei de vraag naar onze oudere knooppunten verder zal verhogen.”
KLA leent ook technologie en platforms uit zijn front-end-groepen, inclusief oudere node-systemen, en gebruikt ze in geavanceerde verpakking procescontrole. “We moeten verschillende factoren in gedachten houden,” zei Odisho. “Ondergronddikte, substraatketting, tijdelijk draagstype en doelgerichte dimensie zijn overwegingen bij het verplaatsen van front-end wafer apparatuur in geavanceerde verpakking. In veel gevallen moeten gespecialiseerde wafer hantering en chucking systemen worden gebruikt in geavanceerde verpakkingen, evenals enkele back-end specifieke software en algoritme functies.
Naast geavanceerde verpakkingen, soms ook in hetzelfde pakket, zijn andere tijden niet een verscheidenheid aan materialen en substraten die worden ontwikkeld op 200mm.
“Er is een toename van siliciumcarbide voor high-power switches en voor het opsporen van vermogensniveaus,” zei Applied’s Rosa. “Er is BiCMOS voor energiebeheer. Piezo-materialen worden gebruikt in de ultrasone detectoren voor ADAS (geavanceerde bestuurdershulpsystemen). Er zijn veel voorspellingen over SiGe voor radar geweest, maar dat is dezelfde technologie als draadloze LAN’s, die overal zijn, SiGe BiCMOS, zodat dat misschien geen enorme groei kan zien. Maar LiDAR zal groot zijn. Auto-bedrijven willen de prijs van LiDAR naar minder dan $ 30 drijven, met behulp van een van verschillende technologieën, zoals een laser met oscillerende spiegels of fase-array LiDAR. We zien ook GaN in high power switching. ”
Siliciumcarbide voegt zijn eigen reeks problemen toe, in tegenstelling tot silicium, is het materiaal doorschijnend. Dat maakt het moeilijk voor oudere apparatuur om de rand van de wafer te detecteren.
“Je moet de lasers alleen upgraden om de wafels aan te pakken,” zei Rosa. “Deposito is in principe hetzelfde, maar voor ets heb je ook nieuwe processen nodig voor ionafzetting. GaN vereist verschillende processen, en bij 200mm is er momenteel geen MOCVD (metalen organische chemische dampafzetting). ”
Apparatuur leverancier bedrijfsmodel verschuift
Hoe apparatuurverkopers deze markt moeten benaderen is niet helemaal duidelijk, dat blijkt uit het feit dat er meerdere benaderingen in het spel zijn.
“Hoewel onze nieuwste systemen zeker meer geavanceerd zijn dan onze oudere systemen, blijven we nieuwe mogelijkheden aanpassen aan oudere systemen wanneer het zinvol is,” zei Lam’s Patton. “We blijven ook ons ??vermogen behouden om nieuwe systemen voor oudere knooppunten te fabriceren, evenals systemen met gerenoveerde componenten voor kostengevoelige toepassingen. We hebben ook de mogelijkheid om volledig gerenoveerde systemen te bieden, en we blijven zwaar investeren in oudere oplossingen. In sommige gevallen herstellen technologie van nieuwere apparatuur, zoals ons 2300-besturingssysteem, terug naar onze oudere apparatuur. ‘
Zo doet KLA. “Nieuwere apparatuur maakt gebruik van de nieuwste besturingssystemen en hardware, die nodig zijn voor de hoogste doorvoer, berekeningsintensieve algoritmes en vooraanstaande prestaties,” aldus Odisho. “Voor de oudere modellen heeft KLT-Tencor’s KT Pro Division geïnvesteerd in een technisch team waarvan de charter actief oplossingen moet ontwikkelen voor de implementatie van nieuwere technologieën op oudere systemen. Nieuwe besturingssystemen, solid state lasers en bijgewerkte computerplatforms met nieuwere chipsets en algoritmes kunnen de doorvoer versnellen, de prestaties verbeteren en de langere levensduur van de oudere systemen vergroten. ”
In overeenstemming met KLA-Tencor’s front-end strategie om de levenscyclus van inspectie- en metrologische apparatuur uit te breiden door refurbishing, herproductie en upgrades, ontwikkelt de geavanceerde verpakkingsgroep ook producten die lange levensduur hebben. “Geavanceerde verpakkingsinspectie en metrologische systemen zijn ontworpen voor uitbreidbaarheid en upgraden om klanten de beste ROI te bieden binnen een snel innovatieve omgeving,” aldus Odisho.
Conclusie
Er is bijna universele overeenstemming dat oudere knooppunten de komende jaren een grotere rol in veel apparaten zullen spelen.
“De redenen zijn talrijke-algemene economie (ontwerpkosten voor siliciumkosten), bewezen ontwerpondersteuning en tijd in de markt, en voorspelbaarheid in productie en opbrengst,” aldus UMC’s Ng. “Met de aanzienlijke kostenverhoging van de meest vooraanstaande knooppunten vanuit een ontwerp- en productie-standpunt en de kosten die het volume nodig hebben om rendementen te runnen, dwingt het klanten om beter te overwegen wat het juiste knooppunt is voor hun eindtoepassing. Voor de meeste toepassingen mag, tenzij je de hoogste prestatieniveaus hebt, er een zakelijke zaak niet in de weg staan ??om op de knooppunten te concentreren. ”
Voor leveranciers van apparatuur ontdekken ze wel wat ze moeten opknappen en upgraden, en wat om alleen te vertrekken, is een fuzzy beslissing. “Er zijn uitdagingen om de oudere apparatuurplatforms te ondersteunen,” zei Kaminaga. “TEL doet service en levert gecertificeerde gereedschapsaanbod op verscheidene generaties apparatuur, maar de opgradering van de oudste modellen heeft beperkingen. Elke nieuwe hardwareverbeteringsontwikkeling houdt in fabrieksbronnen en tijd. De uitdaging is om relevante wijzigingen op de platforms te creëren die de meeste waarde aan de klanten brengen en de marktvraag hebben. ”
Het is niet veel duidelijker op de nieuwe uitrusting. “De vraag naar 200mm en onderapparatuur blijft zeer sterk en het gebrek aan levensvatbare kernen heeft invloed gehad op de IDM-voorkeuren van IDM,” zei hij. “Maar deze heropleving van nieuwe gereedschapsproductie komt met sterke eisen voor prijsconcessies.
Wie wint op deze markt, en welke strategie wint, is tot nu toe niet duidelijk. Wat duidelijk is, is dat 200mm een ??komende arena zal zijn voor de komende jaren, wat een radicale verandering is van wat de meeste experts voorspelden bij de introductie van 300mm apparatuur.
