半导体设备业的探讨

摘 要：半导体设备业总是走在半导体工业的前列。面对日益增长的投资竞赛，能够承担得起的客户，在屈指可数，导致半导体设备工业要求的变革的呼声越来越高。

半导体设备业总是走在半导体工业的前列。面对日益增长的投资竞赛，能够承担得起的客户，在屈指可数，导致半导体设备工业要求的变革的呼声越来越高。

任何工业总有自身的发展规律，并且在实践之中不断的修正，不管如何，总会有新的平衡点，相信半导体设备工业也会在新的循环周期中跟随前进。

在摩尔定律指引下，半导体工业循环一浪高一浪的向前推进。人们把半导体工业比喻为"吞金兽"，说明该工业需要高投入。然而在半导体工业的固定资产投入之中，来购买半导体设备比例至少达75％。表1、表2、给出了2003～2008年固定资产投入和设备花费的预测。

1 半导体设备工业是先头兵

自1972年发明CMOS工艺以来，似乎至今还没有更好的替代品。反映硅基半导体在理论上已无大的突破，半导体工业仅是一门加工技术。然而在半导体工业的发展历程中，设备工业经过逐步演变，由开始时工业与设备的分割到目前设备总是固化了一定的技术，成为半导体工业进展的先头兵。今天购买任何的设备表征一定能实现某类工艺技术，同样，按照ITRS兰年为90nm节点器械生产。表明半导体设备厂商已经开始投入研发，正在解决65nm，甚至45nm以下技术的工艺设备。足见半导体设备业必须走在半导体工业的前列。今天在一定意义上谁有能力购买的起设备，谁就能制造出更先进的器件。可以看到在半导体工业的发展中，设备工业占有非常特殊的重要地位。

同样半导体设备工业已成为工业的晴雨表，通常半导体工业的兴衰，由半导体设备工业提前6个月的订单来反映。

2 半导体设备工业的重要地位

如所示，随着时间的推进，从20世纪70年代向21世纪过渡，半导体设备制造商的地位，已不再是提供硬件设备，而同样能提供软件，包括工艺菜单、工艺控制及工艺集成，显见半导体设备工业的重要地位。

3 近两年来半导体设备工业发展的新思路

3.1 技术购买及产能购买

在2003年美国设备材料展览会上，前应用材料公司董事长摩根先生曾为当时的半导体设备工业作了"技术购买"及"产能购买"的论述。它的论点是那时半导体设备工业还处在技术购买阶段，客户为了研发需要，才购买少量的设备。因此，只有到了产能购买阶段，半导体设备工业才能真正开始复苏。

由此反映半导体设备工业开始进入一个新时期，两种不同的购买阶段，其界线开始非常明显。

3.2 质疑ITRS

国际工艺路线图ITRS象明灯一样，引领半导体工业的前进，多年来，人们总是遵循它，但是从2003年末起，首先是半导体设备领域，有人开始质疑，为什么总要追随ITRS，人们为了ITRS付出了多大的人力、物力及财力，但是究竟其回报在哪里？

如φ300mm硅片，据统计已为之投入200亿美元，投入的回收周期需30年，显然这是一个不经济的答案。

工业进步到了今天，生活这样的疑问是完全正常的。因为事实就是如此，将来能够购买设备的厂家，在可能也就剩下10家左右。

3.3 缩短周期

2004年初美国应用材料公司的新任CEO，斯泼林脱先生关于半导体设备工业发表了非常重要的论点，认为设备工业必须变革，由设备制造商提供设备给芯片制造商，然后芯片制造商生产IC产品，提供能获利市场，其周期至少要10个季度。日新月异的市场变化，半导体工业的风险实在太大。

3.4 提供买得起的设备

近intel认为半导体设备工业应该能提供买得起的设备，此话出自intel之口，可见半导体设备的价格已经高到何种程度，一台193nm的浸没式光刻机需1 500万美元以上，普通的一台干法刻蚀机至少300万美元，更何况半导体工艺是多道工序，需要根本产能购买多台，其成本已经到了难以承受阶段。 随着工艺复杂度的提高，设备的价格节节上升，有识之士已经提出能否搞小型线（miniline）或者一机多功能来满足客户的特殊需要。

3.5 服务模式的改进

设备安装验收完毕之后，提供1年的服务期，过后客户需要付费与设备供应商订立服务合同，这是芯片生产线中成本的列支项目。但是随着芯片生产线的运行成本上升，如2004年半导体设备工业，再加上运行成本，已高达800亿美元，人们开始思考，几乎每个芯片厂都有自己的维修工程师，他们的地位与作用又是什么？现在交通与通讯非常发达，半导体企业又有群居效应，许多工厂相距很近。而每个设备品种，对应每个生产厂家都有一批服务工程师，能否创造一种全新的模式，既能省钱，又能达到同样的服务质量。

3.6 φ450mm的延迟

半导体工业在两个因素变化，即不断缩小尺寸及增大硅片直径的推动下沿着摩尔定律进步，受投资回报的驱动，通常以缩小尺寸为先，由於硅片直径的转移，需要更大的投资及更长的时间。如表3所示。

按ITRS原先预测，φ450mm硅片的导入期应在2010～2014年期间。而VLSI于今年8月19日报道，发展φ450mm硅片需要的各种资金约1 020亿美元，如果一条φ450mm硅片生产线，每月产能15～20万片（等效8英寸计），需要投资40～50亿美元。

据历史经验，每一种硅片尺寸的有效生命周期约20年，如1986年就开始筹备φ200mm硅片，直至1997年才进入该硅片的获利期，而φ200mm硅片的真正获利的周期仅为6～7年，必将被φ300mm硅片覆盖。

所以半导体业界目前的判断，如果φ450mm硅片成为主流将推迟至2020～2025年，Lam Re～search的总裁Stave Newberry呼吁，在近3年内大家不要讨论这个课题。

4 半导体设备业的前景

市场分析公司Gartner报道，与2004年相比，今年半导体设备投资为332亿美元，下降了11.6％，尽管终端产品的需求，在某些领域还是很强劲，如存储器，移动设备等，但问题是谁在推动工业的下降。据大部分分析师的观点2004年是库存增加所致，而2005年是归结为芯片生产线的产能利用下降。

然而半导体业界是根据市场的需求来扩大或新建芯片厂，增加新的产能。预计未来几年中终端产品市场需要还是继续增加。据此，半导体设备业也该有相似的小幅增加。

Gartner预测2005年半导体设备投资下降10％左右，而2006年还将继续下降，直到2007年才能恢复。与以前的几次循环相比较，现在产能利用率的幅度变化相对小，原因是现在任何工厂的产能扩大都很谨慎。当发现订单有任何变化时，会迅速改变设备的购买计划。

Garther预计，封装测试业还不错，虽然2005年下降14.9％，但原先估计是16.5％。2005年上半年主要是测试设备，ATE下降了21％，但相信今年下半年会好转。而且在2006年有25％的增长，而且这样的增长将持续多年。

5 结束语

目前半导体设备业发展的焦点在于φ450mm硅片的前景，因为这是一个大的战略决策。为了发展φ300mm设备，投入了巨大的人力及财力，但是能见到的市场需求，却是越来越少，从产能的统计，φ300mm硅片至2004年第四季度时，占硅片产能的11.2％，而即便到2005年底，也仅约占20％。

如果决策向φ450mm硅片挺进，估计将为此投入1 000亿美元，业界怀疑可能的回报率。

但是美国IC Knowlrdge公司相信，φ450mm硅片终将取代φ300mm硅片，因为从硅片成本上比较，φ450mm占优势。

例如拿英特尔为例。英特尔在2005年10月时透露，目前CPU芯片的平均成本40美元，但是预测在2012年采用22nm技术的φ300mm硅片，其成本在每片9 000美元。导致英特尔每个4核的奔腾4t芯片成本约为16美元。如果在2012年采用φ450mm硅片及22nm技术，虽然预测每个硅片的成本高达13 000美元，但是相应的奔腾4t芯片成本仅为10美元。由此判断φ450mm硅片时代总将来临。

是否能一定成为事实，海洋由市场来作的裁决