各种芯片的需求激增导致部分200mm晶圆厂产能以及200mm晶圆厂设备的短缺，而且在2021年没有任何减弱的迹象。晶圆代工客户至少在2021年上半年，甚至可能在以后的时间里，将面临部分晶圆厂200mm产能的短缺。这些客户需要提前规划，以确保他们在2021年获得足够的200mm产能。否则他们可能会被完全锁定在市场之外，或者可能需要为该产能支付溢价。

200mm市场对于设备和设备制造商来说都是一个相当大的生意。目前全球有200多家正在运营的晶圆厂使用200mm（8英寸）直径的晶圆生产芯片。芯片制造商使用这些200mm晶圆厂生产基于成熟工艺的芯片，从350nm到90nm节点不等。模拟、显示驱动器、电源管理IC(PMIC)和射频器件都是200mm晶圆厂生产的芯片。

其中许多器件并不是在当今最先进的300mm晶圆厂生产的。300mm晶圆厂用于加工最先进的芯片，尽管它们也在65nm到28nm的成熟节点上制造器件。

由此，200mm和300mm晶圆厂市场又被细分为两类--集成器件制造商(IDMs)和代工厂。IDMs设计自己的名牌芯片，并在自己的晶圆厂生产。代工厂则在自己的晶圆厂为其他公司生产芯片，价格具有竞争力。大多数代工厂都有200mm和300mm的晶圆厂。

这不是一个新问题。从2015年到2019年，整个行业的200mm晶圆厂产能供不应求，只是因为供大于求。器件制造商希望扩大200mm晶圆厂的产能，但没有足够的200mm设备。然后，在2020年初，Covid-19大流行出现，导致整个半导体行业包括200mm市场放缓。但到了2020年中期，在电脑、平板电脑、电视等产品需求激增的情况下，市场出现了反弹。

200mm市场在2020年也出现了反弹，尽管并非所有人都同样受益。一些代工厂的200mm和300mm产能都已售罄，而其他厂商则没有。许多IDM厂商也有多余的200mm产能。产能情况取决于产品结构。

"今年的情况很有意思。不仅仅是200mm的需求，一般来说，落后的产品和特殊产品也有需求。是电源、CMOS图像传感器、射频和这些产品。"VLSI Research总裁Risto Puhakka说。"市场上也是有分工的。如果你是像TI、NXP这样的IDM，或者是标准模拟的家伙，2020年已经很艰难了。工业、汽车和电力市场受到冠状病毒的影响，一直处于艰难的境地。但与此同时，代工厂却在蓬勃发展。代工厂正在解决我所说的消费市场。"

虽然目前IDM开始复苏，但大多数代工厂在2021年将继续看到200mm产能的强劲需求。"落后边缘节点的代工厂非常活跃，"Puhakka说。"如果没有其他原因，它只是在加速发展。"

而和之前一样，晶圆厂希望扩大产能，但现在和可预见的未来仍面临200mm设备的短缺。

图1：200mm半导体量产厂数量。资料来源：SEMI世界晶圆厂预测报告。

    200mm       从萧条到繁荣  

在半导体生产流程中，硅片制造商根据不同的直径尺寸开发出未加工的硅片或原始硅片。硅片被卖给芯片制造商，芯片制造商在晶圆厂将其加工成芯片。

在20世纪60年代中期半导体行业的早期，芯片制造商在晶圆厂中用1.25英寸（30毫米）的晶圆加工最先进的芯片。30mm表示晶圆尺寸的直径。

多年来，芯片制造商向更大尺寸的晶圆迁移。通过向更大尺寸的晶圆迁移，厂商生产的每片晶圆的模具数量增加了2.2倍，使他们能够降低制造成本。

在20世纪90年代，领先的芯片制造商从150毫米的晶圆厂迁移到200毫米的晶圆厂。当时，建造一座200mm晶圆厂的成本大约为7亿至13亿美元。一座晶圆厂的成本中，有很大一部分是围绕着制造芯片的设备。蚀刻、沉积和光刻系统是晶圆厂中常见的设备类型。

200mm晶圆厂成为多年来的前沿标准。根据SEMI的分析师Christian Dieseldorff的数据，到2002年，全球共有186座200mm晶圆厂在运行，而1995年只有65座。

从2000年代开始，许多芯片制造商从200毫米的晶圆厂迁移到300毫米的晶圆厂(直径12英寸的晶圆)。最初，建造一座300mm晶圆厂的成本为20亿至30亿美元。

尽管向300mm晶圆厂迁移，但200mm工厂并没有消失。相反，大量的芯片厂商继续在老式的200mm晶圆厂生产芯片。如今，许多厂商也在老式的150mm和100mm晶圆厂生产芯片。

尽管如此，在2015年之前，200mm还是一个被遗忘的市场。当时，模拟、射频、MEMS和其他器件类型的需求急剧上升，导致200mm晶圆厂产能短缺。

从2015年到2019年，200mm晶圆厂产能紧张。2020年，除了今年年初的停顿外，很多厂商的晶圆厂产能都很紧张。200mm产能对于IDM厂商来说，可谓是喜忧参半。

"对200mm产能的需求曾经是周期性的，但在过去几年中，这种动态已经发生了变化，"联电业务发展副总裁Walter Ng说。"我们看到整个行业的200mm需求持续超过供应。许多设备都是长寿命产品，它们将在现有技术上停留一段时间。其他新的应用也正在进入市场，想要利用200mm技术节点的技术/成本优势。这就形成了200mm的新常态，在可预见的未来，行业需求将持续超过行业供应。"

设备商也看到了类似的趋势。"SPTS的200mm晶圆加工设备前景非常强劲，过去5年左右一直如此。"KLA公司SPTS Technologies执行副总裁兼总经理David Butler表示。"小型晶圆市场的蓬勃发展在我们自己的统计数据中非常明显。从2010年到2015年，200mm或更小尺寸的销售额占我们总业务的比例有所下降，当时它与300mm的销售额接近大约50/50的比例。后来趋势逆转，200mm或更小的比例又回到了2010年的水平。"

    200mm产能趋势  

看200mm市场有几种方法。一种是将市场分成三个部分--代工厂商基础、晶圆厂产能和设备。

有几家代工厂商在200mm晶圆厂为别人生产芯片，每家公司的工艺产品都不一样。GlobalFoundries、华虹、三星、天水、中芯国际、塔牌、台积电、联电、万佳、X-Fab等都是拥有200mm晶圆厂的代工厂商。

新的200mm晶圆代工厂商Key Foundry在9月收购了MagnaChip的晶圆代工业务后进入市场。

同时，在产能方面，IDM和代工厂继续建设新的200mm晶圆厂。"2019年，我们统计了5座新的200mm晶圆厂，"SEMI的Dieseldorff说。"2020年，有7座200mm晶圆厂开始建设工作。2021年还将有一座，也可能是两座，开始建设。"

根据SEMI的数据，从区域来看，中国在2020年有三座新的200mm晶圆厂在建设中，而美洲、日本、东南亚和台湾各有一座工厂。2021年拟建的晶圆厂位于美国。

另一种看产能的方式是晶圆厂产量，以每月晶圆数量（wpm）来衡量。"就wpm而言，我们认为从2019年到2021年，每年约有3%至4%的稳定增长，"Dieseldorff说。

预计2021年行业新增200mm产能将超过22万wpm。根据SEMI的数据，200mm晶圆厂的总产能预计将达到640万wpm。200mm晶圆厂产能包括d discretes、epi、LED、MEMS和半导体。

200mm产能是以其他方式衡量的。例如，200mm晶圆厂中的每个工艺节点都有自己的供/需方程。例如，在200mm晶圆厂的180nm节点上，PMIC和显示驱动IC是需求的。

叠加在这上面的是迁移因素。有些芯片类型将继续在200mm晶圆厂生产很长时间。还有一些芯片正在从200mm厂迁移到300mm厂。

"可以说，整个行业无论是200mm还是300mm的晶圆厂产能都非常紧张。"联电的Ng表示。"由于过去几年200mm产能持续满载，推动了不少应用向300mm技术节点迁移。所以我们看到80nm/90nm上的PMIC、显示驱动IC和RF-SOI设计，以及65nm/55nm上的设计。我们所说的传统300mm在一定程度上是由那些同样的大批量终端应用在更前沿的200mm工艺上推动的。"

然后，在许多晶圆厂，300mm晶圆厂中相对成熟的40nm和28nm工艺也有需求。"这些节点正受到消费和通信应用的推动。游戏、无线通信和LED驱动器等应用只是其中的一些驱动应用。此外，5G和mmWave相关设备也在快速增长。"Ng表示。

同时，在2021年，许多厂商对200mm代工产能的需求将保持旺盛。"所有台湾晶圆厂预计200mm供应紧张的情况至少会持续到2021年第2季度末，"Gartner分析师Samuel Wang表示。"200mm晶圆需求增长的主要原因之一是5G智能手机和基站产量的持续上升。这应该会让台湾晶圆厂的200mm在整个2021年都保持高利用率。一些服务于汽车和工业应用的非台湾晶圆厂并没有看到200mm晶圆需求如此激增。"

在2020年，部分晶圆厂提高了200mm的客户价格。"晶圆厂有选择性的涨价，但并不是全面涨价。"Wang说。"台积电已经公开宣称不会出现200mm涨价的情况，并鼓励200mm客户升级使用300mm晶圆厂，以维持长期合作关系。其他台湾晶圆厂的涨价幅度也有一些限制。他们与许多客户签订了合同协议，使价格保持稳定。但选择的中、小批量客户经历了更多的价格上涨。"

    200mm设备趋势  

在某些时候，IDM和晶圆厂必须通过建设新的晶圆厂或扩建现有工厂来扩大200mm的产能。无论是哪种情况，器件制造商都必须购买200mm设备。

有几种方法可以采购200mm设备。例如，许多设备供应商（也称为OEM）从头开始制造新的200mm工具。OEM也会将二手设备，或所谓的 "核心"，并将其翻新成可用的系统。

另一个来源是二级或二手设备公司。这些公司获得核心，并对其进行翻新。有些人甚至打造自己的名牌工具。

经纪人和eBay等在线网站也出售二手设备。一些芯片制造商也在公开市场上出售二手设备。

购买200mm设备的渠道有好几种，但也不是那么简单。首先，市场上缺乏可用的200mm翻新设备。据二手设备供应商SurplusGlobal的数据显示，今年早些时候，业界需要超过2000到3000个新的或翻新的200mm工具或 "芯子 "来满足200mm晶圆厂的需求，但只有不到500个芯子可用。

如今，在200mm晶圆厂产能需求旺盛的情况下，可用的刀芯比以前更少。"这是一个比较严重的情况，"SurplusGlobal的首席执行官Bruce Kim说。"每家200mm代工厂都很忙，至少在明年年底前都能满负荷运转。"

由于二手工具的短缺，设备制造商在很多情况下必须直接到设备制造商那里购买新的200mm工具，而这些工具的价格相对昂贵。"多年来，200mm设备制造商都能便宜地买到二手设备。现在，你没有这个供应了。即使人们有闲置的工具，他们也不会出售，因为他们还可以用它赚钱。"VLSI Research的Puhakka说。"现在，你必须去找OEM厂商。你必须去找Applied、Lam、TEL、Kokusai、ASMI和ASML。这些工具并不完全是负担得起的。进行投资的门槛要高得多。"

不过，OEM厂商的200mm工具还是很抢手的。"当然，用于翻新的二手200mm刀芯是短缺的，"Lam Research公司战略营销总经理David Haynes说。"但在传感、功率和射频领域的许多既定应用中，对200mm设备的需求依然强劲。用于电源管理和专用CMOS图像传感器应用的模拟IC容量需求尤为强劲，并推动了客户需求。同样，我们也看到分立功率器件制造解决方案的需求不断增加，尽管随着需求的增长，这些技术将继续向300mm迁移。"

尽管如此，在经历了2019年的轻微停滞后，200mm设备市场正在再次起飞。根据VLSI Research的数据，2019年，200mm晶圆制造设备（WFE）的总销售额为36亿美元，比2018年下降了5%。根据VLSI Research的数据，2020年，200mm WFE市场预计将反弹并增长6%至7%。据该公司称，预计2021年市场将出现类似的增长。

    在哪里购买工具  

同时，有几家供应商出售新的和/或二手的200mm设备。很难列出所有公司及其产品。审视市场的一种方法是强调几家公司并探讨当前的问题。

用于在晶圆上图案化特征的光刻工具，往往是市场上最难采购的200mm系统。有一家供应商，佳能，继续开发新的i-line和248nm光刻系统，尺寸为200mm晶圆和更小。

"对新的和二手的200mm设备的需求非常强劲，但佳能在新设备制造计划中具有灵活性，使我们能够在保持可接受的交货时间的同时，增加特定的单位数量以满足市场需求，"佳能市场经理Doug Shelton说。"新设备对于那些预算明确、对平版印刷系统性能、生产力、功能或产品寿命有要求的公司来说很有吸引力。价格较低的二手设备对于寻求将200mm晶圆厂成本降至最低的客户来说很有吸引力，因为在这些客户中，光刻性能和输出不是主要的优先事项。与采购、翻新、安装和支持二手光刻设备相关的风险可以通过新工具设备策略降到最低。"

同时，有几家公司生产和销售200mm沉积和蚀刻设备。沉积涉及将薄膜放在表面上。蚀刻工具则是去除材料。

"Lam一直在继续制造新的200mm沉积、蚀刻和单晶圆清洁工具，"Lam的Haynes说。"我们有一个主动的核心采购计划。但如果我们无法提供翻新工具，我们的团队就可以提供新产品作为替代。"

翻新的300mm系统的需求也在回升。"在这一领域，我们看到了对翻新300mm工具的巨大需求，这些工具既能满足先进的工艺要求，又能满足我们在这些市场运营的客户的资本投资目标，"Haynes说。

其他沉积/蚀刻供应商也看到了类似的趋势，同时也面临着一些挑战。"从广义上讲，在供应200mm或更小的设备方面没有具体的挑战，"SPTS的Butler说。"供应链是成熟和稳定的。计量系统是现成的。200mm及更小晶圆的挑战在于其支持的市场种类繁多，每个市场都有非常不同的技术需求。例如，用于射频滤波的压电薄膜、用于功率的氮化镓(GaN)层的纳米去除以及用于MEMS的200℃以下沉积的高击穿电介质，其均匀厚度和应力控制都是不同的。"

的确，有一种观点认为，200mm晶圆厂的芯片要求很简单。恰恰相反，要求有时很复杂，器件制造商希望工具具有更精确的工艺和更快的产量。

"我们为代工厂出货了很多200mm全表面检测系统。我们的一些客户正在购买我们的新检测系统，以取代现有的检测系统，因为新工具提供了更好的缺陷灵敏度。"昂拓创新的检测产品管理总监Damon Tsai说。"未来，我们需要提高正面、背面和边缘检测的吞吐量，因为所需的检测采样率不断提高。背面检测对于特种半导体应用中的良率控制变得更加关键，因此如何提高背面灵敏度也是一个关键。"

KLA、昂托等公司销售的检测和计量设备，在200mm晶圆厂中也至关重要。检测设备可以发现芯片的缺陷，而计量工具则用于测量结构。

"在2020年，我们已经看到200mm晶圆厂的产能运行，我们预测2021年还会有额外的增长，"KLA副总裁兼总经理Wilbert Odisho说。"在5G、汽车、显示面板和AR/VR的推动下，需求强劲。最大的区域增长来自中国，我们预计未来两年将有超过10座新工厂和扩建项目上线。SiC（碳化硅）和GaN也在推动200mm产能需求。"

KLA拥有广泛的200mm检测和计量工具组合。"我们以翻新的200mm KLA工具服务于市场，并正在重新制造其他成熟的产品线。我们还将200mm能力添加到当前的几个工具型号中，"Odisho说。"在某些情况下，我们已经重新启动了特定的200mm产品制造，以满足大量增长的成熟市场需求。我们继续看到200mm的强劲增长，无论是增加的系统，还是性能和产量的提升升级。我们还通过加倍的工程支持来应对产品服务性的挑战，通过减少过时的情况来确保供应的连续性。"

可以肯定的是，200mm是技术成熟的老式晶圆厂，但它们会一直存在。对于代工厂和设备商来说，面临的挑战是如何满足200mm的产能需求。但这说起来容易做起来难。