ATREG о будущем кремниевых заводов: интервью Yole Développement

ATREG о будущем кремниевых заводов: интервью Yole Développement

Выпуск 22 (6721) от 12 ноября 2020 г.
РУБРИКА: МИКРОЭЛЕКТРОНИКА

Размер пластины имеет решающее значение для расчета рентабельности инвестиций (ROI) и стоимости бизнес-модели полупроводникового производства. В случае массово выпускаемых ИС, процесс производства которых хорошо налажен, акцент делается в основном на отношение «потребляемая мощность – ​производительность – ​площадь кристалла – ​стоимость» (power–performance–area–cost, PPAC). С этой точки зрения для повышения рентабельности требуется переход на обработку пластин большего диаметра. Тем не менее в мире по-прежнему существует около 800 заводов, обрабатывающих пластины диаметром от 25 до 150 мм. Это примерно 35% от общего числа заводов по обработке пластин. Каковы перспективы их развития?

В области обработки пластин большого диаметра сохраняется тенденция использования 300-мм кремниевых пластин для изготовления мощных полупроводниковых приборов. Например, Infineon, помимо существующего завода в Дрездене (Германия), инвестировала 1,6 млрд евро в еще один завод по обработке пластин диаметром 300 мм в Австрии. Новые 300-миллиметровые фабрики Bosch и Infineon в основном предназначены для изготовления биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT) и мощных МОП полевых транзисторов (MOSFET) для автомобильного рынка. В области некремниевых пластин наблюдаются схожие тенденции. Так, Cree Wolfspeed переходит на обработку 200-мм (со 150- и 100-мм) SiC-пластин. За ними в ближайшие годы могут последовать фирмы, использующие сапфировые и GaAs-пластины. Но пока наблюдается дефицит 150-мм сапфировых и GaAs-пластин, поэтому основными остаются подложки меньшего диаметра.

Современный завод по обработке 300-мм кремниевых пластин стоит несколько миллиардов долларов, поэтому для обеспечения рентабельности инвестиций требуется производить ИС, пользующиеся большим спросом. Однако, хотя информация об устаревших заводах реже попадает в обзоры, этот рынок предоставляет огромные возможности для производства некоторых типов приборов по более низкой цене в любом объеме. Например, заводы по обработке 150-мм кремниевых пластин, действующие около 20 лет, хоть и полностью амортизированы, способны работать с гораздо меньшими объемами заказа, оставаясь при этом прибыльными. Есть несколько типов приборов, которые выгодно формировать на 150-мм кремниевых пластинах, – ​например, мелкосерийные MEMS для ограниченных приложений. В мире по-прежнему действует немало кремниевых заводов, сохраняющих возможность обработки пластин небольшого диаметра (рис. 1).



Источник: Yole Développement

Рисунок 1. Оценка и прогноз рынка обработки пластин малого диаметра (<150 мм) на 2019–2025 гг.


По оценкам Yole, около 800 существующих по всему миру полупроводниковых заводов все еще могут обрабатывать пластины диаметром от 25 до 150 мм (данные только по кремниевым пластинам). Обычно полупроводниковые приборы с проектными нормами менее 28 нм изготавливаются на новых заводах по обработке 300-мм пластин, располагающих современными чистыми комнатами и сверхточным оборудованием. Для изготовления других приборов, на которые предъявляется низкий спрос, или тех, которые производятся по более зрелым проектным нормам (>28 нм) и где изменения процесса происходят быстро, можно адаптировать устаревшие кремниевые заводы. С ростом применения не кремниевых пластин (GaAS, SiC и т. п.) все больше поставщиков предлагают специальное технологическое оборудование для таких материалов или оборудование, предполагающее возможность адаптации к различным материалам и диаметрам пластин, включая 100-мм и 150-мм подложки. Такое оборудование можно эффективно использовать на полностью амортизированных заводах, предназначенных для обработки пластин диаметром менее 150 мм, что дает возможность малым и крупным игрокам устанавливать конкурентоспособные цены на свою продукцию. Кроме того, экономически выгоднее покупать существующую фабрику, чем строить новую с нуля.

Компания ATREG, уникальный поставщик услуг в экосистеме заводов по обработке пластин, играет большую роль в том, что такие предприятия продолжают работать даже после значительного износа.

Компания была основана в 2000 г., ее штаб-квартира находится в Сиэтле (шт. Вашингтон, США). Это одна из ведущих мировых фирм по продаже и приобретению производственных активов с развитой технологической инфраструктурой, включая предприятия по производству полупроводниковых приборов и чистые комнаты. В течение первых шести лет существования компания сосредотачивалась исключительно на мощностях по обработке 200-мм пластин. Клиентами были в основном японские компании. ATREG стала первой компанией, купившей в 2010 г. устаревший завод по обработке 300-мм пластин и продавшей его после модернизации в 2011 г. Со временем фирма адаптировалась к новым потребностям рынка и стала облегчать транзакции с другими типами производственных активов, таких как мощности с улучшенными методами корпусирования и компании по сборке и тестированию полупроводниковых приборов. Сейчас предложение ATREG включает в себя гораздо больше, чем просто помощь при сделках (рис. 2).



Источник: ATREG Inc., 2020

Рисунок 2. Сделки по заводам, обрабатывающим пластины различного диаметра, за период 2012–2020 гг.

Примечание: Несмотря на консолидацию отрасли, из-за высокого рыночного спроса было заключено меньше сделок. В 2020–2021 гг. ожидается рост сделок, связанных с заводами по обработке пластин


За последние 20 лет компания ATREG реализовала около 40% всех глобальных продаж заводов по обработке пластин в полупроводниковой промышленности. Она работает с рядом крупнейших и наиболее авторитетных мировых компаний в области производства, сборки и тестирования полупроводниковых приборов, дисплеев и электроники, включая ADI, Fujitsu, GlobalFoundries, IBM, Infineon, Matsushita (Panasonic), Maxim, Micron, NXP, ON Semiconductor, Sony, Qualcomm, Renesas, Texas Instruments и Western Digital. Сложные сделки ATREG охватывают землю, здания, интеллектуальную собственность, полный набор инструментальных средств и бизнес-элементы (контракты на поставку, персонал и т. д.).

Ниже приводится интервью представителей ATREG со специалистами группы Yole Développement.

С экономической точки зрения выгоднее покупать существующий завод, чем строить новый с нуля. Так ли это?

Действительно, в большинстве случаев для полупроводниковой компании будет разумнее купить существующий завод по обработке пластин, а затем модернизировать инструментальные средства или перепрофилировать завод – ​в зависимости от проектных норм и продукции, которая будет производиться. Актуальность заводов по обработке пластин на основе старых мощностей возросла из-за растущей потребности в ускоренном выводе на рынок определенных продуктов.

Хороший пример – ​бывший завод корпорации Texas Instruments по обработке 150/200-мм пластин, расположенный в Гриноке, Шотландия (GFAB). В феврале 2019 г. ATREG облегчила его продажу компании Diodes, которая объединила все текущие производственные операции и персонал Texas Instruments. В соответствии с многолетним соглашением о поставке полупроводниковых пластин Diodes продолжит производить аналоговую продукцию Texas Instruments до тех пор, пока Texas Instruments не переведет ее изготовление на другие свои производственные предприятия. Большую часть оборудования этого предприятия можно перепрофилировать на обработку 200-мм пластин, и Texas Instruments еще до продажи начала некоторую конверсию инструментальных средств, что сделало их очень привлекательными для компаний, ищущих мощности по обработке 200-мм пластин.

С другой стороны, если доступны местные налоговые льготы и государственные субсидии, приемлемым вариантом будет создание нового предприятия. Например Cree/Wolfspeed строит с нуля завод по обработке 200-мм SiC-пластин в Марси (шт. Нью-Йорк, США). Ожидается, что он будет завершен в начале 2021 г., а производство начнется в январе 2022 г. Другие компании, такие как TSMC, также не отстают – ​озвучены планы построить в Аризоне завод по производству 5-нм ИС при поддержке властей штата и федерального правительства США. Предполагается, что мощность обработки составит 20 тыс. пластин в месяц, будет создано более 1,6 тыс. рабочих мест на самом предприятии и несколько тысяч дополнительных рабочих мест у смежников.

Среди поставщиков оборудования существует консенсус в отношении того, что типы оборудования, доступные на вторичном рынке, являются показателем новизны технологий. Большая часть этого доступного бывшего в употреблении оборудования рассчитана на 200-мм пластины. Есть ли заводы, модернизирующиеся для перехода от обработки пластин 150 мм и менее к обработке пластин других диаметров?

Если сравнивать сделки за период с 2010 г. по настоящее время, то в стоимостном выражении сделок по заводам, обрабатывающим 200-мм пластины, было на 50% больше, чем по заводам, обрабатывающим пластины диаметром 150 мм и менее. Частично это связано со значительной консолидацией (сделки слияний и поглощений), которая наблюдается в отрасли, в сочетании с заметно большей стоимостью 200-мм заводов по сравнению с традиционными 150-мм заводами. Также важно отметить, что количество действующих 200-мм заводов меньше, чем число заводов, обрабатывающих пластины диаметром 150 мм и менее, поэтому относительно общего количества предприятий по обработке 200-мм пластин сделки по ним выполняются гораздо чаще. За последнее десятилетие сделки по мощностям обработки 300-мм пластин были количественно менее частыми, чем сделки по заводам, обрабатывающим пластины диаметром 150 мм и менее. Однако, поскольку заводов по обработке 300-мм пластин даже меньше, чем заводов по обработке 200-мм пластин, доля проданных предприятий здесь по-прежнему выше, чем доля заводов по обработке пластин диаметром 150 мм и меньше. Низкая удельная стоимость и высокая эффективность, достигаемые при производстве ИС на пластинах диаметром 300 и 200 мм, означают, что спрос на эти предприятия будет намного выше, если они станут доступны.

Завод ON Semi, продающийся в Бельгии, представляет производственную линию по обработке 150-мм пластин, в которой заложена возможность перехода на обработку 200-мм пластин. Сохранится ли тенденция перевода 150-мм линий на обработку 200-мм пластин?

ON Semiconductor действительно привлекла ATREG для помощи в модернизации своего действующего предприятия, отвечающего требованиям автомобильной промышленности. Почти 71% из 320 инструментальных средств начальных этапов обработки 150-мм пластин являются трансформируемыми под обработку 200-мм пластин, но это влечет за собой значительные затраты для покупателя. Правительство Фландрии предлагает несколько очень привлекательных стимулов для финансирования этой трансформации.

Несколько сделок в сфере заводов по обработке 150-мм пластин, заключенных за последнее десятилетие, касались линий с возможностью трансформации под обработку 200-мм пластин. Этот фактор во многих случаях заметно повышает привлекательность объекта в глазах традиционных производителей аналоговых и логических ИС, мощных полупроводниковых приборов. Однако почти половина заводов по обработке пластин диаметром 150 мм и менее предназначены для производства специализированной продукции – ​схем на материалах типа АIIВVI, АIIIВV, MEMS и т. п. Такие предприятия зачастую не требуют трансформаций. Приборы на основе материалов с широкой запрещенной зоной только недавно начали массово внедряться в производство на 150-мм пластинах, очень немногие компании способны производить их на 200-мм пластинах (один из примеров – ​недавно открытое предприятие Cree/Wolfspeed в северной части штата Нью-Йорк).

Много ли существует полностью амортизированных заводов с хорошо отлаженными процессами, которые «достаточно хороши» для своего конечного приложения и им не нужно постоянно обновляться до новейших проектных норм?

По опыту ATREG можно утверждать, что долговременная жизнеспособность процессов при диаметре обрабатываемой пластины 150 мм и ниже значительно варьируется в зависимости от конкретного предприятия. Специализированные заводы, работающие с некремниевыми пластинами, продемонстрировали высокие показатели при работе на 150-мм пластинах. Однако для производителей КМОП-приборов, других аналоговых или мощных полупроводниковых приборов, изготовление которых можно перевести на 200-мм пластины, такой переход необходим. В этом сегменте даже чрезвычайно хорошо работающие 150-мм производственные мощности не могут конкурировать с их 200-мм аналогами по издержкам. Это стало движущей силой перехода на обработку 200-мм пластин.

Как в целом можно оценить «здоровье» экосистемы заводов по обработке пластин диаметром 150 мм и менее?

На это влияют два основных фактора. Первый – ​стремление КНР увеличить производство полупроводниковых приборов внутри страны. Правительство предлагает компаниям впечатляющие стимулы для производства, однако многие китайские компании технологически отстают от своих ведущих зарубежных коллег. Это означает, что обработка пластин диаметром 150 мм и менее все еще приемлема для традиционных технологий, которые могут оказаться неконкурентоспособными по стоимости с обработкой 200-мм пластин в других регионах. Второй фактор – ​специализированные рынки, которые по-прежнему зависят от оборудования обработки пластин диаметром 150 мм. Это касается технологий изготовления MEMS, приборов на основе GaN, SiC, AsGa и многих других полупроводниковых соединений, имеющих узкое применение.

Подталкивают ли современные прорывные технологии (искусственный интеллект, Интернет вещей, 5G и т. д.) экосистему заводов по обработке пластин диаметром 150 мм и менее к дальнейшему развитию?

Бесспорно, что ИИ, Интернет вещей, 5G и тому подобное будут стимулировать эту экосистему к дальнейшему развивитию. Одна из областей, где производство продукции на пластинах 150 мм и меньше будет развиваться, – ​автомобильный сегмент, поскольку использование электромобилей продолжает расширяться. Полупроводниковые приборы на основе материалов с широкой запрещенной зоной часто используются в электромобилях из-за их более высоких эффективности и рабочих температур, обусловленных применением двух ведущих технологий в этой области – ​GaN и SiC. В обозримом будущем эта тенденция сохранится.

                   Размер пластины имеет решающее значение для расчета рентабельности инвестиций (ROI) и стоимости бизнес-модели полупроводникового производства. В случае массово выпускаемых ИС, процесс производства которых хорошо налажен, акцент делается в основном на отношение «потребляемая мощность – ​производительность – ​площадь кристалла – ​стоимость» (power–performance–area–cost, PPAC). С этой точки зрения для повышения рентабельности требуется переход на обработку пластин большего диаметра. Тем не менее в мире по-прежнему существует около 800 заводов, обрабатывающих пластины диаметром от 25 до 150 мм. Это примерно 35% от общего числа заводов по обработке пластин. Каковы перспективы их развития?

В области обработки пластин большого диаметра сохраняется тенденция использования 300-мм кремниевых пластин для изготовления мощных полупроводниковых приборов. Например, Infineon, помимо существующего завода в Дрездене (Германия), инвестировала 1,6 млрд евро в еще один завод по обработке пластин диаметром 300 мм в Австрии. Новые 300-миллиметровые фабрики Bosch и Infineon в основном предназначены для изготовления биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT) и мощных МОП полевых транзисторов (MOSFET) для автомобильного рынка. В области некремниевых пластин наблюдаются схожие тенденции. Так, Cree Wolfspeed переходит на обработку 200-мм (со 150- и 100-мм) SiC-пластин. За ними в ближайшие годы могут последовать фирмы, использующие сапфировые и GaAs-пластины. Но пока наблюдается дефицит 150-мм сапфировых и GaAs-пластин, поэтому основными остаются подложки меньшего диаметра.

Современный завод по обработке 300-мм кремниевых пластин стоит несколько миллиардов долларов, поэтому для обеспечения рентабельности инвестиций требуется производить ИС, пользующиеся большим спросом. Однако, хотя информация об устаревших заводах реже попадает в обзоры, этот рынок предоставляет огромные возможности для производства некоторых типов приборов по более низкой цене в любом объеме. Например, заводы по обработке 150-мм кремниевых пластин, действующие около 20 лет, хоть и полностью амортизированы, способны работать с гораздо меньшими объемами заказа, оставаясь при этом прибыльными. Есть несколько типов приборов, которые выгодно формировать на 150-мм кремниевых пластинах, – ​например, мелкосерийные MEMS для ограниченных приложений. В мире по-прежнему действует немало кремниевых заводов, сохраняющих возможность обработки пластин небольшого диаметра (рис. 1).

По оценкам Yole, около 800 существующих по всему миру полупроводниковых заводов все еще могут обрабатывать пластины диаметром от 25 до 150 мм (данные только по кремниевым пластинам). Обычно полупроводниковые приборы с проектными нормами менее 28 нм изготавливаются на новых заводах по обработке 300-мм пластин, располагающих современными чистыми комнатами и сверхточным оборудованием. Для изготовления других приборов, на которые предъявляется низкий спрос, или тех, которые производятся по более зрелым проектным нормам (>28 нм) и где изменения процесса происходят быстро, можно адаптировать устаревшие кремниевые заводы. С ростом применения не кремниевых пластин (GaAS, SiC и т. п.) все больше поставщиков предлагают специальное технологическое оборудование для таких материалов или оборудование, предполагающее возможность адаптации к различным материалам и диаметрам пластин, включая 100-мм и 150-мм подложки. Такое оборудование можно эффективно использовать на полностью амортизированных заводах, предназначенных для обработки пластин диаметром менее 150 мм, что дает возможность малым и крупным игрокам устанавливать конкурентоспособные цены на свою продукцию. Кроме того, экономически выгоднее покупать существующую фабрику, чем строить новую с нуля.

Компания ATREG, уникальный поставщик услуг в экосистеме заводов по обработке пластин, играет большую роль в том, что такие предприятия продолжают работать даже после значительного износа.

Компания была основана в 2000 г., ее штаб-квартира находится в Сиэтле (шт. Вашингтон, США). Это одна из ведущих мировых фирм по продаже и приобретению производственных активов с развитой технологической инфраструктурой, включая предприятия по производству полупроводниковых приборов и чистые комнаты. В течение первых шести лет существования компания сосредотачивалась исключительно на мощностях по обработке 200-мм пластин. Клиентами были в основном японские компании. ATREG стала первой компанией, купившей в 2010 г. устаревший завод по обработке 300-мм пластин и продавшей его после модернизации в 2011 г. Со временем фирма адаптировалась к новым потребностям рынка и стала облегчать транзакции с другими типами производственных активов, таких как мощности с улучшенными методами корпусирования и компании по сборке и тестированию полупроводниковых приборов. Сейчас предложение ATREG включает в себя гораздо больше, чем просто помощь при сделках (рис. 2).

За последние 20 лет компания ATREG реализовала около 40% всех глобальных продаж заводов по обработке пластин в полупроводниковой промышленности. Она работает с рядом крупнейших и наиболее авторитетных мировых компаний в области производства, сборки и тестирования полупроводниковых приборов, дисплеев и электроники, включая ADI, Fujitsu, GlobalFoundries, IBM, Infineon, Matsushita (Panasonic), Maxim, Micron, NXP, ON Semiconductor, Sony, Qualcomm, Renesas, Texas Instruments и Western Digital. Сложные сделки ATREG охватывают землю, здания, интеллектуальную собственность, полный набор инструментальных средств и бизнес-элементы (контракты на поставку, персонал и т. д.).

Ниже приводится интервью представителей ATREG со специалистами группы Yole Développement.

С экономической точки зрения выгоднее покупать существующий завод, чем строить новый с нуля. Так ли это?

Действительно, в большинстве случаев для полупроводниковой компании будет разумнее купить существующий завод по обработке пластин, а затем модернизировать инструментальные средства или перепрофилировать завод – ​в зависимости от проектных норм и продукции, которая будет производиться. Актуальность заводов по обработке пластин на основе старых мощностей возросла из-за растущей потребности в ускоренном выводе на рынок определенных продуктов.

Хороший пример – ​бывший завод корпорации Texas Instruments по обработке 150/200-мм пластин, расположенный в Гриноке, Шотландия (GFAB). В феврале 2019 г. ATREG облегчила его продажу компании Diodes, которая объединила все текущие производственные операции и персонал Texas Instruments. В соответствии с многолетним соглашением о поставке полупроводниковых пластин Diodes продолжит производить аналоговую продукцию Texas Instruments до тех пор, пока Texas Instruments не переведет ее изготовление на другие свои производственные предприятия. Большую часть оборудования этого предприятия можно перепрофилировать на обработку 200-мм пластин, и Texas Instruments еще до продажи начала некоторую конверсию инструментальных средств, что сделало их очень привлекательными для компаний, ищущих мощности по обработке 200-мм пластин.

С другой стороны, если доступны местные налоговые льготы и государственные субсидии, приемлемым вариантом будет создание нового предприятия. Например Cree/Wolfspeed строит с нуля завод по обработке 200-мм SiC-пластин в Марси (шт. Нью-Йорк, США). Ожидается, что он будет завершен в начале 2021 г., а производство начнется в январе 2022 г. Другие компании, такие как TSMC, также не отстают – ​озвучены планы построить в Аризоне завод по производству 5-нм ИС при поддержке властей штата и федерального правительства США. Предполагается, что мощность обработки составит 20 тыс. пластин в месяц, будет создано более 1,6 тыс. рабочих мест на самом предприятии и несколько тысяч дополнительных рабочих мест у смежников.

Среди поставщиков оборудования существует консенсус в отношении того, что типы оборудования, доступные на вторичном рынке, являются показателем новизны технологий. Большая часть этого доступного бывшего в употреблении оборудования рассчитана на 200-мм пластины. Есть ли заводы, модернизирующиеся для перехода от обработки пластин 150 мм и менее к обработке пластин других диаметров?

Если сравнивать сделки за период с 2010 г. по настоящее время, то в стоимостном выражении сделок по заводам, обрабатывающим 200-мм пластины, было на 50% больше, чем по заводам, обрабатывающим пластины диаметром 150 мм и менее. Частично это связано со значительной консолидацией (сделки слияний и поглощений), которая наблюдается в отрасли, в сочетании с заметно большей стоимостью 200-мм заводов по сравнению с традиционными 150-мм заводами. Также важно отметить, что количество действующих 200-мм заводов меньше, чем число заводов, обрабатывающих пластины диаметром 150 мм и менее, поэтому относительно общего количества предприятий по обработке 200-мм пластин сделки по ним выполняются гораздо чаще. За последнее десятилетие сделки по мощностям обработки 300-мм пластин были количественно менее частыми, чем сделки по заводам, обрабатывающим пластины диаметром 150 мм и менее. Однако, поскольку заводов по обработке 300-мм пластин даже меньше, чем заводов по обработке 200-мм пластин, доля проданных предприятий здесь по-прежнему выше, чем доля заводов по обработке пластин диаметром 150 мм и меньше. Низкая удельная стоимость и высокая эффективность, достигаемые при производстве ИС на пластинах диаметром 300 и 200 мм, означают, что спрос на эти предприятия будет намного выше, если они станут доступны.

Завод ON Semi, продающийся в Бельгии, представляет производственную линию по обработке 150-мм пластин, в которой заложена возможность перехода на обработку 200-мм пластин. Сохранится ли тенденция перевода 150-мм линий на обработку 200-мм пластин?

ON Semiconductor действительно привлекла ATREG для помощи в модернизации своего действующего предприятия, отвечающего требованиям автомобильной промышленности. Почти 71% из 320 инструментальных средств начальных этапов обработки 150-мм пластин являются трансформируемыми под обработку 200-мм пластин, но это влечет за собой значительные затраты для покупателя. Правительство Фландрии предлагает несколько очень привлекательных стимулов для финансирования этой трансформации.

Несколько сделок в сфере заводов по обработке 150-мм пластин, заключенных за последнее десятилетие, касались линий с возможностью трансформации под обработку 200-мм пластин. Этот фактор во многих случаях заметно повышает привлекательность объекта в глазах традиционных производителей аналоговых и логических ИС, мощных полупроводниковых приборов. Однако почти половина заводов по обработке пластин диаметром 150 мм и менее предназначены для производства специализированной продукции – ​схем на материалах типа АIIВVI, АIIIВV, MEMS и т. п. Такие предприятия зачастую не требуют трансформаций. Приборы на основе материалов с широкой запрещенной зоной только недавно начали массово внедряться в производство на 150-мм пластинах, очень немногие компании способны производить их на 200-мм пластинах (один из примеров – ​недавно открытое предприятие Cree/Wolfspeed в северной части штата Нью-Йорк).

Много ли существует полностью амортизированных заводов с хорошо отлаженными процессами, которые «достаточно хороши» для своего конечного приложения и им не нужно постоянно обновляться до новейших проектных норм?

По опыту ATREG можно утверждать, что долговременная жизнеспособность процессов при диаметре обрабатываемой пластины 150 мм и ниже значительно варьируется в зависимости от конкретного предприятия. Специализированные заводы, работающие с некремниевыми пластинами, продемонстрировали высокие показатели при работе на 150-мм пластинах. Однако для производителей КМОП-приборов, других аналоговых или мощных полупроводниковых приборов, изготовление которых можно перевести на 200-мм пластины, такой переход необходим. В этом сегменте даже чрезвычайно хорошо работающие 150-мм производственные мощности не могут конкурировать с их 200-мм аналогами по издержкам. Это стало движущей силой перехода на обработку 200-мм пластин.

Как в целом можно оценить «здоровье» экосистемы заводов по обработке пластин диаметром 150 мм и менее?

На это влияют два основных фактора. Первый – ​стремление КНР увеличить производство полупроводниковых приборов внутри страны. Правительство предлагает компаниям впечатляющие стимулы для производства, однако многие китайские компании технологически отстают от своих ведущих зарубежных коллег. Это означает, что обработка пластин диаметром 150 мм и менее все еще приемлема для традиционных технологий, которые могут оказаться неконкурентоспособными по стоимости с обработкой 200-мм пластин в других регионах. Второй фактор – ​специализированные рынки, которые по-прежнему зависят от оборудования обработки пластин диаметром 150 мм. Это касается технологий изготовления MEMS, приборов на основе GaN, SiC, AsGa и многих других полупроводниковых соединений, имеющих узкое применение.

Подталкивают ли современные прорывные технологии (искусственный интеллект, Интернет вещей, 5G и т. д.) экосистему заводов по обработке пластин диаметром 150 мм и менее к дальнейшему развитию?

Бесспорно, что ИИ, Интернет вещей, 5G и тому подобное будут стимулировать эту экосистему к дальнейшему развивитию. Одна из областей, где производство продукции на пластинах 150 мм и меньше будет развиваться, – ​автомобильный сегмент, поскольку использование электромобилей продолжает расширяться. Полупроводниковые приборы на основе материалов с широкой запрещенной зоной часто используются в электромобилях из-за их более высоких эффективности и рабочих температур, обусловленных применением двух ведущих технологий в этой области – ​GaN и SiC. В обозримом будущем эта тенденция сохранится.

                  Размер пластины имеет решающее значение для расчета рентабельности инвестиций (ROI) и стоимости бизнес-модели полупроводникового производства. В случае массово выпускаемых ИС, процесс производства которых хорошо налажен, акцент делается в основном на отношение «потребляемая мощность – ​производительность – ​площадь кристалла – ​стоимость» (power–performance–area–cost, PPAC). С этой точки зрения для повышения рентабельности требуется переход на обработку пластин большего диаметра. Тем не менее в мире по-прежнему существует около 800 заводов, обрабатывающих пластины диаметром от 25 до 150 мм. Это примерно 35% от общего числа заводов по обработке пластин. Каковы перспективы их развития?

В области обработки пластин большого диаметра сохраняется тенденция использования 300-мм кремниевых пластин для изготовления мощных полупроводниковых приборов. Например, Infineon, помимо существующего завода в Дрездене (Германия), инвестировала 1,6 млрд евро в еще один завод по обработке пластин диаметром 300 мм в Австрии. Новые 300-миллиметровые фабрики Bosch и Infineon в основном предназначены для изготовления биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT) и мощных МОП полевых транзисторов (MOSFET) для автомобильного рынка. В области некремниевых пластин наблюдаются схожие тенденции. Так, Cree Wolfspeed переходит на обработку 200-мм (со 150- и 100-мм) SiC-пластин. За ними в ближайшие годы могут последовать фирмы, использующие сапфировые и GaAs-пластины. Но пока наблюдается дефицит 150-мм сапфировых и GaAs-пластин, поэтому основными остаются подложки меньшего диаметра.

Современный завод по обработке 300-мм кремниевых пластин стоит несколько миллиардов долларов, поэтому для обеспечения рентабельности инвестиций требуется производить ИС, пользующиеся большим спросом. Однако, хотя информация об устаревших заводах реже попадает в обзоры, этот рынок предоставляет огромные возможности для производства некоторых типов приборов по более низкой цене в любом объеме. Например, заводы по обработке 150-мм кремниевых пластин, действующие около 20 лет, хоть и полностью амортизированы, способны работать с гораздо меньшими объемами заказа, оставаясь при этом прибыльными. Есть несколько типов приборов, которые выгодно формировать на 150-мм кремниевых пластинах, – ​например, мелкосерийные MEMS для ограниченных приложений. В мире по-прежнему действует немало кремниевых заводов, сохраняющих возможность обработки пластин небольшого диаметра (рис. 1).

По оценкам Yole, около 800 существующих по всему миру полупроводниковых заводов все еще могут обрабатывать пластины диаметром от 25 до 150 мм (данные только по кремниевым пластинам). Обычно полупроводниковые приборы с проектными нормами менее 28 нм изготавливаются на новых заводах по обработке 300-мм пластин, располагающих современными чистыми комнатами и сверхточным оборудованием. Для изготовления других приборов, на которые предъявляется низкий спрос, или тех, которые производятся по более зрелым проектным нормам (>28 нм) и где изменения процесса происходят быстро, можно адаптировать устаревшие кремниевые заводы. С ростом применения не кремниевых пластин (GaAS, SiC и т. п.) все больше поставщиков предлагают специальное технологическое оборудование для таких материалов или оборудование, предполагающее возможность адаптации к различным материалам и диаметрам пластин, включая 100-мм и 150-мм подложки. Такое оборудование можно эффективно использовать на полностью амортизированных заводах, предназначенных для обработки пластин диаметром менее 150 мм, что дает возможность малым и крупным игрокам устанавливать конкурентоспособные цены на свою продукцию. Кроме того, экономически выгоднее покупать существующую фабрику, чем строить новую с нуля.

Компания ATREG, уникальный поставщик услуг в экосистеме заводов по обработке пластин, играет большую роль в том, что такие предприятия продолжают работать даже после значительного износа.

Компания была основана в 2000 г., ее штаб-квартира находится в Сиэтле (шт. Вашингтон, США). Это одна из ведущих мировых фирм по продаже и приобретению производственных активов с развитой технологической инфраструктурой, включая предприятия по производству полупроводниковых приборов и чистые комнаты. В течение первых шести лет существования компания сосредотачивалась исключительно на мощностях по обработке 200-мм пластин. Клиентами были в основном японские компании. ATREG стала первой компанией, купившей в 2010 г. устаревший завод по обработке 300-мм пластин и продавшей его после модернизации в 2011 г. Со временем фирма адаптировалась к новым потребностям рынка и стала облегчать транзакции с другими типами производственных активов, таких как мощности с улучшенными методами корпусирования и компании по сборке и тестированию полупроводниковых приборов. Сейчас предложение ATREG включает в себя гораздо больше, чем просто помощь при сделках (рис. 2).

За последние 20 лет компания ATREG реализовала около 40% всех глобальных продаж заводов по обработке пластин в полупроводниковой промышленности. Она работает с рядом крупнейших и наиболее авторитетных мировых компаний в области производства, сборки и тестирования полупроводниковых приборов, дисплеев и электроники, включая ADI, Fujitsu, GlobalFoundries, IBM, Infineon, Matsushita (Panasonic), Maxim, Micron, NXP, ON Semiconductor, Sony, Qualcomm, Renesas, Texas Instruments и Western Digital. Сложные сделки ATREG охватывают землю, здания, интеллектуальную собственность, полный набор инструментальных средств и бизнес-элементы (контракты на поставку, персонал и т. д.).

Ниже приводится интервью представителей ATREG со специалистами группы Yole Développement.

С экономической точки зрения выгоднее покупать существующий завод, чем строить новый с нуля. Так ли это?

Действительно, в большинстве случаев для полупроводниковой компании будет разумнее купить существующий завод по обработке пластин, а затем модернизировать инструментальные средства или перепрофилировать завод – ​в зависимости от проектных норм и продукции, которая будет производиться. Актуальность заводов по обработке пластин на основе старых мощностей возросла из-за растущей потребности в ускоренном выводе на рынок определенных продуктов.

Хороший пример – ​бывший завод корпорации Texas Instruments по обработке 150/200-мм пластин, расположенный в Гриноке, Шотландия (GFAB). В феврале 2019 г. ATREG облегчила его продажу компании Diodes, которая объединила все текущие производственные операции и персонал Texas Instruments. В соответствии с многолетним соглашением о поставке полупроводниковых пластин Diodes продолжит производить аналоговую продукцию Texas Instruments до тех пор, пока Texas Instruments не переведет ее изготовление на другие свои производственные предприятия. Большую часть оборудования этого предприятия можно перепрофилировать на обработку 200-мм пластин, и Texas Instruments еще до продажи начала некоторую конверсию инструментальных средств, что сделало их очень привлекательными для компаний, ищущих мощности по обработке 200-мм пластин.

С другой стороны, если доступны местные налоговые льготы и государственные субсидии, приемлемым вариантом будет создание нового предприятия. Например Cree/Wolfspeed строит с нуля завод по обработке 200-мм SiC-пластин в Марси (шт. Нью-Йорк, США). Ожидается, что он будет завершен в начале 2021 г., а производство начнется в январе 2022 г. Другие компании, такие как TSMC, также не отстают – ​озвучены планы построить в Аризоне завод по производству 5-нм ИС при поддержке властей штата и федерального правительства США. Предполагается, что мощность обработки составит 20 тыс. пластин в месяц, будет создано более 1,6 тыс. рабочих мест на самом предприятии и несколько тысяч дополнительных рабочих мест у смежников.

Среди поставщиков оборудования существует консенсус в отношении того, что типы оборудования, доступные на вторичном рынке, являются показателем новизны технологий. Большая часть этого доступного бывшего в употреблении оборудования рассчитана на 200-мм пластины. Есть ли заводы, модернизирующиеся для перехода от обработки пластин 150 мм и менее к обработке пластин других диаметров?

Если сравнивать сделки за период с 2010 г. по настоящее время, то в стоимостном выражении сделок по заводам, обрабатывающим 200-мм пластины, было на 50% больше, чем по заводам, обрабатывающим пластины диаметром 150 мм и менее. Частично это связано со значительной консолидацией (сделки слияний и поглощений), которая наблюдается в отрасли, в сочетании с заметно большей стоимостью 200-мм заводов по сравнению с традиционными 150-мм заводами. Также важно отметить, что количество действующих 200-мм заводов меньше, чем число заводов, обрабатывающих пластины диаметром 150 мм и менее, поэтому относительно общего количества предприятий по обработке 200-мм пластин сделки по ним выполняются гораздо чаще. За последнее десятилетие сделки по мощностям обработки 300-мм пластин были количественно менее частыми, чем сделки по заводам, обрабатывающим пластины диаметром 150 мм и менее. Однако, поскольку заводов по обработке 300-мм пластин даже меньше, чем заводов по обработке 200-мм пластин, доля проданных предприятий здесь по-прежнему выше, чем доля заводов по обработке пластин диаметром 150 мм и меньше. Низкая удельная стоимость и высокая эффективность, достигаемые при производстве ИС на пластинах диаметром 300 и 200 мм, означают, что спрос на эти предприятия будет намного выше, если они станут доступны.

Завод ON Semi, продающийся в Бельгии, представляет производственную линию по обработке 150-мм пластин, в которой заложена возможность перехода на обработку 200-мм пластин. Сохранится ли тенденция перевода 150-мм линий на обработку 200-мм пластин?

ON Semiconductor действительно привлекла ATREG для помощи в модернизации своего действующего предприятия, отвечающего требованиям автомобильной промышленности. Почти 71% из 320 инструментальных средств начальных этапов обработки 150-мм пластин являются трансформируемыми под обработку 200-мм пластин, но это влечет за собой значительные затраты для покупателя. Правительство Фландрии предлагает несколько очень привлекательных стимулов для финансирования этой трансформации.

Несколько сделок в сфере заводов по обработке 150-мм пластин, заключенных за последнее десятилетие, касались линий с возможностью трансформации под обработку 200-мм пластин. Этот фактор во многих случаях заметно повышает привлекательность объекта в глазах традиционных производителей аналоговых и логических ИС, мощных полупроводниковых приборов. Однако почти половина заводов по обработке пластин диаметром 150 мм и менее предназначены для производства специализированной продукции – ​схем на материалах типа АIIВVI, АIIIВV, MEMS и т. п. Такие предприятия зачастую не требуют трансформаций. Приборы на основе материалов с широкой запрещенной зоной только недавно начали массово внедряться в производство на 150-мм пластинах, очень немногие компании способны производить их на 200-мм пластинах (один из примеров – ​недавно открытое предприятие Cree/Wolfspeed в северной части штата Нью-Йорк).

Много ли существует полностью амортизированных заводов с хорошо отлаженными процессами, которые «достаточно хороши» для своего конечного приложения и им не нужно постоянно обновляться до новейших проектных норм?

По опыту ATREG можно утверждать, что долговременная жизнеспособность процессов при диаметре обрабатываемой пластины 150 мм и ниже значительно варьируется в зависимости от конкретного предприятия. Специализированные заводы, работающие с некремниевыми пластинами, продемонстрировали высокие показатели при работе на 150-мм пластинах. Однако для производителей КМОП-приборов, других аналоговых или мощных полупроводниковых приборов, изготовление которых можно перевести на 200-мм пластины, такой переход необходим. В этом сегменте даже чрезвычайно хорошо работающие 150-мм производственные мощности не могут конкурировать с их 200-мм аналогами по издержкам. Это стало движущей силой перехода на обработку 200-мм пластин.

Как в целом можно оценить «здоровье» экосистемы заводов по обработке пластин диаметром 150 мм и менее?

На это влияют два основных фактора. Первый – ​стремление КНР увеличить производство полупроводниковых приборов внутри страны. Правительство предлагает компаниям впечатляющие стимулы для производства, однако многие китайские компании технологически отстают от своих ведущих зарубежных коллег. Это означает, что обработка пластин диаметром 150 мм и менее все еще приемлема для традиционных технологий, которые могут оказаться неконкурентоспособными по стоимости с обработкой 200-мм пластин в других регионах. Второй фактор – ​специализированные рынки, которые по-прежнему зависят от оборудования обработки пластин диаметром 150 мм. Это касается технологий изготовления MEMS, приборов на основе GaN, SiC, AsGa и многих других полупроводниковых соединений, имеющих узкое применение.

Подталкивают ли современные прорывные технологии (искусственный интеллект, Интернет вещей, 5G и т. д.) экосистему заводов по обработке пластин диаметром 150 мм и менее к дальнейшему развитию?

Бесспорно, что ИИ, Интернет вещей, 5G и тому подобное будут стимулировать эту экосистему к дальнейшему развивитию. Одна из областей, где производство продукции на пластинах 150 мм и меньше будет развиваться, – ​автомобильный сегмент, поскольку использование электромобилей продолжает расширяться. Полупроводниковые приборы на основе материалов с широкой запрещенной зоной часто используются в электромобилях из-за их более высоких эффективности и рабочих температур, обусловленных применением двух ведущих технологий в этой области – ​GaN и SiC. В обозримом будущем эта тенденция сохранится.


Giusti Gaël, Kumaresan Vishnu, Rothrock Stephen. Fabs Never Die: ATREG Helps Fabs Stay Immortal – ​An interview by Yole Développement. I–Micronews, October 19, 2020: https://www.i-micronews.com/fabs-never-die-atreg-helps-fabs-stay-immortal-an-interview-by-yole-developpement/


ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ

Выпуск 24/25 (6748/6749) от 23 декабря 2021 г. г.
Выпуск 24/25 (6748/6749) от 23 декабря 2021 г. г.