Wysokie koszty fabryk spowalniają wzrost w branży półprzewodników

Produkcja układów na płytkach 450mm faktycznie może doprowadzić do obniżki kosztów o 30%. Jednak zrównoważy to jedynie trzy czy cztery lata wzrostu kosztu narzędzi, przy czym, zdaniem Gartnera, opóźnienia w przejściu na nowy rozmiar płytek są nieuniknione. Nie można też wykluczyć, że nowe technologie pozwolą zmniejszyć tempo wzrostu kosztów.

Według agencji, koszty sprzętu do zaawansowanego wytwarzania półprzewodników rosną w tempie pomiędzy 7 a 10% rocznie, w zależności od danego procesu. Do 2020 r. średni koszt budowy i uruchomienia nowoczesnej, technologicznie zaawansowanej fabryki krzemu wyniesie od 15 do 20 mld dolarów - prognozuje Gartner. Do 2016 r. minimalna kwota potrzebna do wybudowania kompletnej fabryki ma, według prognoz, wynieść od 8 do 10 mld dolarów dla układów logicznych, od 3,5 do 4,5 mld dla pamięci DRAM, i 6 do 7 mld dla NAND flash. Zdaniem agencji przy obecnym poziomie wydatków w ciągu najbliższych kilku lat tylko ośmiu dostawców układów będzie w stanie uruchamiać nowe fabryki.

Litografia EUV czy immersyjna

Stały wzrost kosztów i spowolnienie rozwoju bazy produkcyjnej wynika z szeregu problemów, a jednym z nich są opóźnienia z wprowadzeniem fabrycznych skanerów następnej generacji do litografii w dalekim ultrafiolecie (EUV). Do wytworzenia układów w technologii 14nm w tych skanerach niezbędne będą źródła promieniowania około 20-krotnie mocniejsze od stosowanych w obecnych maszynach. Eksperci biorący udział w branżowej konferencji ISEUV w październiku 2012 r. wyrazili nadzieję, że już w 2014 r. dostępne będą źródła promieniowania o mocy 200 W, choć przyznali, że liczą się z możliwością opóźnień.

Przy użyciu źródeł światła EUV mniejszej mocy naukowcy z belgijskiego ośrodka IMEC wytworzyli w ciągu roku około 3000 płytek krzemowych. Wydajność pojedynczego systemu produkcyjnego jest jednak wciąż co najmniej kilkunastokrotnie za mała, aby nadawał się do komercyjnego zastosowania przez dostawców takich jak Intel, Samsung czy TSMC.

Alternatywną drogą dalszego skalowania procesu jest tradycyjna litografia immersyjna. W odniesieniu do 14, a nawet 10nm zamierza rozwijać ją Intel, aby móc zachować regularne dwuletnie tempo wdrażania nowego procesu technologicznego. Zdaniem Marka Bohra, dyrektora grupy technologii i produkcji firmy, litografia immersyjna w procesie 10nm będzie opłacalna, choć konieczne będzie nawet czterokrotne naświetlanie niektórych masek. W 2013 r. Intel zamierza rozpocząć produkcję układów w procesie 14-nanometrowym - z dwukrotnym naświetlaniem części masek - a zastosowanie procesu 10nm przewiduje na rok 2015. O zainteresowaniu Intela litografią w skrajnym ultrafiolecie świadczyć może niedawne przejęcie przez firmę 15% ASML, czołowego dostawcy narzędzi fabrycznych.

Stabilny popyt

Analizując perspektywy sprzedaży układów, prognozy wzrostu globalnego rynku półprzewodników są średnio i umiarkowanie optymistyczne. Niekończące się ulepszenia produkcyjne i brak większej liczby rozwiązań przełomowych skłoniły analityków do konkluzji, że na rynku układów liczyć można jedynie na niewielkie wzrosty jednocyfrowe. Inną opinię wyraziła ostatnio, prowadząca badania rynku, firma IC Insights, przedstawiając długookresowe dane. Według nich, mimo tendencji spadkowej dla wzrostu liczby produkowanych układów z 9,5% dla lat 1996-2011, do 7% prognozowanych na okres nadchodzącej dekady, średnie ceny układów wymiernie pójdą w górę.

W ocenie sytuacji firm z własnymi zakładami produkcji IC Insights zwrócił uwagę, że przemysł półprzewodnikowy jest obecnie zamknięty na większe projekty całkowicie nowych fabryk. Dzięki temu producenci będą w stanie właściwie kierować bieżące wydatki kapitałowe oraz uporać się ze skutkami przeinwestowania w nowe fabryki.

W opinii IC Insights, wśród dostawców nasili się tendencja zdążania w kierunku modelu fab-lite, a zlecenia produkcyjne mają trafiać do producentów półprzewodników typu pure play. Pozwoli to dostawcom układów zaoszczędzić środki i skupić się na bardziej kluczowych inwestycjach niż budowa nowych fabryk. Firma analityczna przewiduje również, że konieczność oszczędności spowoduje dalsze opóźnienia w przejściu na płytki o średnicy 450mm. Mniej będzie też nowych firm technologicznych.

Marcin Tronowicz