(Suite de la Partie I : Conception de circuits intégrés, Partie II : Fabrication de circuits intégrés, Partie III : Emballage de base, test et emballage avancé)

5. Équipement de fabrication de produits semi-conducteurs

(1) Aperçu des petites et moyennes entreprises d’équipements de fabrication de semi-conducteurs

Il existe de nombreux types d’équipements de traitement et de fabrication de produits semi-conducteurs utilisés par les petites et moyennes entreprises dans chaque processus de la chaîne de production de semi-conducteurs. Il existe des équipements spécifiques aux semi-conducteurs (prétraitement) pour la fabrication de tranches nues (matériaux), des équipements pour transformer des tranches nues en tranches finales (post-traitement) et des équipements pour fabriquer des photomasques (production de masques). Les fabricants de puces ont besoin d’une variété d’équipements front-end sur leurs lignes de production. Le coût des équipements complexes de fabrication de semi-conducteurs est l’une des principales raisons du coût élevé des usines de fabrication de semi-conducteurs, y compris le coût de la construction d’usines ultra-propres.

L'équipement de fabrication de semi-conducteurs front-end comprend l'équipement pour les processus de fabrication de puces tels que la photolithographie, la gravure, le dopage ou l'implantation ionique, le dépôt, le polissage ou la planarisation chimico-mécanique. Il convient de noter en particulier les équipements de dépôt chimique en phase vapeur organométallique (MOCVD), un type spécifique d'équipement de dépôt qui dépose de fines couches de certains métaux, principalement utilisés pour produire des semi-conducteurs composés, notamment ceux à base de GaAs et de GaN.

Les équipements de fabrication de semi-conducteurs back-end pour PME comprennent l'ATP et les équipements de conditionnement avancés.

(2) Situation actuelle

Français Les équipements de fabrication de semi-conducteurs sont dominés par des entreprises aux États-Unis (part de 41.7 % en termes de chiffre d'affaires), au Japon (31.1 %) et aux Pays-Bas (18.8 %). La Corée du Sud détient une part de 2.2 %, les 6.2 % restants étant répartis entre la Chine, l'Allemagne, Taïwan, Israël, le Canada et d'autres pays d'Asie du Sud-Est et d'Europe. La plupart des fabricants sud-coréens d'équipements de fabrication de semi-conducteurs appartiennent à Samsung ou SK Hynix, et les principaux clients de ces entreprises sud-coréennes d'équipements de semi-conducteurs sont des entreprises sud-coréennes de semi-conducteurs. Bien qu'il existe également une entreprise chinoise qui fabrique différents types d'équipements de fabrication de semi-conducteurs, les entreprises chinoises ne détiennent pas de part significative d'aucune catégorie d'équipements de fabrication de semi-conducteurs, à l'exception de l'assemblage final, des équipements de conditionnement et du MOCVD.

Dans l’ensemble, les États-Unis représentent une part importante de la production mondiale de la plupart des équipements de production de semi-conducteurs d’entrée de gamme, à l’exception de la production d’équipements de lithographie qui est concentrée aux Pays-Bas et au Japon. Les États-Unis représentent également une part importante de la production mondiale d’équipements de test back-end. En revanche, les États-Unis détiennent une part de marché relativement faible dans la fabrication mondiale d’équipements de production de semi-conducteurs (équipements d’assemblage et de conditionnement), tandis que la Chine détient une part considérable. Alors que la Chine dépend actuellement fortement d’équipements de production de semi-conducteurs d’origine non chinoise (à l’exception de l’emballage et du MOCVD), elle investit massivement pour se concentrer sur la production de tels équipements. Ces investissements donnent aux entreprises bénéficiaires un avantage significatif dans le développement et la production d'équipements de puces de pointe par rapport à d'autres entreprises.

Comme le montre le graphique ci-dessous, même si les États-Unis détiennent une part de marché importante dans la production de la plupart des PME de premier plan, l'exception notable concerne les équipements de numérisation/pas à pas de lithographie, qui sont presque entièrement fabriqués par la société néerlandaise ASML et les sociétés japonaises Nikon et Canon. Pour les machines de lithographie, ASML (Pays-Bas) est le seul producteur de steppers/scanners EUV, essentiels à la production de circuits intégrés avec des largeurs de ligne de 5 nm ou moins. Cependant, seuls deux fabricants de semi-conducteurs, TSMC et Samsung, utilisent actuellement des machines EUV en production, un seul appareil coûtant plus de 100 millions de dollars. ASML et Nikon fabriquent tous deux des machines de lithographie ultraviolette profonde (DUV) qui projettent un faisceau de lumière à travers un photomasque et créent une image réduite du motif du photomasque sur la plaquette. En dehors des Pays-Bas et du Japon, la part des équipements de lithographie aux États-Unis et dans d'autres pays est principalement destinée à des puces spécifiques de faible volume ou à la fabrication de photomasques.

Un ensemble d’équipements de fabrication de semi-conducteurs peut contenir jusqu’à 100+ pièces, et les pièces et accessoires d’équipements de fabrication de semi-conducteurs constituent la plus grande catégorie commerciale du secteur. Selon l'enquête du recensement des fabricants, la moitié des revenus des ventes d'équipements de fabrication de semi-conducteurs aux États-Unis sont consacrés aux composants et autres matériaux. Plus de 130 entreprises américaines fournissent des composants essentiels pour les équipements vendus par des entreprises étrangères. Cymer (USA) fabrique notamment des lasers pour les machines de lithographie pas à pas/scanner EUV d'ASML. ASML a acquis Cymer en 2013, mais Cymer reste une unité opérationnelle indépendante d'ASML basée aux États-Unis.

En raison de la nature cyclique des ventes en raison de marchés et de clients limités, la plupart des grandes entreprises d'équipement fabriquent plus d'un type d'équipement afin de fournir aux clients une gamme complète d'équipements et d'options de maintenance. Les sociétés d'équipement de lithographie pas à pas/scanner telles que ASML font exception à cette règle en raison de la technologie unique de l'équipement. Lam Research et Tokyo Electron (TEL) se concentrent sur le dépôt et la gravure, tandis que KLA se concentre sur la métrologie et l'inspection.

Une exception notable à la domination du Japon et des Pays-Bas concerne les équipements MOCVD, utilisés pour produire des semi-conducteurs à partir de matériaux autres que le silicium, tels que le GaN et le GaAs, notamment des LED, des diodes laser et autres puces photoniques, des dispositifs de puissance/RF et des cellules solaires. Comme mentionné précédemment, les puces GaN présentent un intérêt stratégique en matière de défense. Les équipements MOCVD sont fabriqués par Veeco (États-Unis), Aixtron (Allemagne) et AMEC (Chine). La Chine cherche à gagner des parts de marché dans le secteur du MOCVD par le biais d'acquisitions. En 2016, le Fujian Grand Chip Investment Fund, une entité chinoise créée spécifiquement pour cette opération et regroupant des institutions publiques et régionales, a tenté d'acquérir Aixtron. Cependant, l'opération a été bloquée par le président Obama après un examen du Comité sur les investissements étrangers aux États-Unis (CFIUS), qui craignait que l'acquéreur ne renonce à son offre.

Les trois principales sociétés d'équipement de gravure sont Lam Research (États-Unis), Tokyo Electron (Japon) et Applied Materials (États-Unis). Les entreprises chinoises, dont AMEC, possèdent une certaine expertise en matière de gravure et peuvent fournir des équipements pour des applications bas de gamme, mais leur part de marché n'est que d'environ 1 %.

Les États-Unis détiennent une part de marché relativement faible (4.9 %) dans les PME d’emballage back-end par rapport aux équipements de fabrication de semi-conducteurs front-end. Le Japon possède la plus grande part d'équipements d'emballage (35.7 %), suivi de la Chine (22.9 %) et des Pays-Bas (11.1 %). Cependant, la société américaine Kulicke and Soffa est l'un des principaux fabricants d'équipements de conditionnement de semi-conducteurs. Les États-Unis et le Japon sont en tête dans le domaine des équipements de test back-end (ATP) avec respectivement 33.5 % et 48.6 % de part de marché.

(3) Équipements de fabrication de semi-conducteurs, le risque des États-Unis

Dépendance à l’égard des ventes à l’étranger (hors États-Unis) :

Bien que les États-Unis détiennent une part importante du marché des équipements de production de semi-conducteurs, les producteurs américains sont fortement dépendants des ventes à l'étranger. Taïwan, la Chine et la Corée du Sud, principaux fabricants de semi-conducteurs, constituent les plus grands marchés pour ces équipements. Si Taïwan devrait regagner sa place de premier marché en 2021 et 2022, les investissements considérables des usines de fabrication de puces expliquent que près de 90 % de son chiffre d'affaires total de 2020 proviendra de ventes hors États-Unis, selon Applied Materials et Lam Research. Le chiffre d'affaires de Lam Research en provenance de Chine est passé de 16 % en 2018 à 31 % en 2020. Par conséquent, les fabricants américains d'équipements de production de semi-conducteurs risquent d'être fortement impactés par les restrictions commerciales sino-américaines ou par des fluctuations imprévues de la demande en Asie. L'impact pourrait aller bien au-delà du recul actuel des revenus, car les fabricants de semi-conducteurs sont confrontés à une dépendance vis-à-vis de leurs fournisseurs de composants, et tout changement de fournisseur implique des refontes coûteuses. Par exemple, Lam Research a noté dans son rapport annuel 2020 : « Une fois qu’un fabricant de semi-conducteurs s’engage à acheter l’équipement de production d’un concurrent, il continue généralement à s’approvisionner auprès de ce concurrent, ce qui complique nos ventes futures auprès de ce client. » De plus, la vente d’équipements de production de semi-conducteurs est limitée aux universités et aux entreprises de fabrication de semi-conducteurs possédant leurs propres usines. Les entreprises spécialisées dans ces équipements ne peuvent pas étendre leur clientèle en dehors de ces catégories, car ces équipements sont spécifiques à l’industrie des semi-conducteurs.

Les subventions chinoises pour la production d’équipements de fabrication de semi-conducteurs faussent le marché :

En outre, la Chine prévoit d’accorder des subventions substantielles pour financer la production d’équipements de production de semi-conducteurs dans le pays. La deuxième phase du Fonds national d'investissement pour l'industrie des circuits intégrés de Chine se concentre sur les machines de gravure, les équipements de dépôt, les équipements de test et de nettoyage des plaquettes, avec un financement allant de 28.9 à 47 milliards de dollars. Les subventions maintiennent les entreprises chinoises en activité, même si la plupart ne semblent pas rentables. Par exemple, selon l’Organisation de coopération et de développement économiques (OCDE), « les injections de capitaux du gouvernement ont eu un impact évident sur la performance financière des producteurs chinois de semi-conducteurs », où l’augmentation des actifs des entreprises n’a pas été accompagnée d’une croissance de la rentabilité. . Ces subventions fournissent aux entreprises chinoises des fonds pour investir dans la recherche et le développement de la fabrication de semi-conducteurs de nouvelle génération, ce qui leur confère un avantage significatif sur les entreprises non chinoises qui ne bénéficient pas de telles subventions. Contrairement au passé, les fabricants d'équipements de production de semi-conducteurs sont aujourd'hui réticents à investir dans la R&D pour les tailles de tranches de nouvelle génération, compte tenu des dépenses considérables en R&D et en capital nécessaires à la fabrication des équipements de production de semi-conducteurs et de l'incertitude quant au moment et au lieu où la production de puces de pointe aura lieu. .