(भाग I से जारी: एकीकृत सर्किट डिजाइन, भाग II: एकीकृत सर्किट विनिर्माण, भाग III: मूल पैकेजिंग, परीक्षण और उन्नत पैकेजिंग)

5. सेमीकंडक्टर उत्पाद निर्माण उपकरण

(1) सेमीकंडक्टर विनिर्माण उपकरण लघु और मध्यम उद्यमों की रूपरेखा

सेमीकंडक्टर उत्पादन लाइन की प्रत्येक प्रक्रिया में छोटे और मध्यम आकार के उद्यमों द्वारा कई प्रकार के सेमीकंडक्टर उत्पाद प्रसंस्करण और विनिर्माण उपकरण का उपयोग किया जाता है। नंगे वेफर्स (सामग्री) के निर्माण के लिए अर्धचालक-विशिष्ट उपकरण (पूर्व-प्रसंस्करण), नंगे वेफर्स को अंतिम वेफर्स (पोस्ट-प्रोसेसिंग) में संसाधित करने के लिए उपकरण, और फोटोमास्क (मास्क उत्पादन) के निर्माण के लिए उपकरण हैं। चिप निर्माताओं को अपनी उत्पादन लाइनों पर विभिन्न प्रकार के फ्रंट-एंड उपकरणों की आवश्यकता होती है। जटिल फ्रंट-एंड सेमीकंडक्टर फैब्रिकेशन उपकरण की लागत सेमीकंडक्टर फैब की उच्च लागत का एक प्रमुख कारण है, जिसमें अल्ट्रा-क्लीन फैब के निर्माण की लागत भी शामिल है।

फ्रंट-एंड सेमीकंडक्टर निर्माण उपकरण में चिप निर्माण प्रक्रियाओं जैसे फोटोलिथोग्राफी, नक़्क़ाशी, डोपिंग या आयन आरोपण, जमाव, पॉलिशिंग, या रासायनिक यांत्रिक प्लानरीकरण के उपकरण शामिल हैं। विशेष रूप से नोट में धातु-कार्बनिक रासायनिक वाष्प जमाव (एमओसीवीडी) उपकरण हैं, एक विशिष्ट प्रकार का जमाव उपकरण जो कुछ धातुओं की पतली परतों को जमा करता है, मुख्य रूप से मिश्रित अर्धचालकों का उत्पादन करने के लिए उपयोग किया जाता है, जिसमें GaAs और GaN पर आधारित अर्धचालक भी शामिल हैं।

बैक-एंड सेमीकंडक्टर विनिर्माण उपकरण एसएमई में एटीपी और उन्नत पैकेजिंग उपकरण शामिल हैं।

(2) वर्तमान स्थिति

सेमीकंडक्टर विनिर्माण उपकरण में अमेरिका (बिक्री राजस्व के मामले में 41.7% हिस्सेदारी), जापान (31.1%) और नीदरलैंड (18.8%) की कंपनियों का वर्चस्व है। दक्षिण कोरिया की हिस्सेदारी 2.2% है, शेष लगभग 6.2% हिस्सेदारी चीन, जर्मनी, ताइवान, इज़राइल, कनाडा और दक्षिण पूर्व एशिया और यूरोप के अन्य देशों की है। अधिकांश दक्षिण कोरियाई सेमीकंडक्टर विनिर्माण उपकरण निर्माता सैमसंग या एसके हाइनिक्स के स्वामित्व में हैं, इन दक्षिण कोरियाई सेमीकंडक्टर उपकरण कंपनियों के मुख्य ग्राहक दक्षिण कोरियाई सेमीकंडक्टर कंपनियां हैं। हालाँकि एक चीनी कंपनी भी है जो विभिन्न प्रकार के सेमीकंडक्टर विनिर्माण उपकरण बनाती है, चीनी कंपनियों के पास बैक-एंड असेंबली, पैकेजिंग उपकरण और एमओसीवीडी को छोड़कर किसी भी सेमीकंडक्टर विनिर्माण उपकरण श्रेणी में महत्वपूर्ण हिस्सेदारी नहीं है।

कुल मिलाकर, नीदरलैंड और जापान में केंद्रित लिथोग्राफी उपकरण उत्पादन को छोड़कर, अधिकांश फ्रंट-एंड सेमीकंडक्टर उत्पादन उपकरणों के वैश्विक उत्पादन में अमेरिका की बड़ी हिस्सेदारी है। बैक-एंड परीक्षण उपकरणों के वैश्विक उत्पादन में भी अमेरिका की बड़ी हिस्सेदारी है। इसके विपरीत, वैश्विक बैक-एंड सेमीकंडक्टर उत्पादन उपकरण विनिर्माण (असेंबली और पैकेजिंग उपकरण) में संयुक्त राज्य अमेरिका की बाजार हिस्सेदारी अपेक्षाकृत कम है, जबकि चीन की काफी हिस्सेदारी है। जबकि चीन वर्तमान में गैर-चीनी-स्रोत अर्धचालक उत्पादन उपकरण (पैकेजिंग और एमओसीवीडी को छोड़कर) पर अत्यधिक निर्भर है, वह ऐसे उपकरणों के उत्पादन पर ध्यान केंद्रित करने के लिए भारी निवेश कर रहा है। ये निवेश लाभार्थी कंपनियों को अन्य कंपनियों की तुलना में अत्याधुनिक चिप उपकरण विकसित करने और उत्पादन करने में महत्वपूर्ण लाभ देते हैं।

जैसा कि नीचे दिए गए चार्ट से पता चलता है, जबकि अधिकांश फ्रंट-एंड एसएमई के उत्पादन में अमेरिका की बड़ी बाजार हिस्सेदारी है, उल्लेखनीय अपवाद लिथोग्राफी स्कैन/स्टेपर उपकरण है, जो लगभग पूरी तरह से डच कंपनी एएसएमएल और जापानी कंपनियों निकॉन और कैनन द्वारा बनाई गई है। लिथोग्राफी मशीनों के लिए, एएसएमएल (नीदरलैंड) ईयूवी स्टेपर/स्कैनर का एकमात्र उत्पादक है, जो 5 एनएम या उससे कम की लाइन चौड़ाई वाले एकीकृत सर्किट के उत्पादन के लिए महत्वपूर्ण हैं। हालाँकि, केवल दो सेमीकंडक्टर निर्माता, टीएसएमसी और सैमसंग, वर्तमान में उत्पादन में ईयूवी मशीनों का उपयोग करते हैं, जिनमें से एक उपकरण की लागत $ 100 मिलियन से अधिक है। एएसएमएल और निकॉन दोनों गहरी पराबैंगनी (डीयूवी) लिथोग्राफी मशीनों का निर्माण करते हैं जो फोटोमास्क के माध्यम से प्रकाश की किरण को प्रोजेक्ट करते हैं और वेफर पर फोटोमास्क पैटर्न की एक स्केल-डाउन छवि बनाते हैं। नीदरलैंड और जापान के बाहर, अमेरिका और अन्य देशों की लिथोग्राफी उपकरणों की हिस्सेदारी मुख्य रूप से विशिष्ट कम मात्रा वाले चिप्स या फोटोमास्क बनाने के लिए है।

सेमीकंडक्टर विनिर्माण उपकरण के एक सेट में 100 से अधिक हिस्से हो सकते हैं, और सेमीकंडक्टर विनिर्माण उपकरण के हिस्से और सहायक उपकरण उद्योग में सबसे बड़ी व्यापार श्रेणी हैं। निर्माता जनगणना सर्वेक्षण के अनुसार, अमेरिकी सेमीकंडक्टर विनिर्माण उपकरण बिक्री राजस्व का आधा हिस्सा घटकों और अन्य सामग्रियों में जाता है। 130 से अधिक अमेरिकी कंपनियां विदेशी कंपनियों द्वारा बेचे जाने वाले उपकरणों के लिए महत्वपूर्ण घटकों की आपूर्ति करती हैं। विशेष रूप से, साइमर (यूएसए) एएसएमएल की ईयूवी स्टेपर/स्कैनर लिथोग्राफी मशीनों के लिए लेजर बनाती है। एएसएमएल ने 2013 में साइमर का अधिग्रहण किया, लेकिन साइमर एएसएमएल की एक स्वतंत्र यूएस-आधारित ऑपरेटिंग इकाई बनी हुई है।

सीमित बाजारों और ग्राहकों के कारण बिक्री की चक्रीय प्रकृति के कारण, अधिकांश बड़ी उपकरण कंपनियां ग्राहकों को उपकरण और रखरखाव विकल्पों की पूरी श्रृंखला प्रदान करने के लिए एक से अधिक प्रकार के उपकरणों का निर्माण करती हैं। एएसएमएल जैसी लिथोग्राफी स्टेपर/स्कैनर उपकरण कंपनियां उपकरण की अनूठी तकनीक के कारण इस नियम की अपवाद हैं। लैम रिसर्च, टोक्यो इलेक्ट्रॉन (टीईएल) निक्षेपण और नक़्क़ाशी पर ध्यान केंद्रित करते हैं, जबकि केएलए मेट्रोलॉजी और निरीक्षण पर ध्यान केंद्रित करते हैं।

जापान और नीदरलैंड में अग्रणी स्थिति का एक अपवाद एमओसीवीडी उपकरण है, जिसका उपयोग सिलिकॉन के अलावा अन्य पदार्थों जैसे GaN और GaAs से बने अर्धचालकों के उत्पादन में किया जाता है, जिनमें एलईडी, लेजर डायोड और अन्य फोटोनिक चिप्स, पावर/आरएफ उपकरण और सौर सेल शामिल हैं। जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, GaN चिप्स के रणनीतिक रक्षात्मक महत्व हैं। एमओसीवीडी उपकरण वीको (अमेरिका), ऐक्सट्रॉन (जर्मनी) और एएमईसी (चीन) द्वारा निर्मित किए जाते हैं। चीन अधिग्रहण के माध्यम से एमओसीवीडी बाजार में अपनी हिस्सेदारी बढ़ाने की कोशिश कर रहा है। 2016 में, चीनी संस्था फुजियान ग्रैंड चिप इन्वेस्टमेंट फंड, जो इस सौदे के लिए गठित एक कंपनी है और जिसमें राज्य और क्षेत्रीय स्वामित्व वाली संस्थाएं शामिल हैं, ने ऐक्सट्रॉन का अधिग्रहण करने का प्रयास किया, लेकिन अमेरिकी विदेश निवेश समिति (सीएफआईयूएस) द्वारा समीक्षा के बाद राष्ट्रपति ओबामा ने इस सौदे को रोक दिया, संभवतः अधिग्रहणकर्ता द्वारा अधिग्रहण प्रस्ताव को वापस लेने के कारण।

नक़्क़ाशी उपकरण के लिए शीर्ष तीन कंपनियां लैम रिसर्च (यूएस), टोक्यो इलेक्ट्रॉन (जापान), और एप्लाइड मैटेरियल्स (यूएस) हैं। एएमईसी सहित चीनी कंपनियों के पास नक़्क़ाशी में कुछ विशेषज्ञता है और वे कम-अंत अनुप्रयोगों के लिए उपकरण प्रदान कर सकते हैं, हालांकि, उनकी बाजार हिस्सेदारी केवल 1% के आसपास है।

फ्रंट-एंड सेमीकंडक्टर विनिर्माण उपकरण की तुलना में बैक-एंड पैकेजिंग एसएमई में अमेरिका की बाजार हिस्सेदारी अपेक्षाकृत कम (4.9%) है। पैकेजिंग उपकरण में सबसे बड़ी हिस्सेदारी जापान (35.7%) की है, इसके बाद चीन (22.9%) और नीदरलैंड (11.1%) का स्थान है। हालाँकि, अमेरिका स्थित कुलिके और सोफ़ा एक अग्रणी सेमीकंडक्टर पैकेजिंग उपकरण कंपनी है। अमेरिका और जापान क्रमशः 33.5% और 48.6% बाजार हिस्सेदारी के साथ बैक-एंड टेस्ट उपकरण (एटीपी) में अग्रणी हैं।

(3) सेमीकंडक्टर विनिर्माण उपकरण, संयुक्त राज्य अमेरिका का जोखिम

विदेशी (गैर-अमेरिकी) बिक्री पर निर्भरता:

जबकि सेमीकंडक्टर उत्पादन उपकरण बाजार में अमेरिका की बड़ी हिस्सेदारी है, अमेरिकी निर्माता विदेशी बिक्री पर अत्यधिक निर्भर हैं। सबसे बड़े सेमीकंडक्टर निर्माताओं के रूप में, ताइवान, चीन और दक्षिण कोरिया सेमीकंडक्टर उत्पादन उपकरण के लिए सबसे बड़े बाजार हैं। हालाँकि, चिप फैब्स द्वारा आवश्यक भारी खर्च के कारण ताइवान को 2021 और 2022 में सेमीकंडक्टर उत्पादन उपकरण के लिए सबसे बड़े बाजार के रूप में अपनी स्थिति फिर से हासिल करने की उम्मीद है, एप्लाइड मैटेरियल्स और लैम रिसर्च की रिपोर्ट है कि इसके कुल 90 राजस्व का लगभग 2020% गैर से आएगा - अमेरिकी बिक्री. चीन से लैम रिसर्च का राजस्व 16 में 2018% से बढ़कर 31 में 2020% हो गया। परिणामस्वरूप, यूएस सेमीकंडक्टर उत्पादन उपकरण निर्माताओं को यूएस-चीन व्यापार प्रतिबंधों या एशिया में अप्रत्याशित मांग परिवर्तन से महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित होने का जोखिम है। परिणामी प्रभाव वर्तमान राजस्व गिरावट से कहीं आगे तक जा सकता है, क्योंकि सेमीकंडक्टर निर्माताओं को डिवाइस लॉक-इन की एक डिग्री का अनुभव होता है, और डिवाइस आपूर्तिकर्ताओं को बदलने के लिए महंगे रीडिज़ाइन की आवश्यकता होती है। उदाहरण के लिए, लैम रिसर्च ने अपनी 2020 की वार्षिक रिपोर्ट में कहा, "एक बार जब कोई सेमीकंडक्टर निर्माता किसी प्रतिस्पर्धी के सेमीकंडक्टर विनिर्माण उपकरण खरीदने के लिए प्रतिबद्ध हो जाता है, तो निर्माता आमतौर पर उस प्रतिस्पर्धी के उपकरण खरीदना जारी रखता है, जिससे भविष्य में हमारे लिए उस ग्राहक को बेचना कठिन हो जाता है।" । उपकरण।" इसके अलावा, सेमीकंडक्टर उत्पादन उपकरण की बिक्री विश्वविद्यालयों और सेमीकंडक्टर निर्माण कंपनियों तक ही सीमित है, जिनके पास फैब्स हैं, सेमीकंडक्टर उत्पादन उपकरण कंपनियां इन श्रेणियों के बाहर अपना ग्राहक आधार नहीं बढ़ा सकती हैं क्योंकि ऐसे उपकरण सेमीकंडक्टर उद्योग के लिए अद्वितीय हैं।

सेमीकंडक्टर विनिर्माण उपकरण के उत्पादन के लिए चीनी सब्सिडी बाजार को विकृत करती है:

इसके अलावा, चीन देश में सेमीकंडक्टर उत्पादन उपकरणों के उत्पादन को वित्तपोषित करने के लिए पर्याप्त सब्सिडी प्रदान करने की योजना बना रहा है। चाइना नेशनल इंटीग्रेटेड सर्किट इंडस्ट्री इन्वेस्टमेंट फंड का दूसरा चरण $28.9 से $47 बिलियन तक की फंडिंग के साथ नक़्क़ाशी मशीनों, जमाव उपकरण, परीक्षण और वेफर सफाई उपकरण पर केंद्रित है। सब्सिडी चीनी कंपनियों को व्यवसाय में बनाए रखती है, भले ही अधिकांश लाभहीन प्रतीत होती हैं। उदाहरण के लिए, आर्थिक सहयोग और विकास संगठन (ओईसीडी) के अनुसार, "सरकारी पूंजी निवेश का चीनी सेमीकंडक्टर उत्पादकों के वित्तीय प्रदर्शन पर स्पष्ट प्रभाव पड़ा है," जहां कॉर्पोरेट परिसंपत्तियों में वृद्धि लाभप्रदता में वृद्धि से मेल नहीं खाती है। . ये सब्सिडी चीनी कंपनियों को अगली पीढ़ी के सेमीकंडक्टर विनिर्माण में अनुसंधान और विकास में निवेश करने के लिए धन प्रदान करती है, जिससे उन्हें गैर-चीनी कंपनियों पर महत्वपूर्ण लाभ मिलता है जिन्हें ऐसी सब्सिडी नहीं मिलती है। अतीत के विपरीत, सेमीकंडक्टर उत्पादन उपकरण निर्माता आज अगली पीढ़ी के वेफर आकारों के लिए आर एंड डी में निवेश करने के लिए अनिच्छुक हैं, सेमीकंडक्टर उत्पादन उपकरण बनाने के लिए पर्याप्त आर एंड डी और पूंजीगत व्यय और अग्रणी-किनारे चिप उत्पादन कब और कहां किया जाएगा इसकी अनिश्चितता को देखते हुए .