(Sambungan daripada Bahagian I: Reka Bentuk Litar Bersepadu, Bahagian II: Pembuatan Litar Bersepadu, Bahagian III: Pembungkusan Asas, Ujian dan Pembungkusan Termaju)

5. Peralatan pembuatan produk semikonduktor

(1) Garis Besar Peralatan Pembuatan Semikonduktor Perusahaan Kecil dan Sederhana

Terdapat banyak jenis peralatan pemprosesan dan pembuatan produk semikonduktor yang digunakan oleh perusahaan kecil dan sederhana dalam setiap proses barisan pengeluaran semikonduktor. Terdapat peralatan khusus semikonduktor (pra-pemprosesan) untuk mengeluarkan wafer kosong (bahan), peralatan untuk memproses wafer kosong kepada wafer akhir (pasca pemprosesan), dan peralatan untuk pembuatan topeng foto (pengeluaran topeng). Pembuat cip memerlukan pelbagai peralatan bahagian hadapan pada barisan pengeluaran mereka. Kos peralatan fabrikasi semikonduktor bahagian hadapan yang kompleks merupakan sebab utama kos tinggi fabrik semikonduktor, termasuk kos membina fabrik ultra-bersih.

Peralatan fabrikasi semikonduktor bahagian hadapan termasuk peralatan untuk proses fabrikasi cip seperti fotolitografi, etsa, doping atau implantasi ion, pemendapan, penggilap atau planarisasi mekanikal kimia. Nota khusus ialah peralatan pemendapan wap kimia logam-organik (MOCVD), jenis peralatan pemendapan tertentu yang memendapkan lapisan nipis logam tertentu, terutamanya digunakan untuk menghasilkan semikonduktor kompaun, termasuk yang berasaskan GaAs dan GaN.

Peralatan pembuatan semikonduktor belakang SME termasuk ATP dan peralatan pembungkusan lanjutan.

(2) Keadaan semasa

Peralatan pembuatan semikonduktor dikuasai oleh syarikat di AS (41.7% bahagian dari segi hasil jualan), Jepun (31.1%) dan Belanda (18.8%). Korea Selatan mempunyai 2.2% bahagian, dengan baki kira-kira 6.2% dikongsi oleh China, Jerman, Taiwan, Israel, Kanada dan negara lain di Asia Tenggara dan Eropah. Kebanyakan pengeluar peralatan pembuatan semikonduktor Korea Selatan dimiliki oleh Samsung atau SK Hynix, pelanggan utama syarikat peralatan semikonduktor Korea Selatan ini ialah syarikat semikonduktor Korea Selatan. Walaupun terdapat juga syarikat China yang mengeluarkan pelbagai jenis peralatan pembuatan semikonduktor, syarikat China tidak mempunyai bahagian yang ketara dalam mana-mana kategori peralatan pembuatan semikonduktor kecuali pemasangan bahagian belakang, peralatan pembungkusan dan MOCVD.

Secara keseluruhannya, AS menyumbang sebahagian besar pengeluaran global bagi kebanyakan peralatan pengeluaran semikonduktor bahagian hadapan, kecuali pengeluaran peralatan litografi yang tertumpu di Belanda dan Jepun. AS juga menyumbang sebahagian besar pengeluaran global peralatan ujian bahagian belakang. Sebaliknya, Amerika Syarikat mempunyai bahagian pasaran yang agak kecil dalam pembuatan peralatan pengeluaran semikonduktor belakang global (peralatan pemasangan dan pembungkusan), manakala China mempunyai bahagian yang besar. Walaupun China pada masa ini sangat bergantung pada peralatan pengeluaran semikonduktor bukan sumber China (kecuali untuk pembungkusan dan MOCVD), ia melabur banyak untuk menumpukan pada pengeluaran peralatan tersebut. Pelaburan ini memberi syarikat benefisiari kelebihan yang ketara dalam membangunkan dan mengeluarkan peralatan cip canggih berbanding syarikat lain.

Seperti yang ditunjukkan oleh carta di bawah, walaupun AS mempunyai bahagian pasaran yang besar dalam pengeluaran kebanyakan PKS bahagian hadapan, pengecualian yang ketara ialah peralatan imbasan/stepper litografi, yang hampir keseluruhannya dihasilkan oleh syarikat Belanda ASML dan syarikat Jepun Nikon dan Canon. Bagi mesin litografi, ASML (Belanda) adalah satu-satunya pengeluar stepper/pengimbas EUV, yang penting untuk pengeluaran litar bersepadu dengan lebar talian 5 nm atau kurang. Walau bagaimanapun, hanya dua pembuat semikonduktor, TSMC dan Samsung, kini menggunakan mesin EUV dalam pengeluaran, dengan satu peranti berharga lebih daripada $100 juta. ASML dan Nikon kedua-duanya mengeluarkan mesin litografi ultraungu dalam (DUV) yang memproyeksikan pancaran cahaya melalui topeng foto dan mencipta imej corak topeng foto yang diperkecilkan pada wafer. Di luar Belanda dan Jepun, bahagian peralatan litografi AS dan negara lain adalah terutamanya untuk cip volum rendah tertentu atau untuk membuat topeng foto.

Satu set peralatan pembuatan semikonduktor boleh mempunyai sebanyak 100+ bahagian, dan bahagian dan aksesori peralatan pembuatan semikonduktor ialah kategori perdagangan terbesar dalam industri. Menurut tinjauan Banci Pengilang, separuh daripada hasil jualan peralatan pembuatan semikonduktor AS pergi ke komponen dan bahan lain. Lebih daripada 130 syarikat AS membekalkan komponen kritikal untuk peralatan yang dijual oleh syarikat asing. Terutama, Cymer (USA) mengeluarkan laser untuk mesin litografi stepper/pengimbas EUV ASML. ASML memperoleh Cymer pada 2013, tetapi Cymer kekal sebagai unit operasi bebas ASML yang berpangkalan di AS.

Kerana sifat kitaran jualan disebabkan oleh pasaran dan pelanggan yang terhad, kebanyakan syarikat peralatan besar mengeluarkan lebih daripada satu jenis peralatan untuk menyediakan pelanggan dengan set lengkap peralatan dan pilihan penyelenggaraan. Syarikat peralatan stepper/pengimbas litografi seperti ASML adalah pengecualian kepada peraturan ini kerana teknologi peralatan yang unik. Lam Research, Tokyo Electron (TEL) memfokuskan pada pemendapan dan goresan, manakala KLA menumpukan pada metrologi dan pemeriksaan.

Satu pengecualian kepada peneraju di Jepun dan Belanda ialah peralatan MOCVD, yang digunakan untuk menghasilkan semikonduktor yang diperbuat daripada bahan selain silikon seperti GaN dan GaA, termasuk LED, diod laser dan cip fotonik lain, peranti kuasa/RF dan sel solar. Seperti yang dinyatakan di atas, cip GaN mempunyai implikasi pertahanan strategik. Peralatan MOCVD dikeluarkan oleh Veeco (AS), Aixtron (Jerman) dan AMEC (China). China sedang cuba mendapatkan bahagian pasaran dalam pasaran MOCVD melalui pengambilalihan. Pada tahun 2016, entiti China Fujian Grand Chip Investment Fund, sebuah syarikat yang ditubuhkan untuk perjanjian itu, termasuk institusi milik kerajaan dan serantau, cuba memperoleh Aixtron, tetapi perjanjian itu disekat oleh Presiden Obama selepas semakan oleh Jawatankuasa Pelaburan Asing di Amerika Syarikat (CFIUS), yang berpotensi menyebabkan pemeroleh meninggalkan tawaran pengambilalihan.

Tiga syarikat teratas untuk peralatan etsa ialah Lam Research (AS), Tokyo Electron (Jepun), dan Applied Materials (AS). Syarikat China, termasuk AMEC, mempunyai beberapa kepakaran dalam etsa dan boleh menyediakan peralatan untuk aplikasi kelas rendah, namun bahagian pasaran mereka hanya sekitar 1%.

AS mempunyai bahagian pasaran yang agak kecil (4.9%) dalam PKS pembungkusan bahagian belakang berbanding peralatan pembuatan semikonduktor bahagian hadapan. Jepun mempunyai bahagian terbesar peralatan pembungkusan (35.7%), diikuti oleh China (22.9%) dan Belanda (11.1%). Walau bagaimanapun, Kulicke dan Soffa yang berpangkalan di AS ialah syarikat peralatan pembungkusan semikonduktor terkemuka. AS dan Jepun mendahului dalam peralatan ujian bahagian belakang (ATP) masing-masing dengan 33.5% dan 48.6% bahagian pasaran.

(3) Peralatan pembuatan semikonduktor, risiko Amerika Syarikat

Pergantungan pada jualan asing (bukan AS):

Walaupun AS mempunyai bahagian yang besar dalam pasaran peralatan pengeluaran semikonduktor, pengeluar AS sangat bergantung pada jualan asing. Sebagai pengeluar semikonduktor terbesar, Taiwan, China dan Korea Selatan merupakan pasaran terbesar untuk peralatan pengeluaran semikonduktor. Walaupun Taiwan dijangka akan mendapatkan semula kedudukannya sebagai pasaran terbesar untuk peralatan pengeluaran semikonduktor pada tahun 2021 dan 2022, disebabkan oleh perbelanjaan besar yang diperlukan oleh fabrikasi cip, Applied Materials and Lam Research melaporkan bahawa kira-kira 90% daripada jumlah pendapatan 2020 akan datang daripada jualan bukan AS. Pendapatan Lam Research dari China meningkat daripada 16% pada tahun 2018 kepada 31% pada tahun 2020. Akibatnya, pembuat peralatan pengeluaran semikonduktor AS berisiko terjejas dengan ketara oleh sekatan perdagangan AS-China atau perubahan permintaan yang tidak dijangka di Asia. Kesan yang terhasil boleh melangkaui penurunan pendapatan semasa, kerana pengeluar semikonduktor mengalami tahap peranti terkunci, dan menukar pembekal peranti memerlukan reka bentuk semula yang mahal. Contohnya, Lam Research menyatakan dalam laporan tahunannya 2020, "Sebaik sahaja pengeluar semikonduktor komited untuk membeli peralatan pembuatan semikonduktor pesaing, pengeluar tersebut biasanya terus membeli peralatan pesaing tersebut, menjadikannya lebih sukar bagi kami untuk menjual peralatan kami kepada pelanggan tersebut pada masa hadapan.” Di samping itu, jualan peralatan pengeluaran semikonduktor adalah terhad kepada universiti dan syarikat pembuatan semikonduktor yang memiliki fabrikasi. Syarikat peralatan pengeluaran semikonduktor tidak boleh mengembangkan asas pelanggan mereka di luar kategori ini kerana peralatan sedemikian adalah unik kepada industri semikonduktor.

Subsidi China untuk pengeluaran peralatan pembuatan semikonduktor memesongkan pasaran:

Di samping itu, China merancang untuk menyediakan subsidi yang besar untuk membiayai pengeluaran peralatan pengeluaran semikonduktor di negara itu. Fasa kedua Dana Pelaburan Industri Litar Bersepadu Nasional China memfokuskan pada mesin etsa, peralatan pemendapan, peralatan ujian dan pembersihan wafer, dengan pembiayaan antara $28.9 hingga $47 bilion. Subsidi itu mengekalkan syarikat China dalam perniagaan, walaupun kebanyakannya kelihatan tidak menguntungkan. Sebagai contoh, menurut Pertubuhan Kerjasama dan Pembangunan Ekonomi (OECD), "suntikan modal kerajaan telah memberi kesan yang jelas terhadap prestasi kewangan pengeluar semikonduktor China," di mana peningkatan dalam aset korporat tidak dipadankan dengan pertumbuhan dalam keuntungan. . Subsidi ini menyediakan dana kepada syarikat China untuk melabur dalam penyelidikan dan pembangunan dalam pembuatan semikonduktor generasi akan datang, memberikan mereka kelebihan ketara berbanding syarikat bukan China yang tidak menerima subsidi sedemikian. Tidak seperti dahulu, pengeluar peralatan pengeluaran semikonduktor hari ini enggan melabur dalam R&D bagi saiz wafer generasi akan datang, memandangkan R&D dan perbelanjaan modal yang besar untuk mengeluarkan peralatan pengeluaran semikonduktor dan ketidakpastian bila dan di mana pengeluaran cip termaju akan dibuat. .