(Continuação da Parte I: Projeto de Circuito Integrado, Parte II: Fabricação de Circuito Integrado, Parte III: Embalagem Básica, Teste e Embalagem Avançada)

5. Equipamento de fabricação de produtos semicondutores

(1) Esboço de pequenas e médias empresas de equipamentos de fabricação de semicondutores

Existem muitos tipos de equipamentos de processamento e fabricação de produtos semicondutores usados ​​por pequenas e médias empresas em cada processo da linha de produção de semicondutores. Existem equipamentos específicos de semicondutores (pré-processamento) para fabricação de wafers nus (materiais), equipamentos para processamento de wafers nus em wafers finais (pós-processamento) e equipamentos para fabricação de fotomáscaras (produção de máscaras). Os fabricantes de chips precisam de uma variedade de equipamentos front-end em suas linhas de produção. O custo de equipamentos complexos de fabricação de semicondutores front-end é um dos principais motivos para o alto custo das fábricas de semicondutores, incluindo o custo de construção de fábricas ultralimpas.

Equipamentos front-end de fabricação de semicondutores incluem equipamentos para processos de fabricação de chips, como fotolitografia, gravação, dopagem ou implantação iônica, deposição, polimento ou planarização química-mecânica. Digno de nota são os equipamentos de deposição de vapor químico metal-orgânico (MOCVD), um tipo específico de equipamento de deposição que deposita camadas finas de certos metais, usado principalmente para produzir semicondutores compostos, incluindo aqueles baseados em GaAs e GaN.

Equipamentos de fabricação de semicondutores back-end SME incluem ATP e equipamentos de embalagem avançados.

(2) Situação atual

Os equipamentos de fabricação de semicondutores são dominados por empresas nos EUA (participação de 41.7% em termos de receita de vendas), Japão (31.1%) e Holanda (18.8%). A Coreia do Sul tem uma participação de 2.2%, sendo os restantes cerca de 6.2% partilhados pela China, Alemanha, Taiwan, Israel, Canadá e outros países do Sudeste Asiático e da Europa. A maioria dos fabricantes sul-coreanos de equipamentos de fabricação de semicondutores são propriedade da Samsung ou SK Hynix. Os principais clientes dessas empresas sul-coreanas de equipamentos semicondutores são empresas sul-coreanas de semicondutores. Embora exista também uma empresa chinesa que fabrica diferentes tipos de equipamentos de produção de semicondutores, as empresas chinesas não têm uma participação significativa em nenhuma categoria de equipamentos de fabricação de semicondutores, exceto montagem back-end, equipamentos de embalagem e MOCVD.

Em suma, os EUA são responsáveis ​​por uma grande parte da produção global da maioria dos equipamentos de produção de semicondutores front-end, com exceção da produção de equipamentos de litografia que está concentrada nos Países Baixos e no Japão. Os EUA também respondem por uma grande parte da produção global de equipamentos de teste back-end. Em contraste, os Estados Unidos têm uma quota de mercado relativamente pequena no fabrico global de equipamentos de produção de semicondutores back-end (equipamentos de montagem e embalagem), enquanto a China tem uma quota considerável. Embora a China seja atualmente altamente dependente de equipamentos de produção de semicondutores de origem não chinesa (exceto embalagens e MOCVD), está a investir fortemente para se concentrar na produção de tais equipamentos. Estes investimentos conferem às empresas beneficiárias uma vantagem significativa no desenvolvimento e produção de equipamentos de chips de última geração em relação a outras empresas.

Como mostra o gráfico abaixo, embora os EUA detenham uma participação de mercado considerável na produção da maioria dos equipamentos de ponta para PMEs, a exceção notável é o equipamento de litografia por varredura/stepping, que é fabricado quase inteiramente pela empresa holandesa ASML e pelas empresas japonesas Nikon e Canon. No caso das máquinas de litografia, a ASML (Holanda) é a única produtora de steppers/scanners EUV, que são cruciais para a produção de circuitos integrados com larguras de linha de 5 nm ou menos. No entanto, apenas dois fabricantes de semicondutores, TSMC e Samsung, utilizam atualmente máquinas EUV em produção, com um único dispositivo custando mais de US$ 100 milhões. A ASML e a Nikon fabricam máquinas de litografia ultravioleta profunda (DUV) que projetam um feixe de luz através de uma fotomáscara e criam uma imagem reduzida do padrão da fotomáscara no wafer. Fora da Holanda e do Japão, a participação dos EUA e de outros países no mercado de equipamentos de litografia destina-se principalmente a chips específicos de baixo volume ou à fabricação de fotomáscaras.

Um conjunto de equipamentos de fabricação de semicondutores pode ter mais de 100 peças, e as peças e acessórios de equipamentos de fabricação de semicondutores são a maior categoria comercial do setor. De acordo com a pesquisa do Censo dos Fabricantes, metade da receita de vendas de equipamentos de fabricação de semicondutores nos EUA vai para componentes e outros materiais. Mais de 130 empresas norte-americanas fornecem componentes críticos para equipamentos vendidos por empresas estrangeiras. Notavelmente, a Cymer (EUA) fabrica lasers para as máquinas de litografia de passo/scanner EUV da ASML. A ASML adquiriu a Cymer em 2013, mas a Cymer continua sendo uma unidade operacional independente da ASML com sede nos EUA.

Devido à natureza cíclica das vendas devido a mercados e clientes limitados, a maioria das grandes empresas de equipamentos fabrica mais de um tipo de equipamento para fornecer aos clientes um conjunto completo de equipamentos e opções de manutenção. Empresas de equipamentos de passo/scanner de litografia, como a ASML, são exceções a esta regra devido à tecnologia exclusiva do equipamento. Lam Research, Tokyo Electron (TEL) concentra-se em deposição e gravação, enquanto KLA concentra-se em metrologia e inspeção.

Uma exceção à liderança do Japão e da Holanda é o equipamento MOCVD, usado para produzir semicondutores feitos de materiais diferentes do silício, como GaN e GaAs, incluindo LEDs, diodos laser e outros chips fotônicos, dispositivos de potência/RF e células solares. Como mencionado anteriormente, os chips de GaN têm implicações estratégicas de defesa. O equipamento MOCVD é fabricado pela Veeco (EUA), Aixtron (Alemanha) e AMEC (China). A China está tentando ganhar participação no mercado de MOCVD por meio de aquisições. Em 2016, a entidade chinesa Fujian Grand Chip Investment Fund, uma empresa formada para esse fim, incluindo instituições estatais e regionais, tentou adquirir a Aixtron, mas o negócio foi bloqueado pelo presidente Obama após uma revisão do Comitê de Investimento Estrangeiro nos Estados Unidos (CFIUS), possivelmente devido à desistência do comprador em relação à oferta de aquisição.

As três principais empresas de equipamentos de gravação são Lam Research (EUA), Tokyo Electron (Japão) e Applied Materials (EUA). As empresas chinesas, incluindo a AMEC, têm alguma experiência em gravação e podem fornecer equipamentos para aplicações de baixo custo, no entanto, a sua quota de mercado é de apenas cerca de 1%.

Os EUA têm uma quota de mercado relativamente pequena (4.9%) nas PME de embalagens de back-end em comparação com equipamentos de produção de semicondutores de front-end. O Japão tem a maior participação em equipamentos de embalagem (35.7%), seguido pela China (22.9%) e pela Holanda (11.1%). No entanto, a Kulicke and Soffa, sediada nos EUA, é uma empresa líder em equipamentos de embalagem de semicondutores. Os EUA e o Japão lideram em equipamentos de teste back-end (ATP), com 33.5% e 48.6% de participação de mercado, respectivamente.

(3) Equipamentos de fabricação de semicondutores, o risco dos Estados Unidos

Dependência de vendas externas (fora dos EUA):

Embora os EUA detenham uma grande fatia do mercado de equipamentos para produção de semicondutores, os produtores americanos são altamente dependentes das vendas externas. Como os maiores fabricantes de semicondutores, Taiwan, China e Coreia do Sul são os maiores mercados para equipamentos de produção de semicondutores. Apesar da expectativa de que Taiwan recupere sua posição como o maior mercado para equipamentos de produção de semicondutores em 2021 e 2022, devido aos altos investimentos exigidos pelas fábricas de chips, a Applied Materials e a Lam Research relatam que cerca de 90% de sua receita total de 2020 virá de vendas fora dos EUA. A receita da Lam Research proveniente da China aumentou de 16% em 2018 para 31% em 2020. Como resultado, os fabricantes americanos de equipamentos para produção de semicondutores correm o risco de serem significativamente impactados por restrições comerciais entre EUA e China ou por mudanças inesperadas na demanda na Ásia. O impacto resultante pode ir muito além da atual queda na receita, visto que os fabricantes de semicondutores enfrentam um certo grau de dependência de fornecedores de dispositivos, e a troca de fornecedores exige projetos dispendiosos. Por exemplo, a Lam Research observou em seu relatório anual de 2020: "Uma vez que um fabricante de semicondutores se compromete a comprar equipamentos de fabricação de semicondutores de um concorrente, ele normalmente continua comprando os equipamentos desse concorrente, o que dificulta a venda de nossos equipamentos para esse cliente no futuro." Além disso, as vendas de equipamentos de produção de semicondutores são limitadas a universidades e empresas de fabricação de semicondutores que possuem fábricas. As empresas de equipamentos de produção de semicondutores não conseguem expandir sua base de clientes para além dessas categorias, pois esses equipamentos são exclusivos da indústria de semicondutores.

Os subsídios chineses para a produção de equipamentos de fabricação de semicondutores distorcem o mercado:

Além disso, a China planeia fornecer subsídios substanciais para financiar a produção de equipamentos de produção de semicondutores no país. A segunda fase do Fundo Nacional de Investimento da Indústria de Circuitos Integrados da China concentra-se em máquinas de gravação, equipamentos de deposição, equipamentos de teste e limpeza de wafers, com financiamento variando de US$ 28.9 a US$ 47 bilhões. Os subsídios mantêm as empresas chinesas em atividade, embora a maioria pareça não ser lucrativa. Por exemplo, de acordo com a Organização para a Cooperação e Desenvolvimento Económico (OCDE), “as injecções de capital governamental tiveram um impacto claro no desempenho financeiro dos produtores chineses de semicondutores”, onde os aumentos nos activos empresariais não foram acompanhados pelo crescimento da rentabilidade. . Estes subsídios proporcionam às empresas chinesas fundos para investirem em investigação e desenvolvimento no fabrico de semicondutores da próxima geração, dando-lhes uma vantagem significativa sobre as empresas não chinesas que não recebem tais subsídios. Ao contrário do que acontecia no passado, os fabricantes de equipamentos de produção de semicondutores hoje estão relutantes em investir em P&D para tamanhos de wafer de próxima geração, dados os investimentos substanciais em P&D e capital para fabricar equipamentos de produção de semicondutores e a incerteza de quando e onde a produção de chips de ponta será feita .