(Продолжение Части I: Проектирование интегральных схем, Часть II: Производство интегральных схем, Часть III: Базовая упаковка, тестирование и расширенная упаковка)

5. Оборудование для производства полупроводниковой продукции

(1) Краткое описание оборудования для производства полупроводников малых и средних предприятий

Существует множество типов оборудования для обработки и производства полупроводниковой продукции, используемого малыми и средними предприятиями в каждом процессе линии по производству полупроводников. Существует полупроводниковое оборудование (предварительная обработка) для производства голых пластин (материалов), оборудование для переработки голых пластин в конечные пластины (постобработка) и оборудование для изготовления фотошаблонов (производство масок). Производителям микросхем на своих производственных линиях требуется разнообразное предварительное оборудование. Стоимость сложного оборудования для производства полупроводников является основной причиной высокой стоимости полупроводниковых производств, включая стоимость строительства сверхчистых производств.

Первичное оборудование для производства полупроводников включает в себя оборудование для таких процессов изготовления чипов, как фотолитография, травление, легирование или ионная имплантация, осаждение, полировка или химико-механическая планаризация. Особо следует отметить оборудование для химического осаждения из паровой фазы металлоорганических соединений (MOCVD) — особый тип оборудования для осаждения, которое наносит тонкие слои определенных металлов и в основном используется для производства сложных полупроводников, в том числе на основе GaAs и GaN.

Базовое оборудование для производства полупроводников для МСП включает в себя ATP и современное упаковочное оборудование.

(2) Текущая ситуация

В производстве полупроводникового оборудования доминируют компании из США (доля 41.7% по выручке от продаж), Японии (31.1%) и Нидерландов (18.8%). На долю Южной Кореи приходится 2.2%, а оставшиеся примерно 6.2% принадлежат Китаю, Германии, Тайваню, Израилю, Канаде и другим странам Юго-Восточной Азии и Европы. Большинство южнокорейских производителей оборудования для производства полупроводников принадлежат Samsung или SK Hynix, основными клиентами этих южнокорейских компаний по производству полупроводникового оборудования являются южнокорейские полупроводниковые компании. Хотя существует также китайская компания, которая производит различные типы оборудования для производства полупроводников, китайские компании не имеют значительной доли ни в одной категории оборудования для производства полупроводников, за исключением оборудования для сборки, упаковки и MOCVD.

В целом, на долю США приходится значительная доля мирового производства большинства передового оборудования для производства полупроводников, за исключением производства литографического оборудования, которое сосредоточено в Нидерландах и Японии. На США также приходится большая доля мирового производства оборудования для внутренних испытаний. Напротив, Соединенные Штаты имеют относительно небольшую долю рынка мирового производства оборудования для производства полупроводников (сборочное и упаковочное оборудование), в то время как Китай имеет значительную долю. Хотя Китай в настоящее время сильно зависит от оборудования для производства полупроводников некитайского производства (за исключением упаковки и MOCVD), он вкладывает значительные средства, чтобы сосредоточиться на производстве такого оборудования. Эти инвестиции дают компаниям-бенефициарам значительное преимущество в разработке и производстве современного чип-оборудования по сравнению с другими компаниями.

Как показано на диаграмме ниже, хотя США занимают значительную долю рынка в производстве большинства передовых МСП, заметным исключением является оборудование для литографического сканирования/шагового оборудования, которое почти полностью производится голландской компанией ASML и японскими компаниями Nikon и Canon. Что касается литографических машин, ASML (Нидерланды) является единственным производителем шаговых устройств/сканеров EUV, которые имеют решающее значение для производства интегральных схем с шириной линии 5 нм или менее. Однако только два производителя полупроводников, TSMC и Samsung, в настоящее время используют в производстве машины EUV, причем одно устройство стоит более 100 миллионов долларов. ASML и Nikon производят машины для литографии в глубоком ультрафиолете (DUV), которые проецируют луч света через фотомаску и создают на пластине уменьшенное изображение рисунка фотомаски. За исключением Нидерландов и Японии, доля литографического оборудования в США и других странах в основном предназначена для производства конкретных микросхем небольшого объема или изготовления фотошаблонов.

Комплект оборудования для производства полупроводников может состоять из более чем 100 деталей, а детали и аксессуары для оборудования для производства полупроводников являются крупнейшей торговой категорией в отрасли. По данным переписи производителей, половина доходов от продаж оборудования для производства полупроводников в США приходится на компоненты и другие материалы. Более 130 компаний США поставляют критически важные компоненты для оборудования, продаваемого иностранными компаниями. Примечательно, что компания Cymer (США) производит лазеры для шаговых/сканирующих литографических машин ASML EUV. ASML приобрела Cymer в 2013 году, но Cymer остается независимым операционным подразделением ASML в США.

Из-за циклического характера продаж из-за ограниченности рынков и клиентов большинство крупных компаний по производству оборудования производят более одного типа оборудования, чтобы предоставить клиентам полный набор оборудования и вариантов обслуживания. Компании, производящие шаговое/сканирующее оборудование для литографии, такие как ASML, являются исключениями из этого правила из-за уникальной технологии оборудования. Lam Research, Tokyo Electron (TEL) специализируются на осаждении и травлении, а KLA – на метрологии и контроле.

Единственным исключением из правила в Японии и Нидерландах является оборудование MOCVD, которое используется для производства полупроводников, изготовленных из материалов, отличных от кремния, таких как GaN и GaAs, включая светодиоды, лазерные диоды и другие фотонные чипы, силовые/РЧ-устройства и солнечные элементы. Как упоминалось выше, чипы GaN имеют стратегическое оборонительное значение. Оборудование MOCVD производится компаниями Veeco (США), Aixtron (Германия) и AMEC (Китай). Китай пытается завоевать долю рынка MOCVD за счет приобретений. В 2016 году китайское предприятие Fujian Grand Chip Investment Fund, компания, созданная для этой сделки, включая государственные и региональные учреждения, попыталась приобрести Aixtron, но сделка была заблокирована президентом Обамой после проверки Комитетом по иностранным инвестициям. в США (CFIUS) потенциальный покупатель отказался от предложения о поглощении.

В тройку крупнейших компаний-производителей оборудования для травления входят Lam Research (США), Tokyo Electron (Япония) и Applied Materials (США). Китайские компании, в том числе AMEC, имеют некоторый опыт в области травления и могут предоставить оборудование для недорогих приложений, однако их доля рынка составляет всего около 1%.

США имеют относительно небольшую долю рынка (4.9%) в секторе вторичного упаковочного оборудования для МСП по сравнению с передовым оборудованием для производства полупроводников. Наибольшая доля упаковочного оборудования принадлежит Японии (35.7%), за ней следуют Китай (22.9%) и Нидерланды (11.1%). Однако американская компания Kulicke and Soffa является ведущей компанией по производству упаковочного оборудования для полупроводников. США и Япония лидируют в производстве оборудования для внутренних испытаний (ATP) с долями рынка 33.5% и 48.6% соответственно.

(3) Оборудование для производства полупроводников, риск Соединенных Штатов.

Зависимость от продаж за рубежом (за пределами США):

Хотя США занимают большую долю рынка оборудования для производства полупроводников, американские производители сильно зависят от зарубежных продаж. Будучи крупнейшими производителями полупроводников, Тайвань, Китай и Южная Корея являются крупнейшими рынками оборудования для производства полупроводников. Хотя ожидается, что Тайвань восстановит свои позиции крупнейшего рынка оборудования для производства полупроводников в 2021 и 2022 годах из-за больших расходов, необходимых производителям микросхем, компании Applied Materials и Lam Research сообщают, что около 90% его общего дохода в 2020 году будет поступать от непродовольственных товаров. - Продажи в США. Выручка Lam Research из Китая увеличилась с 16% в 2018 году до 31% в 2020 году. В результате американские производители оборудования для производства полупроводников рискуют подвергнуться значительному воздействию торговых ограничений между США и Китаем или неожиданных изменений спроса в Азии. Последствия этого могут выйти далеко за рамки текущего снижения доходов, поскольку производители полупроводников испытывают определенную степень привязанности к устройствам, а смена поставщиков устройств требует дорогостоящих изменений в конструкции. Например, компания Lam Research в своем годовом отчете за 2020 год отметила: «Как только производитель полупроводников обязуется приобрести оборудование для производства полупроводников у конкурента, производитель, как правило, продолжает закупать оборудование этого конкурента, что затрудняет нам продажу нас этому покупателю в будущем. . оборудование." Кроме того, продажи оборудования для производства полупроводников ограничены университетами и компаниями-производителями полупроводников, которые владеют заводами.

Китайские субсидии на производство оборудования для производства полупроводников искажают рынок:

Кроме того, Китай планирует предоставить значительные субсидии для финансирования производства полупроводникового оборудования в стране. Второй этап Китайского национального инвестиционного фонда индустрии интегральных микросхем сосредоточен на машинах для травления, оборудовании для осаждения, оборудовании для тестирования и очистки пластин. Финансирование варьируется от 28.9 до 47 миллиардов долларов. Субсидии позволяют китайским компаниям продолжать бизнес, хотя большинство из них кажутся убыточными. Например, по данным Организации экономического сотрудничества и развития (ОЭСР), «вливания государственного капитала оказали явное влияние на финансовые показатели китайских производителей полупроводников», где увеличение корпоративных активов не сопровождалось ростом прибыльности. . Эти субсидии предоставляют китайским компаниям средства для инвестиций в исследования и разработки в области производства полупроводников следующего поколения, что дает им значительное преимущество перед некитайскими компаниями, которые не получают таких субсидий. В отличие от прошлого, производители оборудования для производства полупроводников сегодня неохотно инвестируют в НИОКР по размерам пластин следующего поколения, учитывая значительные НИОКР и капитальные затраты на производство оборудования для производства полупроводников, а также неопределенность относительно того, когда и где будет производиться передовое производство чипов. .