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（上接第一部分：集成電路設(shè)計(jì)；第二部分：集成電路制造；第三部分：基本封裝、測試與先進(jìn)封裝）

五、半導(dǎo)體產(chǎn)品制造設(shè)備

（一）半導(dǎo)體制造設(shè)備SME概述

半導(dǎo)體產(chǎn)品加工制造設(shè)備SME有很多種類，分別用于半導(dǎo)體生產(chǎn)線的不同工序。包含有專門用于制造裸晶圓（材料）、將裸晶圓加工為成品晶圓的半導(dǎo)體（前端）設(shè)備、封裝（后端）設(shè)備，以及用于制造光掩模的設(shè)備（掩模制造）的設(shè)備等類型。芯片制造商在其生產(chǎn)線中需要全部類別的前端設(shè)備。復(fù)雜的前端半導(dǎo)體制造設(shè)備的成本是半導(dǎo)體晶圓廠成本高的主要原因（還包含超凈廠房建設(shè)成本）。

前端半導(dǎo)體制造設(shè)備包括用于芯片制造諸工序的設(shè)備，例如光刻、蝕刻、摻雜或離子注入、沉積、拋光或化學(xué)機(jī)械平面化。特別值得注意的是金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積 (MOCVD) 設(shè)備，這是一種特定類型的沉積設(shè)備，可沉積某些金屬的薄層，主要用于生產(chǎn)化合物半導(dǎo)體，包括基于 GaAs 和 GaN 的那些。

后端半導(dǎo)體制造設(shè)備SME包括ATP和高級封裝設(shè)備。

（二）現(xiàn)狀

半導(dǎo)體制造設(shè)備由美國（按銷售收入計(jì) 41.7% 的份額）、日本（31.1%）和荷蘭（18.8%）的公司主導(dǎo)。韓國擁有 2.2% 的份額，其余大致6.2%的份額由中國、德國、臺灣、以色列、加拿大以及東南亞和歐洲的其他國家/地區(qū)分享。韓國的半導(dǎo)體制造設(shè)備廠商多為三星或 SK 海力士所有，這些韓國半導(dǎo)體設(shè)備公司的主要客戶韓國的半導(dǎo)體企業(yè)。盡管也有一家中國公司生產(chǎn)不同類型的半導(dǎo)體制造設(shè)備，但除了后端組裝、封裝設(shè)備和 MOCVD 外，中國公司在任何半導(dǎo)體制造設(shè)備類別中都沒有顯著的份額。

總而言之，除了光刻設(shè)備生產(chǎn)集中在荷蘭和日本之外，美國在大多數(shù)前端半導(dǎo)體生產(chǎn)設(shè)備的全球生產(chǎn)中占有很大份額。美國在后端測試設(shè)備的全球生產(chǎn)中也占有很大份額。相比之下，美國在全球后端半導(dǎo)體生產(chǎn)設(shè)備制造（裝配及封裝裝設(shè)備）市場份額相對較小，而中國則占有相當(dāng)大的份額。雖然中國目前高度依賴非中國來源的半導(dǎo)體生產(chǎn)設(shè)備（封裝和 MOCVD 除外），但它正在提供大量投資，專注于生產(chǎn)此類設(shè)備。相對于其他公司，這些投資為受益公司在研發(fā)生產(chǎn)前沿芯片設(shè)備方面提供了顯著優(yōu)勢。

如下圖所示，雖然美國在大多數(shù)前端SME的生產(chǎn)中占有相當(dāng)大的市場份額，但值得注意的例外是光刻掃描/步進(jìn)設(shè)備，幾乎全部由荷蘭公司 ASML 和日本公司尼康和佳能制造。對于光刻機(jī)，ASML（荷蘭）是 EUV 步進(jìn)器/掃描器的唯一生產(chǎn)商，這對于生產(chǎn)線寬為 5 nm 或更小的集成電路至關(guān)重要。然而，目前只有臺積電和三星兩家半導(dǎo)體制造商在生產(chǎn)中使用 EUV 機(jī)器，單臺設(shè)備的成本超過 1 億美元。ASML 和尼康都生產(chǎn)深紫外 (DUV) 光刻機(jī)，通過光掩模投射光束，并在晶片上創(chuàng)建光掩模圖案的縮小圖像。在荷蘭和日本之外，美國和其他國家在光刻設(shè)備方面的份額主要是用于特定小批量芯片或制造光掩模的光刻設(shè)備。

一臺套半導(dǎo)體制造設(shè)備可以有多達(dá)100多個零件，半導(dǎo)體制造設(shè)備零件和配件是該行業(yè)最大的貿(mào)易類別。根據(jù)制造商普查調(diào)查，美國半導(dǎo)體制造設(shè)備銷售收入的一半用于零部件和其他材料。有130多家美國公司為外國公司銷售的設(shè)備提供關(guān)鍵零部件。值得注意的是，Cymer（美國）為 ASML 的 EUV 步進(jìn)/掃描儀光刻機(jī)制造激光器。ASML 于 2013 年收購了Cymer，但 Cymer 仍然是 ASML 位于美國的獨(dú)立運(yùn)營部門。

由于市場和客戶有限，銷售具有周期性，大多數(shù)大型設(shè)備公司生產(chǎn)不止一種類型的設(shè)備，以便為客戶提供全套設(shè)備和維護(hù)選項(xiàng)。由于設(shè)備的獨(dú)特技術(shù)，ASML 等光刻步進(jìn)/掃描儀設(shè)備公司是這一規(guī)則的例外。Lam Research 、Tokyo Electron (TEL) 專注于沉積和蝕刻，而 KLA 專注于計(jì)量和檢測。

日本和荷蘭領(lǐng)先的一個例外是 MOCVD 設(shè)備，該設(shè)備用于生產(chǎn)由硅以外的材料（如 GaN 和 GaAs）制成的半導(dǎo)體，包括 LED、激光二極管和其他光子芯片、功率/射頻設(shè)備和太陽能細(xì)胞。如上所述，GaN 芯片具有戰(zhàn)略防御意義。MOCVD 設(shè)備由 Veeco（美國）、Aixtron（德國）和 AMEC（中國）制造。中國試圖通過收購獲得 MOCVD 市場的市場份額。2016 年，中國實(shí)體福建宏芯投資基金（一家為該交易成立的公司，包括國有和地區(qū)所有機(jī)構(gòu)）試圖收購Aixtron，但該交易由美國外國投資委員會 (CFIUS) 進(jìn)行審查后被奧巴馬總統(tǒng)阻止，潛在的收購方放棄了收購要約。

蝕刻設(shè)備排名前三的公司是 Lam Research（美國）、Tokyo Electron（日本）和 Applied Materials（美國）。  包括AMEC 在內(nèi)的中國公司在蝕刻方面擁有一定的專業(yè)知識，可以在低端應(yīng)用提供設(shè)備，然而，他們的市場份額只有 1%左右。

與前端半導(dǎo)體制造設(shè)備相比，美國在后端封裝SME的市場份額相對較小（4.9%）。日本擁有最大的封裝設(shè)備份額（35.7%），其次是中國（22.9%）和荷蘭（11.1%）。然而，總部位于美國的 Kulicke and Soffa 是一家領(lǐng)先的半導(dǎo)體封裝設(shè)備公司。美國和日本在后端測試設(shè)備（ATP）方面處于領(lǐng)先地位，分別擁有 33.5% 和 48.6% 的市場份額。

（三）半導(dǎo)體制造設(shè)備，美國的風(fēng)險

對國外（非美國）銷售的依賴：

雖然美國在半導(dǎo)體生產(chǎn)設(shè)備市場中占有很大份額，但美國生產(chǎn)商高度依賴國外銷售。作為最大的半導(dǎo)體制造商，臺灣、中國大陸和韓國是半導(dǎo)體生產(chǎn)設(shè)備的最大市場。盡管臺灣有望在 2021 年和 2022 年重新成為半導(dǎo)體生產(chǎn)設(shè)備的最大市場，但由于芯片生產(chǎn)廠需要有的大量支出，美國應(yīng)用材料公司和 Lam Research 報告稱，其 2020 年總收入的約 90% 來自非美國銷售。Lam Research 從中國獲得的收入從2018年的16% 增長到2020 年的 31%。因此，美國半導(dǎo)體生產(chǎn)設(shè)備生產(chǎn)商面臨著受到美中貿(mào)易限制或亞洲意外需求變化的重大影響的風(fēng)險。由此產(chǎn)生的影響可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出當(dāng)前收入下降的范圍，因?yàn)榘雽?dǎo)體制造商會遇到一定程度的設(shè)備鎖定，不斷變化設(shè)備供應(yīng)商需要代價高昂的重新設(shè)計(jì)。例如，Lam Research 在其 2020 年年度報告中指出，“一旦半導(dǎo)體制造商承諾購買競爭對手的半導(dǎo)體制造設(shè)備，制造商通常會繼續(xù)購買該競爭對手的設(shè)備，這使以后我們更難向該客戶出售我們的設(shè)備。”此外，半導(dǎo)體生產(chǎn)設(shè)備的銷售僅限于擁有晶圓廠的大學(xué)和半導(dǎo)體制造公司。半導(dǎo)體生產(chǎn)設(shè)備公司無法增加這些類別以外的客戶群，因?yàn)檫@種設(shè)備是半導(dǎo)體行業(yè)獨(dú)有的。

中國對半導(dǎo)體生產(chǎn)設(shè)備生產(chǎn)的補(bǔ)貼扭曲了市場：

此外，中國計(jì)劃提供大量補(bǔ)貼來資助該國的半導(dǎo)體生產(chǎn)設(shè)備生產(chǎn)。中國國家集成電路產(chǎn)業(yè)投資基金的第二階段專注于蝕刻機(jī)、淀積設(shè)備、測試和晶圓清潔設(shè)備，資金從 28.9 美元到 470 億美元不等。補(bǔ)貼使中國公司繼續(xù)經(jīng)營，盡管大多數(shù)公司似乎沒有盈利。例如，根據(jù)經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織 (OECD) 的說法，“政府注資對中國半導(dǎo)體生產(chǎn)商的財務(wù)業(yè)績產(chǎn)生了明顯的影響”，其中公司資產(chǎn)的增加與盈利能力的增長不相匹配。這些補(bǔ)貼為中國公司提供了資金投資于下一代半導(dǎo)體制造的研發(fā)，相對于未獲得此類補(bǔ)貼的非中國公司，這些公司具有顯著優(yōu)勢。鑒于制造半導(dǎo)體生產(chǎn)設(shè)備的大量研發(fā)和資本支出以及前沿芯片生產(chǎn)時間和地點(diǎn)的不確定性，與過去不同，今天，半導(dǎo)體生產(chǎn)設(shè)備制造商不愿意投資于下一代晶圓尺寸的研發(fā)。

（待續(xù)）

2021年6月16日于北京

免責(zé)聲明：本文原創(chuàng)作者清華大學(xué)王志華教授，本文僅代表作者個人觀點(diǎn)，不代表薩科微及行業(yè)觀點(diǎn)，只為轉(zhuǎn)載與分享，支持保護(hù)知識產(chǎn)權(quán)，轉(zhuǎn)載請注明原出處及作者，如有侵權(quán)請聯(lián)系我們刪除。