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隨著集成電路芯片的特征尺寸不斷縮小，芯片的集成規(guī)模越來(lái)越大，對(duì)應(yīng)的集成電路芯片制程設(shè)備的技術(shù)壁壘越高、制造難度越大、研發(fā)投入也越來(lái)越高。一條先進(jìn)半導(dǎo)體產(chǎn)品的生產(chǎn)線投資中設(shè)備價(jià)值約占總投資規(guī)模的75%以上，由此衍生出巨大的設(shè)備需求市場(chǎng)。在集成電路制程設(shè)備中，晶圓制造設(shè)備的最終產(chǎn)品為硅片，主要受眾為晶圓制造廠，如日本信越化學(xué)（Shin-Estu）、日本三菱住友（SUMCO）、上海新昇等；光刻、刻蝕、鍍膜等設(shè)備主要用于芯片制造，主要受眾為芯片代工廠，如臺(tái)積電、中芯國(guó)際、上海華虹等，或?yàn)檎显圃焐?，?a class="article-link" target="_blank" href="/manufacturer/1000203/">英特爾（Intel）、三星（Samsung）等；封測(cè)設(shè)備主要用于芯片制造中與芯片制造完成后的系列工序，后者包括揀選、測(cè)試、貼片、鍵合等多個(gè)環(huán)節(jié)，設(shè)備受眾為專門的封測(cè)廠，如日月光、Amkor、長(zhǎng)電科技等。
據(jù)智研咨詢發(fā)布的《2020-2026年中國(guó)半導(dǎo)體設(shè)備行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀調(diào)查及投資發(fā)展?jié)摿?bào)告》表示：5G/物聯(lián)網(wǎng)/人工智能等新技術(shù)的出現(xiàn)將驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展，目前全球半導(dǎo)體設(shè)備已進(jìn)入新一輪增長(zhǎng)周期。如下圖所示，2021年，全球半導(dǎo)體制造設(shè)備銷售額高達(dá)約670億美元，約4200億元人民幣，相較于2020年，同比增長(zhǎng)11%。半導(dǎo)體設(shè)備市場(chǎng)增長(zhǎng)主要受益于三點(diǎn)：(1)新一代芯片制程工藝提升半導(dǎo)體設(shè)備的價(jià)格和數(shù)量。(2)5G/IoT/AI等新應(yīng)用帶來(lái)芯片制造商擴(kuò)產(chǎn)需求。(3)中國(guó)集成電路芯片自主可控趨勢(shì)下，中國(guó)半導(dǎo)體Fab大規(guī)模擴(kuò)產(chǎn)時(shí)對(duì)半導(dǎo)體設(shè)備的增量需求。
國(guó)外市場(chǎng)分析
全球半導(dǎo)體設(shè)備市場(chǎng)集中度高，美日歐五大巨頭引領(lǐng)全球半導(dǎo)體設(shè)備市場(chǎng)。據(jù)Bloomberg數(shù)據(jù)，2020年全球五大半導(dǎo)體設(shè)備制造商分別為應(yīng)用材料(AMAT)、阿斯麥(ASML)、泛林半導(dǎo)體(Lam Research)、東京電子(TEL)、科磊(KLA)，這五大半導(dǎo)體制造商憑借其領(lǐng)先的技術(shù)、強(qiáng)大的資金支持占據(jù)著全球半導(dǎo)體設(shè)備制造業(yè)超過(guò)65%的份額。下表1所示為2020年全球前十大半導(dǎo)體設(shè)備供應(yīng)商排名，表2給出了2020年全球半導(dǎo)體設(shè)備企業(yè)主要產(chǎn)品分布情況。
細(xì)分領(lǐng)域術(shù)業(yè)有專攻，全球設(shè)備行業(yè)龍頭各顯神通占據(jù)世界領(lǐng)先地位。下面將對(duì)相關(guān)領(lǐng)域的主要企業(yè)作簡(jiǎn)要介紹。
1.應(yīng)用材料
美國(guó)應(yīng)用材料公司（Applied Materials INC, AMAT）成立于1967年，目前是世界上最大的半導(dǎo)體設(shè)備供應(yīng)商之一。其主營(yíng)業(yè)務(wù)涵蓋三大模塊，具體包括:半導(dǎo)體系統(tǒng)(Semiconductor Systems)、應(yīng)用材料全球服務(wù)(Applied Global Services )、顯示及相關(guān)市場(chǎng)(Display and Adjacent Markets)，分別占營(yíng)業(yè)收入的63%，22%，14%，其中半導(dǎo)體系統(tǒng)主要開(kāi)發(fā)、制造和銷售用于制造半導(dǎo)體芯片的各種設(shè)備，包括淀積(CVD、PVD等)、離子注入、刻蝕、快速熱處理、化學(xué)機(jī)械平整、計(jì)量檢驗(yàn)等。全球服務(wù)模塊主要提供一系列提高晶圓廠效率的解決方案以及軟件服務(wù)，顯示器相關(guān)業(yè)務(wù)主要生產(chǎn)用于制造LED、OLED和其他顯示器件的設(shè)備。下圖所示為2020年應(yīng)用材料業(yè)務(wù)構(gòu)成占比。
按照應(yīng)用材料公司的產(chǎn)品來(lái)看，主要有包括CVD、ALD、CMP等在類的12類設(shè)備，幾乎涵蓋集成電路芯片制造的全過(guò)程。
AMAT長(zhǎng)期位居設(shè)備銷售額榜首，多種設(shè)備技術(shù)領(lǐng)先。近年來(lái)，AMAT一直憑借著在淀積、刻蝕、離子注入、熱處理等設(shè)備領(lǐng)域的領(lǐng)先技術(shù)獲得高市占率，名列銷售額榜首。2020年，全球前十大半導(dǎo)體設(shè)備生產(chǎn)商中，AMAT以163.6億美元的銷售額位居全球第一。
一直以來(lái)，美國(guó)應(yīng)用材料在離子刻蝕和薄膜淀積領(lǐng)域都是行業(yè)中的佼佼者，在公司成立之初就專注于薄膜淀積領(lǐng)域，其產(chǎn)品占全球PVD設(shè)備市場(chǎng)近55%的份額和全球CVD設(shè)備市場(chǎng)近30%的份額。淀積設(shè)備利用氣相中發(fā)生的物理、化學(xué)過(guò)程，在工件表面形成功能性或裝飾性的金屬、非金屬或化合物涂層。在2011年，公司研發(fā)Centura系統(tǒng)原子淀積技術(shù)（ALD），一次可只淀積一層原子；2014年，公司研發(fā)Endura系統(tǒng)，能夠完成連續(xù)薄的阻擋層和種子層的硅通孔淀積。在2018年，公司推出采用全新設(shè)計(jì)的新型CENTURA 200毫米常壓厚硅外延反應(yīng)室PRONTO。該反應(yīng)室專為生產(chǎn)工業(yè)級(jí)高質(zhì)量厚硅（厚度為20～150μm）外延膜而設(shè)計(jì)，能使當(dāng)前的外延膜生產(chǎn)效率最大化。
在刻蝕、清洗、平整化設(shè)備、離子注入設(shè)備、過(guò)程控制設(shè)備與自動(dòng)化裝備市場(chǎng)，AMAT也占有一席之地。應(yīng)用材料公司是除LAM和東京電子之外的該領(lǐng)域的第三大設(shè)備生產(chǎn)商，三家公司市占率占全球90%以上。公司研發(fā)的Etch系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)先進(jìn)FinFET的原子級(jí)刻蝕控制，進(jìn)一步縮減3D邏輯和存儲(chǔ)芯片尺寸，進(jìn)而延續(xù)摩爾定律的勢(shì)頭。公司生產(chǎn)的VIISTA系列產(chǎn)品采用高密度、低能量工藝，在整個(gè)晶圓表面快速注入高濃度摻雜物，且產(chǎn)品注入系統(tǒng)的技術(shù)部署在通用的VIISTA平臺(tái)之上，這種通用性有助縮短第一次硅晶的時(shí)間，提升應(yīng)用的生產(chǎn)效率，在離子注入工藝中存在廣泛的應(yīng)用。
2.阿斯麥
阿斯麥（ASM Holding NV, ASML）是世界領(lǐng)先的半導(dǎo)體設(shè)備制造商之一，總部位于荷蘭，主要向全球集成電路生產(chǎn)企業(yè)提供領(lǐng)先的綜合性關(guān)鍵設(shè)備。公司的產(chǎn)品主要包括光刻機(jī)、量測(cè)設(shè)備和計(jì)算光刻解決方案等。作為全球光刻機(jī)行業(yè)龍頭，ASML生產(chǎn)的光刻機(jī)主要包括EUV光刻機(jī)和DUV光刻機(jī)，其中DUV光刻機(jī)分為浸入式和干式兩類，在EUV光刻機(jī)市場(chǎng)中表現(xiàn)出壟斷地位；公司的量測(cè)設(shè)備主要包括光學(xué)和電子束兩大類，ASML于2020年推出了具有九束光的第一代多光束檢測(cè)系統(tǒng)HMIeScan1000，可以用于5nm及以下工藝制程節(jié)點(diǎn)的檢測(cè)。
ASML的營(yíng)業(yè)收入主要分為兩個(gè)部分，第一部分是系統(tǒng)收入，包括光刻機(jī)以及量測(cè)設(shè)備；第二部分是軟件和服務(wù)，主要包括計(jì)算光刻的軟件以及光刻機(jī)的維修升級(jí)服務(wù)等。近幾年，公司系統(tǒng)收入占比一直增加，2019年，系統(tǒng)收入達(dá)到89.96億歐元，占比76.12%；軟件和服務(wù)的收入達(dá)到28.24億歐元，占比33.88%。2010-2014年，受市場(chǎng)需求影響，公司光刻機(jī)出貨量連續(xù)下降。2015年后，市場(chǎng)需求開(kāi)始反彈，2018年公司光刻機(jī)出貨量為224臺(tái)，已經(jīng)恢復(fù)到了2010年的水平。2019年ASML光刻機(jī)出貨量為229臺(tái)，創(chuàng)歷史新高。下圖1為ASML公司光刻機(jī)市場(chǎng)及2019年?duì)I業(yè)收入結(jié)構(gòu)，圖2為ASML公司發(fā)展歷程。
3.泛林半導(dǎo)體
泛林半導(dǎo)體（LAM Research Corp）成立于1980年，是美國(guó)一家從事設(shè)計(jì)、制造、營(yíng)銷和服務(wù)用于制造集成電路的半導(dǎo)體加工設(shè)備的公司，是向世界半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)提供晶圓制造設(shè)備和服務(wù)的主要供應(yīng)商之一，也是全球最大的半導(dǎo)體刻蝕機(jī)廠商。Lam Research公司產(chǎn)品主要用于前端晶片處理，涉及有源元件的半導(dǎo)體器件和布線。同時(shí)為后端晶圓級(jí)封裝和相關(guān)制造市場(chǎng)提供設(shè)備。
Lam Research的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中，主要由硅基刻蝕、介質(zhì)刺蝕、CVD，ALD、清洗和鍍銅設(shè)備組成，如下圖所示。根據(jù)2018年Gather數(shù)據(jù)，刻蝕設(shè)備在Lam Research收入中占比62%，隨著集成電路中器件互連層數(shù)增多，刻蝕設(shè)備的使用量不斷增大，Lam Research由于其刻蝕設(shè)備品類齊全，從65nm、45nm設(shè)備市場(chǎng)起逐步超過(guò)應(yīng)用材料和東京電子成為行業(yè)第一。此外，Lam Research公司的CVD設(shè)備占比27%，清洗、鍍銅等工藝設(shè)備占比11%，Lam Research在硅基刻蝕中的市占率超過(guò)50%，穩(wěn)居第一，在介質(zhì)刻蝕中的市占率接近40%，住居第二，在CVD中的市占率約為27%，僅次于應(yīng)用材料。
隨著半導(dǎo)體技術(shù)節(jié)點(diǎn)的進(jìn)步，也極大促進(jìn)了Lam Research公司的發(fā)展。1981年，F(xiàn)CC批準(zhǔn)手機(jī)用于商業(yè)開(kāi)發(fā)，同年Lam Research就開(kāi)發(fā)出了第一臺(tái)自動(dòng)刻蝕機(jī)；1995年，Lam Research半導(dǎo)體制程達(dá)到350nm，同年發(fā)布首款雙頻受限介質(zhì)蝕刻產(chǎn)品，技術(shù)節(jié)點(diǎn)為350nm；1999年半導(dǎo)體制程達(dá)到180nm，第二年Lam Research發(fā)布了2300?蝕刻平臺(tái)，并且推出了VECTOR?PECVD系統(tǒng)；2010年，半導(dǎo)體工藝節(jié)點(diǎn)達(dá)到32nm，同年推出用于晶圓級(jí)封裝的SABRE 3D ECD系統(tǒng)。
4.日本東京電子
東京電子公司（TOKYO Electron Inc）成立于1963年，是日本最大、世界第三的半導(dǎo)體設(shè)備公司。該公司的產(chǎn)品幾乎覆蓋了半導(dǎo)體制造流程中的所有工序。其主要產(chǎn)品包括：涂布/顯像設(shè)備、熱處理成膜設(shè)備、干法刻蝕設(shè)備、CVD、濕法清洗設(shè)備及測(cè)試設(shè)備，如下圖所示。東京電子的涂布設(shè)備在全球占有率達(dá)到87%。另外，F(xiàn)PD制造設(shè)備中，蝕刻機(jī)設(shè)備占有率達(dá)到71%。其他設(shè)備的占有率也有相當(dāng)?shù)姆蓊~。
下期內(nèi)容，我們會(huì)為大家繼續(xù)介紹集成電路芯片制程設(shè)備國(guó)內(nèi)市場(chǎng)分析和半導(dǎo)體設(shè)備行業(yè)發(fā)展前景，敬請(qǐng)期待。
《一本書(shū)讀懂芯片制程設(shè)備》王超 姜晶 牛夷 王剛 編著
- 清華大學(xué)和電子科大專家傾力打造之作
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本書(shū)是圍繞集成電路芯片發(fā)展和新一代信息產(chǎn)業(yè)技術(shù)領(lǐng)域（集成電路及專用設(shè)備）等重大需求，編著的集成電路芯片制程設(shè)備通識(shí)書(shū)籍。集成電路芯片作為信息時(shí)代的基石，是各國(guó)競(jìng)相角逐的“國(guó)之重器”，也是一個(gè)國(guó)家高端制造能力的綜合體現(xiàn)。芯片制程設(shè)備位于集成電路產(chǎn)業(yè)鏈的上游，貫穿芯片制造全過(guò)程，是決定產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵一環(huán)。
本書(shū)首先介紹了集成電路芯片制程及其設(shè)備，并著重分析了芯片制程設(shè)備的國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)環(huán)境；然后，針對(duì)具體工藝技術(shù)涉及的設(shè)備，詳細(xì)綜述了設(shè)備原理及市場(chǎng)情況；并對(duì)我國(guó)集成電路芯片制程設(shè)備的發(fā)展做了總結(jié)展望。本書(shū)可為制造業(yè)企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)提供參考，也可供對(duì)集成電路芯片制程設(shè)備感興趣的讀者閱讀。
撰 稿 人：張璐
責(zé)任編輯：李馨馨
審 核 人：時(shí)靜
