為華為打造無美系設備的產線,台積電三星能做到嗎?

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據台灣經濟日報報導,華為為了規避美國新升級的出口管制措施對其自研晶片的製造的限制,正試圖說服台積電和三星,為其打造基於非美系設備的先進位程生產線,即其中沒有美系半導體設備,這樣華為的自研晶片就能夠不受美國禁令影響,順利生產。

消息稱,目前台積電和三星這兩大晶圓廠都已收到了華為的這項要求,目前正積極規劃,甚至傳出三星已有一條7nm採用非美系設備的產線,正為華為旗下海思試產。不過,在芯智訊看來,這個消息並不靠譜。

根據資料顯示,在全球前五大設備廠商當中,美國應用材料(AMA)公司以17.72%市場份額排名第一,美國泛林集團(Lam Research,又稱拉姆研究)以13.4%的市場份額排名第四,美國科磊(KLA-Tencor)以5.19%的份額排名第五,三家合計占了全球36.31%的市場份額。

根據美國的半導體行業調查公司VLSI Research發布的按銷售額排名的2019年全球前十大半導體設備廠商來看,依然是美國應用材料排名第一,泛林半導體排名第四、科磊排名第五,此外,美國的泰瑞達也是全球前十的半導體設備廠商。

從半導體製造環節所涉及的各類關鍵設備來看,美國的四大半導體設備廠商應用材料、泛林集團、科磊和泰瑞達覆蓋了除光刻機、塗膠顯影設備之外的絕大多數半導體設備。

根據 SEMI 的數據,設備中的 70%以上是晶圓的製造設備,以一座投資規模為 15 億元美金的晶圓廠為例,晶圓廠 70%的投資用於購買設備(約 10 億美金)。晶圓製造設備中,光刻機、刻蝕機和薄膜沉積設備為核心設備,分別占晶圓製造環節的約 30%、25%和 25%。

在光刻設備市場,荷蘭公司阿斯麥(ASML)擁有絕對優勢,市占率高達73.5%,尼康、佳能等份額較小。並且ASML也目前唯一能夠提供EUV光刻機的廠商;在刻蝕設備市場,主要由泛林集團、東京電子以及應用材料三分天下;在薄膜沉積設備市場,則屬於應用材料傳統優勢領域,市場份額超過30%。下面具體來看:

1、應用材料

應用材料的產品主要覆蓋薄膜沉積(CVD、PVD 等)、離子注入、刻蝕、快速熱處理、化學機械平整(CMP)、計量檢驗等設備。

根據The Information Network報告,2018年應用材料在沉積領域的份額為38%。另外有數據顯示,在全球 PVD(Physical Vapor Deposition)設備市場,應用材料擁有近 55%的份額,在全球 CVD(ChemicalVaporDeposition)設備市場份額也達到了近 30%;在CMP市場,應用材料份額更是高達70%。

在刻蝕設備領域,應用材料也有著不小的市場份額。目前等離子刻蝕技術主要由ICP、TCP、CCP三類,效果極為相似,ICP由應用材料開發,TCP由拉姆研究開發,CCP則常見於東京電子的刻蝕設備。在效果上,TCP、ICP的等離子密度和能量可調控性優於CCP,三者中目前應用材料的ICP技術更多地被使用,成為新一代刻蝕機的發展方向。

從應用材料的客戶構成來看,其最大的客戶為三星電子、台積電、鎂光科技、英特爾,並且近年在其營占比中都達到了11%以上。而根據財報顯示,2018年財年應用材料的營業收入為172.53億美元,也就是說這些客戶每年貢獻的營收都超過了17億美元。

△2008~2018 年應用材料主要客戶構成(圖片來源:立鼎產業研究)

2、泛林集團

泛林集團又稱拉姆研究,其產品主要包括刻蝕設備、薄膜沉積(Deposition—CVD/ECD/ALD)設備以及去光阻和清洗(Strip & Clean)、鍍銅等設備。在刻蝕設備銷售額(2017年)約占全球45%的市場份額,全球第一,其中導體刻蝕約占全球50%以上的市場份額,全球第一;介質刻蝕約占全球20%以上的市場份額,全球第二;CVD約占全球市場20%左右的市場份額,全球第三。

泛林集團掌握著很多前沿技術,能夠提供多種前沿產品,在薄膜沉積設備中使用的ALD技術是目前最先進的技術,其中,ALTUS MaxE 系列採用業界首款低氟鎢(LFW)ALD 工藝,與傳統 CVD 的鎢填充相比,ALTUS Max E 系列產品工藝可使檢測到的氟減少 100 倍、內應力降低 10 倍、薄膜電阻率降低 30%,這一技術已連續領先行業 15 年,被視作鎢原子層沉積的行業標杆。

在刻蝕設備中,泛林集團掌握了目前矽刻蝕技術最先進的 ALE 技術,這種技術能夠實現定向刻蝕或各向同行刻蝕,實現了業內最高選擇比,可以達到原子級別的變化控制,據其專家介紹 ALE 是使某些集成工藝步驟能夠在7nm和 5nm進行刻蝕的唯一方式。

從營收來源來看,根據泛林集團的2018年的財報顯示,來自韓國廠商的營收占比高達34.6%,其次是日本占比17%,中國大陸占比16.11%,台灣占比12.62%。

3、科磊

科磊公司主要為半導體、數據存儲、LED 及其他相關納米電子產業提供前道工藝控制和良率管理的解決方案。科磊自成立起便深耕於半導體前道量檢測設備行業,目前其產品種類已經覆蓋加工工藝環節的各類前道光學、電子束量檢測設備。憑藉其檢測產品高效、精確的性能特點,科磊在半導體檢測量測設備領域擁有絕對的龍頭地位。三星電子、台積電、Intel、中芯國際都是其客戶。

全球半導體前道檢測設備領域主要企業有科磊、應用材料、日本日立、Nano、Nova 等等。根據 2018 年 SEMI 數據,科磊占比高達52%、穩居行業第一,堪稱半導體檢測設備領域王者,其次是應用材料占比12%,這兩家美國廠商市占率合計達到64%。

從具體產品來看,科磊產品範圍廣泛,包括了缺陷檢測、Overlay、CD 量測,膜厚等,應用材料主要是缺陷檢測及複查、CD 量測等,日立主要為 CD-SEM 量測、缺陷檢測等。


4、泰瑞達

泰瑞達主要是針對於半導體、電子系統、無線設備等領域提供先進測試解決方案,可以確保產品按照設計標準運行。主要是覆蓋半導體後端測試設備。根據Gartner的數據顯示,在全球半導體後端自動化測試設備市場,1994年之時,泰瑞達就占據了接近50%的市場,到2009年,其份額已進一步提升到了57%左右。

從泰瑞達的客戶結構看,近幾年,單一客戶曾創造當年10%以上的收入的客戶包括蘋果公司、台積電等。根據泰瑞達年報,2016-2017年公司來自台積電的收入占比達到12%~13%。而考慮直接採購、以及通過代工廠與封測廠間接採購,在2014-2016年某OEM客戶收入占泰瑞達總收入的比重達到22%、23%、25%,這其中包含了通過台積電、JA Mitsui Leasing公司的銷售。近兩年,來自華為的需求快速增長,根據泰瑞達2019年年報,2017-2019年公司來自華為的銷售收入(包括直接採購,以及通過代工廠、封測廠採購)的占比分別達到1%、4%、11%。泰瑞達2019年收入22.95億美元,由此計算2019年公司來自華為的銷售收入達到2.52億美元。

從以上對於美國四大半導體設備廠商介紹不難看出,在半導體設備領域,這四家美國廠商在各自專注的領域都擁有著較高的市場份額,台積電、三星等晶圓代工廠也都是其主要的客戶。

當然,這並不代表著,晶圓廠完全不可能組建出一條無美系設備的半導體生產線,畢竟在關鍵的光刻機領域,主要是由荷蘭的ASML以及日本的尼康和佳能供應,而且在前十五大半導體設備廠商當中,日本企業也占據了8家之多。

但是,如果要組建出一條完全沒有美系設備,並且能夠生產10/7/5nm先進位程工藝的半導體設備生產線,卻是極為困難。應用材料、泛林集團、科磊這三家美國半導體設備廠商之所以能夠長期占據全球前五大設備廠商的位置,並且被台積電、三星等晶圓廠廣泛採用,也是靠著產品的技術領先性和穩定性爭奪來的。

這一點,我們從之前中芯國際公布的設備採購大單就能看出。為了14nm的量產,在過去的一年間,中芯國際就向美國應用材料公司和泛林集團分別採購了6.2億美元和6.01億美元的機器及設備。為什麼中芯國際不採購日系、國產等非美系的設備?答案很明顯,應用材料和泛林集團的設備更有優勢,而這個優勢肯定不是價格。

我們再退一步來看,即使真如傳聞所說,三星真的能夠組建出一條不含美系設備的先進位程生產線,那麼其中必定含有日系設備(前十五大半導體設備廠商當中,日本占據8家)。而日本政府一向是唯美國馬首是瞻。在美國針對華為的制裁措施持續升級的當下,日系半導體設備廠商可能也不得不顧及美國政府的態度。畢竟日系半導體設備廠商的設備當中的一些組件也是由美國供應的。

就拿先進位程製造環節最為關鍵設備——光刻機來說,目前是荷蘭的ASML一家獨大,但是其光刻機當中的核心部件——光源系統則是由美國CYMER獨家供應的。

一些半導體設備商也認為,即使三星和台積電有能力打造不含美系設備的先進位程生產線,此時也不敢貿然承接華為海思的訂單。

編輯:芯智訊-浪客劍


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