為華為打造無美系設備的產(chǎn)線 臺積電三星能做到嗎？

據(jù)臺灣經(jīng)濟日報報道,華為為了規(guī)避美國新升級的出口管制措施對其自研芯片的制造的限制,正試圖說服臺積電和三星,為其打造基于非美系設備的先進制程生產(chǎn)線,即其中沒有美系半導體設備,這樣華為的自研芯片就能夠不受美國禁令影響,順利生產(chǎn)。

消息稱,目前臺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(guī)劃,甚至傳出三星已有一條7nm采用非美系設備的產(chǎn)線,正為華為旗下海思試產(chǎn)。不過,在芯智訊看來,這個消息并不靠譜。

根據(jù)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(jù)美國的半導體行業(yè)調(diào)查公司VLSI Research發(fā)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。

從半導體制造環(huán)節(jié)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、涂膠顯影設備之外的絕大多數(shù)半導體設備。

根據(jù) SEMI 的數(shù)據(jù),設備中的 70%以上是晶圓的制造設備,以一座投資規(guī)模為 15 億元美金的晶圓廠為例,晶圓廠 70%的投資用于購買設備(約 10 億美金)。晶圓制造設備中,光刻機、刻蝕機和薄膜沉積設備為核心設備,分別占晶圓制造環(huán)節(jié)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(yōu)勢,市占率高達73.5%,尼康、佳能等份額較小。并且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,則屬于應用材料傳統(tǒng)優(yōu)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(chǎn)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(jù)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(shù)據(jù)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(fā),TCP由拉姆研究開發(fā),CCP則常見于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(diào)控性優(yōu)于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(fā)展方向。

從應用材料的客戶構(gòu)成來看,其最大的客戶為三星電子、臺積電、鎂光科技、英特爾,并且近年在其營占比中都達到了11%以上。而根據(jù)財報顯示,2018年財年應用材料的營業(yè)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。

2、泛林集團

泛林集團又稱拉姆研究,其產(chǎn)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(zhì)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(chǎn)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 系列采用業(yè)界首款低氟鎢(LFW)ALD 工藝,與傳統(tǒng) CVD 的鎢填充相比,ALTUS Max E 系列產(chǎn)品工藝可使檢測到的氟減少 100 倍、內(nèi)應力降低 10 倍、薄膜電阻率降低 30%,這一技術已連續(xù)領先行業(yè) 15 年,被視作鎢原子層沉積的行業(yè)標桿。

在刻蝕設備中,泛林集團掌握了目前硅刻蝕技術最先進的 ALE 技術,這種技術能夠?qū)崿F(xiàn)定向刻蝕或各向同行刻蝕,實現(xiàn)了業(yè)內(nèi)最高選擇比,可以達到原子級別的變化控制,據(jù)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(jù)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%,臺灣占比12.62%。

3、科磊

科磊公司主要為半導體、數(shù)據(jù)存儲、LED 及其他相關納米電子產(chǎn)業(yè)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于半導體前道量檢測設備行業(yè),目前其產(chǎn)品種類已經(jīng)覆蓋加工工藝環(huán)節(jié)的各類前道光學、電子束量檢測設備。

憑借其檢測產(chǎn)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、臺積電、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(yè)有科磊、應用材料、日本日立、Nano、Nova 等等。根據(jù) 2018 年 SEMI 數(shù)據(jù),科磊占比高達52%、穩(wěn)居行業(yè)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(chǎn)品來看,科磊產(chǎn)品范圍廣泛,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復查、CD 量測等,日立主要為 CD-SEM 量測、缺陷檢測等。

4、泰瑞達

泰瑞達主要是針對于半導體、電子系統(tǒng)、無線設備等領域提供先進測試解決方案,可以確保產(chǎn)品按照設計標準運行。主要是覆蓋半導體后端測試設備。

根據(jù)Gartner的數(shù)據(jù)顯示,在全球半導體后端自動化測試設備市場,1994年之時,泰瑞達就占據(jù)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(jié)構(gòu)看,近幾年,單一客戶曾創(chuàng)造當年10%以上的收入的客戶包括蘋果公司、臺積電等。

根據(jù)泰瑞達年報,2016-2017年公司來自臺積電的收入占比達到12%~13%。而考慮直接采購、以及通過代工廠與封測廠間接采購,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%,這其中包含了通過臺積電、JA Mitsui Leasing公司的銷售。

近兩年,來自華為的需求快速增長,根據(jù)泰瑞達2019年年報,2017-2019年公司來自華為的銷售收入(包括直接采購,以及通過代工廠、封測廠采購)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。

從以上對于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,臺積電、三星等晶圓代工廠也都是其主要的客戶。

當然,這并不代表著,晶圓廠完全不可能組建出一條無美系設備的半導體生產(chǎn)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(yè)也占據(jù)了8家之多。

但是,如果要組建出一條完全沒有美系設備,并且能夠生產(chǎn)10/7/5nm先進制程工藝的半導體設備生產(chǎn)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(jù)全球前五大設備廠商的位置,并且被臺積電、三星等晶圓廠廣泛采用,也是靠著產(chǎn)品的技術領先性和穩(wěn)定性爭奪來的。

這一點,我們從之前中芯國際公布的設備采購大單就能看出。為了14nm的量產(chǎn),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采購了6.2億美元和6.01億美元的機器及設備。

為什么中芯國際不采購日系、國產(chǎn)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(yōu)勢,而這個優(yōu)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制程生產(chǎn)線,那么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(jù)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(xù)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(tài)度。畢竟日系半導體設備廠商的設備當中的一些組建也是由美國供應的。

就拿先進制程制造環(huán)節(jié)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(tǒng)則是由美國CYMER獨家供應的。

一些半導體設備商也認為,即使三星和臺積電有能力打造不含美系設備的先進制程生產(chǎn)線,此時也不敢貿(mào)然承接華為海思的訂單。