花旗国怎样对待其半导体产物提供链的宁静性
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导读
除了光刻设置装备摆设生产会合在荷兰和日本之外，美国在大多数前端半导体生产设置装备摆设的环球生产中占据很大份额。
（上接第一部门：集成电路设计《花旗国怎样对待其半导体产物提供链的宁静性（之一：集成电路设计企业） | 王志华》；第二部门：《花旗国怎样对待其半导体产物提供链的宁静性（之二：集成电路制造） | 王志华》；第三部门：《花旗国怎样对待其半导体产物提供链的宁静性（之三：组装、测试和封装以及先辈封装） | 王志华》）
五、半导体产物制造设置装备摆设
（一）半导体制造设置装备摆设SME概述
半导体产物加工制造设置装备摆设SME有许多种类，分别用于半导体生产线的差别工序。包罗有专门用于制造裸晶圆（质料）、将裸晶圆加工为制品晶圆的半导体（前端）设置装备摆设、封装（后端）设置装备摆设，以及用于制造光掩模的设置装备摆设（掩模制造）的设置装备摆设等范例。芯片制造商在其生产线中必要全部种别的前端设置装备摆设。庞大的前端半导体制造设置装备摆设的本钱是半导体晶圆厂本钱高的重要缘故原由（还包罗超净厂房设置装备摆设本钱）。
前端半导体制造设置装备摆设包罗用于芯片制造诸工序的设置装备摆设，比方光刻、蚀刻、掺杂或离子注入、沉积、抛光或化学机器平面化。格外值得细致的是金属有机化学气相沉积 (MOCVD) 设置装备摆设，这是一种特定范例的沉积设置装备摆设，可沉积某些金属的薄层，重要用于生产化合物半导体，包罗基于 GaAs 和 GaN 的那些。
后端半导体制造设置装备摆设SME包罗ATP和高级封装设置装备摆设。
（二）近况
半导体制造设置装备摆设由美国（按贩卖收入计 41.7% 的份额）、日本（31.1%）和荷兰（18.8%）的公司主导。韩国拥有 2.2% 的份额，别的大抵6.2%的份额由中国、德国、台湾、以色列、加拿大以及东南亚和欧洲的其他国度/地域分享。韩国的半导体制造设置装备摆设厂商多为三星或 SK 海力士全部，这些韩国半导体设置装备摆设公司的重要客户韩国的半导体企业。只管也有一家中国公司生产差别范例的半导体制造设置装备摆设，但除了后端组装、封装设置装备摆设和 MOCVD 外，中国公司在任何半导体制造设置装备摆设种别中都没有明显的份额。
总而言之，除了光刻设置装备摆设生产会合在荷兰和日本之外，美国在大多数前端半导体生产设置装备摆设的环球生产中占据很大份额。美国在后端测试设置装备摆设的环球生产中也占据很大份额。相比之下，美国在环球后端半导体生产设置装备摆设制造（装置及封装装设置装备摆设）市场份额相对较小，而中国则占据相称大的份额。固然中国现在高度依靠非中国泉源的半导体生产设置装备摆设（封装和 MOCVD 除外），但它正在提供大量投资，专注于生产此类设置装备摆设。相对付其他公司，这些投资为受益公司在研产生产前沿芯片设置装备摆设方面提供了明显上风。
如下图所示，固然美国在大多数前端SME的生产中占据相称大的市场份额，但值得细致的破例是光刻扫描/步进设置装备摆设，险些全部由荷兰公司 ASML 和日本公司尼康和佳能制造。对付光刻机，ASML（荷兰）是 EUV 步进器/扫描器的唯平生产商，这对付生产线宽为 5 nm 或更小的集成电路至关紧张。然而，现在只有台积电和三星两家半导体制造商在生产中利用 EUV 呆板，单台设置装备摆设的本钱凌驾 1 亿美元。ASML 和尼康都生产深紫外 (DUV) 光刻机，通过光掩模投射光束，并在晶片上创建光掩模图案的缩小图像。在荷兰和日本之外，美国和其他国度在光刻设置装备摆设方面的份额重要是用于特定小批量芯片或制造光掩模的光刻设置装备摆设。
一台套半导体制造设置装备摆设可以有多达100多个零件，半导体制造设置装备摆设零件和配件是该行业最大的商业种别。依据制造商普查观察，美国半导体制造设置装备摆设贩卖收入的一半用于零部件和其他质料。有130多家美国公司为外国公司贩卖的设置装备摆设提供要害零部件。值得细致的是，Cymer（美国）为 ASML 的 EUV 步进/扫描仪光刻机制造激光器。ASML 于 2013 年收购了Cymer，但 Cymer 仍旧是 ASML 位于美国的独立运营部分。
因为市场和客户有限，贩卖具有周期性，大多数大型设置装备摆设公司生产不止一种范例的设置装备摆设，以便为客户提供全套设置装备摆设和维护选项。因为设置装备摆设的奇特技能，ASML 等光刻步进/扫描仪设置装备摆设公司是这一规章的破例。Lam Research 、Tokyo Electron (TEL) 专注于沉积和蚀刻，而 KLA 专注于计量和检测。
日本和荷兰领先的一个破例是 MOCVD 设置装备摆设，该设置装备摆设用于生产由硅以外的质料（如 GaN 和 GaAs）制成的半导体，包罗 LED、激光二极管和其他光子芯片、功率/射频设置装备摆设和太阳能细胞。如上所述，GaN 芯片具有计谋防备意义。MOCVD 设置装备摆设由 Veeco（美国）、Aixtron（德国）和 AMEC（中国）制造。中国试图通过收购得到 MOCVD 市场的市场份额。2016 年，中国实体福建宏芯投资基金（一家为该生意业务建立的公司，包罗国有和地域全部机构）试图收购Aixtron，但该生意业务由美外洋国投资委员会 (CFIUS) 举行检察后被奥巴马总统制止，潜伏的收购方放弃了收购要约。
蚀刻设置装备摆设排名前三的公司是 Lam Research（美国）、Tokyo Electron（日本）和 Applied Materials（美国）。 包罗AMEC 在内的中国公司在蚀刻方面拥有必然的专业知识，可以在低端应用提供设置装备摆设，然而，他们的市场份额只有 1%左右。
与前端半导体制造设置装备摆设相比，美国在后端封装SME的市场份额相对较小（4.9%）。日本拥有最大的封装设置装备摆设份额（35.7%），其次是中国（22.9%）和荷兰（11.1%）。然而，总部位于美国的 Kulicke and Soffa 是一家领先的半导体封装设置装备摆设公司。美国和日本在后端测试设置装备摆设（ATP）方面处于领先职位地方，分别拥有 33.5% 和 48.6% 的市场份额。
（三）半导体制造设置装备摆设，美国的危险
对外洋（非美国）贩卖的依靠：
固然美国在半导体生产设置装备摆设市场中占据很大份额，但美国生产商高度依靠外洋贩卖。作为最大的半导体制造商，台湾、中国大陆和韩国事半导体生产设置装备摆设的最大市场。只管台湾有望在 2021 年和 2022 年重新成为半导体生产设置装备摆设的最大市场，但因为芯片生产厂必要有的大量付出，美国应用质料公司和 Lam Research 陈诉称，其 2020 年总收入的约 90% 来自非美国贩卖。Lam Research 从中国得到的收入从2018年的16% 增进到2020 年的 31%。是以，美国半导体生产设置装备摆设生产商面对着受到美中商业限定或亚洲不测需求改变的庞大影响的危险。由此孕育发生的影响大概远远凌驾当前收入降落的范畴，由于半导体制造商会碰到必然水平的设置装备摆设锁定，不停改变设置装备摆设提供商必要价钱奋发的重新设计。比方，Lam Research 在其 2020 年年度陈诉中指出，“一旦半导体制造商答应购置竞争敌手的半导体制造设置装备摆设，制造商通常会陆续购置该竞争敌手的设置装备摆设，这使今后我们更难向该客户出售我们的设置装备摆设。”别的，半导体生产设置装备摆设的贩卖仅限于拥有晶圆厂的大学和半导体制造公司。半导体生产设置装备摆设公司无法增添这些种别以外的客户群，由于这种设置装备摆设是半导体行业独占的。
中国对半导体生产设置装备摆设生产的补贴扭曲了市场：
别的，中国打算提供大量补贴来资助该国的半导体生产设置装备摆设生产。中国国度集成电路财产投资基金的第二阶段专注于蚀刻机、淀积设置装备摆设、测试和晶圆干净设置装备摆设，资金从 28.9 美元到 470 亿美元不等。补贴使中国公司陆续谋划，只管大多数公司彷佛没有红利。比方，依据经济互助与进展构造 (OECD) 的说法，“当局注资对中国半导体生产商的财政业绩孕育发生了显着的影响”，此中公司资产的增添与红利本领的增进不相立室。这些补贴为中国公司提供了资金投资于下一代半导体制造的研发，相对付未得到此类补贴的非中国公司，这些公司具有明显上风。鉴于制造半导体生产设置装备摆设的大量研发和资源付出以及前沿芯片生产时间和所在的不确定性，与已往差别，今日，半导体生产设置装备摆设制造商不肯意投资于下一代晶圆尺寸的研发。
（待续）
2021年6月16日于北京
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配景简介：本文作者王志华，清华大学微电子学研究所传授。文章2021年6月17日颁发于微信民众号 王老老师的酒坊絮语 （花旗国怎样对待其半导体产物提供链的宁静性（之四：半导体生产设置装备摆设）），风云之声获授权转载。
责任编辑：陈昕悦
