(Continuació de la Part I: Disseny de circuits integrats, Part II: Fabricació de circuits integrats, Part III: Embalatge bàsic, prova i embalatge avançat)

5. Equips de fabricació de productes semiconductors

(1) Esquema de les petites i mitjanes empreses d'equips de fabricació de semiconductors

Hi ha molts tipus d'equips de processament i fabricació de productes semiconductors utilitzats per les petites i mitjanes empreses en cada procés de la línia de producció de semiconductors. Hi ha equips específics de semiconductors (preprocessament) per a la fabricació d'hòsties nues (materials), equips per processar hòsties nues en hòsties finals (postprocessament) i equips per a la fabricació de fotomàscares (producció de màscares). Els fabricants d'encenalls necessiten una varietat d'equips frontals a les seves línies de producció. El cost dels equips complexos de fabricació de semiconductors de front-end és una de les principals raons de l'elevat cost de les fabriques de semiconductors, inclòs el cost de la construcció de fabs ultra-netes.

Els equips de fabricació de semiconductors frontals inclouen equips per a processos de fabricació de xips com ara fotolitografia, gravat, dopatge o implantació d'ions, deposició, poliment o planarització mecànica química. Cal destacar especialment l'equip de deposició de vapor químic orgànic-metall (MOCVD), un tipus específic d'equip de deposició que diposita capes fines de certs metalls, utilitzats principalment per produir semiconductors compostos, inclosos els basats en GaAs i GaN.

Equips de fabricació de semiconductors de fons SME inclou ATP i equips d'embalatge avançats.

(2) Situació actual

Els equips de fabricació de semiconductors estan dominats per empreses dels EUA (41.7% de quota en termes d'ingressos per vendes), Japó (31.1%) i Holanda (18.8%). Corea del Sud té una quota del 2.2%, amb el 6.2% restant, aproximadament, compartit per Xina, Alemanya, [敏感词], Israel, Canadà i altres països del sud-est asiàtic i Europa. La majoria dels fabricants d'equips de fabricació de semiconductors de Corea del Sud són propietat de Samsung o SK Hynix, els principals clients d'aquestes empreses d'equips de semiconductors de Corea del Sud són empreses de semiconductors de Corea del Sud. Tot i que també hi ha una empresa xinesa que fabrica diferents tipus d'equips de fabricació de semiconductors, les empreses xineses no tenen una part significativa de cap categoria d'equips de fabricació de semiconductors, excepte el muntatge de fons, l'equip d'embalatge i el MOCVD.

Amb tot, els EUA representen una gran part de la producció mundial de la majoria d'equips de producció de semiconductors de front-end, amb l'excepció de la producció d'equips de litografia que es concentra als Països Baixos i el Japó. Els EUA també representen una gran part de la producció mundial d'equips de prova de fons. En canvi, els Estats Units tenen una quota de mercat relativament petita en la fabricació d'equips de producció de semiconductors globals (equips de muntatge i embalatge), mentre que la Xina té una quota considerable. Tot i que actualment la Xina depèn molt d'equips de producció de semiconductors no procedents de la Xina (excepte per als envasos i MOCVD), està invertint molt per centrar-se en la producció d'aquests equips. Aquestes inversions donen a les empreses beneficiàries un avantatge important en el desenvolupament i la producció d'equips d'encenall d'avantguarda respecte a altres empreses.

Com mostra el gràfic següent, mentre que els EUA tenen una quota de mercat important en la producció de la majoria de pimes de front-end, l'excepció notable és l'equip d'escaneig/passo a pas de litografia, fabricat gairebé en la seva totalitat per l'empresa holandesa ASML i les empreses japoneses Nikon i Canon. Per a màquines de litografia, ASML (Països Baixos) és l'únic productor d'escàners/escàners EUV, que són crítics per a la producció de circuits integrats amb amplades de línia de 5 nm o menys. Tanmateix, només dos fabricants de semiconductors, TSMC i Samsung, actualment utilitzen màquines EUV en producció, amb un únic dispositiu que costa més de 100 milions de dòlars. Tant ASML com Nikon fabriquen màquines de litografia ultraviolada profund (DUV) que projecten un feix de llum a través d'una fotomàscara i creen una imatge reduïda del patró de la fotomàscara a l'hòstia. Fora dels Països Baixos i el Japó, la quota d'equips de litografia dels EUA i d'altres països és principalment per a xips específics de baix volum o per fer fotomàscares.

Un conjunt d'equips de fabricació de semiconductors pot tenir fins a 100 peces, i les peces i accessoris d'equips de fabricació de semiconductors són la categoria comercial més gran de la indústria. Segons l'enquesta del cens de fabricants, la meitat dels ingressos de les vendes d'equips de fabricació de semiconductors dels Estats Units es destina a components i altres materials. Més de 130 empreses nord-americanes subministren components crítics per a equips venuts per empreses estrangeres. En particular, Cymer (EUA) fabrica làsers per a les màquines de litografia pas a pas/escàner EUV d'ASML. ASML va adquirir Cymer el 2013, però Cymer continua sent una unitat operativa independent d'ASML amb seu als Estats Units.

A causa de la naturalesa cíclica de les vendes a causa de mercats i clients limitats, la majoria de les grans empreses d'equips fabriquen més d'un tipus d'equip per oferir als clients un conjunt complet d'equips i opcions de manteniment. Les empreses d'equips de pas a pas/escàners de litografia com ASML són excepcions a aquesta regla a causa de la tecnologia única de l'equip. Lam Research, Tokyo Electron (TEL) se centra en la deposició i el gravat, mentre que KLA se centra en la metrologia i la inspecció.

Una excepció al lideratge al Japó i als Països Baixos és l'equip MOCVD, que s'utilitza per produir semiconductors fets amb materials diferents de silici com ara GaN i GaAs, inclosos LED, làser. diodes i altres xips fotònics, dispositius de potència/RF i cèl·lules solars. Com s'ha esmentat anteriorment, els xips GaN tenen implicacions defensives estratègiques. L'equip MOCVD està fabricat per Veeco (EUA), Aixtron (Alemanya) i AMEC (Xina). La Xina està intentant guanyar quota de mercat al mercat MOCVD mitjançant adquisicions. El 2016, l'entitat xinesa Fujian Grand Chip Investment Fund, una empresa creada per a l'acord, incloses institucions de propietat estatal i regional, va intentar adquirir Aixtron, però l'acord va ser bloquejat pel president Obama després d'una revisió del Comitè d'Inversions Estrangeres. als Estats Units (CFIUS), potencialment de l'adquirent va abandonar l'oferta de compra.

Les tres principals empreses d'equips de gravat són Lam Research (EUA), Tokyo Electron (Japó) i Applied Materials (EUA). Les empreses xineses, inclosa AMEC, tenen certa experiència en gravat i poden proporcionar equips per a aplicacions de gamma baixa, però, la seva quota de mercat és només al voltant de l'1%.

Els Estats Units tenen una quota de mercat relativament petita (4.9%) en les pimes d'envasos de fons en comparació amb els equips de fabricació de semiconductors de front. El Japó té la proporció més gran d'equips d'embalatge (35.7%), seguit de la Xina (22.9%) i els Països Baixos (11.1%). Tanmateix, Kulicke and Soffa, amb seu als Estats Units, és una empresa líder d'equips d'embalatge de semiconductors. Els EUA i el Japó lideren el camí en equips de prova de fons (ATP) amb un 33.5% i un 48.6% de quota de mercat, respectivament.

(3) Equips de fabricació de semiconductors, el risc dels Estats Units

Dependència de les vendes a l'estranger (no als EUA):

Si bé els EUA tenen una gran part del mercat d'equips de producció de semiconductors, els productors nord-americans depenen molt de les vendes a l'estranger. Com a majors fabricants de semiconductors, [敏感词], la Xina i Corea del Sud són els mercats més grans d'equips de producció de semiconductors. Tot i que s'espera que [敏感词] recuperi la seva posició com el mercat més gran d'equips de producció de semiconductors el 2021 i el 2022, a causa de la gran despesa requerida per les fàbriques de xips, Applied Materials i Lam Research informen que al voltant del 90% dels seus ingressos totals de 2020 vindran de vendes fora dels Estats Units. Els ingressos de Lam Research de la Xina van augmentar del 16% el 2018 al 31% el 2020. Com a resultat, els fabricants d'equips de producció de semiconductors dels Estats Units corren el risc de patir un impacte important per les restriccions comercials entre els EUA i la Xina o els canvis inesperats de la demanda a Àsia. L'impacte resultant podria anar molt més enllà de la caiguda dels ingressos actual, ja que els fabricants de semiconductors experimenten un cert grau de bloqueig del dispositiu i el canvi de proveïdors de dispositius requereix redissenys costosos. Per exemple, Lam Research va assenyalar en el seu informe anual de 2020: "Una vegada que un fabricant de semiconductors es compromet a comprar l'equip de fabricació de semiconductors d'un competidor, el fabricant normalment continua comprant l'equip d'aquest competidor, cosa que fa que sigui més difícil per a nosaltres vendre'ns a aquest client en el futur". A més, les vendes d'equips de producció de semiconductors es limiten a les universitats i empreses de fabricació de semiconductors que posseeixen fàbriques. Les empreses d'equips de producció de semiconductors no poden fer créixer la seva base de clients fora d'aquestes categories perquè aquests equips són exclusius de la indústria dels semiconductors.

Les subvencions xineses per a la producció d'equips de fabricació de semiconductors distorsionen el mercat:

A més, la Xina té previst oferir subvencions substancials per finançar la producció d'equips de producció de semiconductors al país. La segona fase del Fons Nacional d'Inversió de la Indústria de Circuits Integrats de la Xina se centra en màquines de gravat, equips de deposició, proves i equips de neteja d'hòsties, amb un finançament que oscil·la entre els 28.9 i els 47 mil milions de dòlars. Les subvencions mantenen les empreses xineses en el negoci, tot i que la majoria sembla que no són rendibles. Per exemple, segons l'Organització per a la Cooperació i el Desenvolupament Econòmic (OCDE), "les injeccions de capital governamentals han tingut un clar impacte en el rendiment financer dels productors xinesos de semiconductors", on els augments dels actius corporatius no han anat acompanyats d'un creixement de la rendibilitat. . Aquestes subvencions proporcionen a les empreses xineses fons per invertir en investigació i desenvolupament en la fabricació de semiconductors de nova generació, cosa que els dóna un avantatge significatiu respecte a les empreses no xineses que no reben aquestes subvencions. A diferència del passat, els fabricants d'equips de producció de semiconductors avui es mostren reticents a invertir en R+D per a mides d'hòsties de propera generació, ateses les importants despeses d'R+D i de capital per fabricar equips de producció de semiconductors i la incertesa de quan i on es farà la producció de xips d'avantguarda. .