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半导体设备群雄汇,中国战力如何?

最新更新时间:2020-12-01
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近期,知名半导体行业分析师Robert Castellano表示,应用材料(AMAT)将在2020年超过ASML,重新成为半导体设备的头羊。按照Castellano在2019年的统计,ASML在当年超过了应用材料,登上了全球半导体设备厂商排名榜首位置。

Castellano表示,总部位于荷兰的ASML在2020年第一季度收入同比下降31%,这是导致该公司在2020年失去榜首位置的主要原因。他预测,2020年,应用材料的市场份额将从2019年的15.9%提高至18.8%。而ASML在2019年的市占率为16.9%,2020年将小幅降至16.8%。

排名前五位的其他供应商包括Lam Research,东京电子(TEL)和KLA。

图:2015至2020 年销售额排名前五的半导体设备供应商(百万美元)

排名第三的TEL的市场份额将从2019年的11.7%增长到2020年的13.4%。

由于受低 ASP 和高库存过剩的影响,Lam Research的市场份额将从 2019 年的 10.6%增长至2020年的11.8%。

KLA 的市场份额将从2019年的5.4%增长至2020年的6.8%。

2020年,晶圆加工前道设备(WFE,按工艺流程分类,在晶圆厂设备投资中,晶圆加工的前道设备占据主要的市场份额,约85%,封测设备约占15%)市场总规模为640亿美元。总体上看,在WFE设备市场,刻蚀机、光刻机、薄膜设备的价值量占比最高,这些市场也是被排名前五厂商把控着。

Castellano表示,2020年,排名前五位的公司将取得更多的市场份额,其中,应用材料、ASML、TEL这三家公司合计占比高达60%-90%,特别是应用材料和TEL,横跨多细分领域,是航母级龙头企业。而规模较小的竞争对手的市场份额将会下降,从2019年的39.6%下降至2020年的33.4%。

预计2021年,内存和逻辑芯片厂商,以及晶圆代工厂的半导体资本支出都将增长。Castellano表示,2021年经济气候的主要受益者将是ASML、应用材料和Lam Research。

双雄争霸


在2018年之前的几十年时间内,应用材料长期稳坐在全球半导体设备第一供应商的位置,凭借的就是其全面而强大的产品线,特别是具有更高技术含量的半导体制造前道设备,该公司具有深厚的技术功底。

从历史来看,应用材料通过一系列的并购,不断加强着自身的实力。不过,从1967到1996年的 30年中,该公司只有一次与核心业务相关的并购,即1980年收购了英国Lintott Engineering公司,进入了离子注入市场,并于1985年推出了第一台全自动离子注入机Precision Implant 9000。1992年,应用材料超越TEL,成为全球最大的半导体设备制造商,并蝉联多年。在成为市场龙头后,该公司加快了并购的步伐,从1997到2007年,先后发起了14起并购案,不断进入新市场并完善产品组成。

应用材料的产品线涵盖了半导体制造的数十种设备,包括原子层沉积(ALD)、化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、离子注入、刻蚀、快速热处理(RTP)、化学机械抛光(CMP),以及晶圆检测设备等。

半导体设备行业技术壁垒非常高,随着制程越来越先进,对半导体设备的性能和稳定性提出了越来越高的要求,需要投入大量的研发资金。应用材料一直保持着在研发上的高投入,其30%的员工为专业研发人员,拥有近12000 项专利,平均每天申请4个以上的新专利。正是这种持续的高研发投入,促成了应用材料的内部创新,构成了较高的技术壁垒,使其自1992年以来一直保持着世界最大半导体设备公司的地位。

ASML方面,据Gartner统计,该公司在全球光刻机市场中的份额接近80%,营收中,深紫外光光刻机(DUV)占比最高,达到55%,随着台积电5nm+制程的量产,其EUV光刻机的需求量明显上升。

在2019年第三季度,ASML的EUV新增订单达到23台,这与历史最高的10台相比,增长了130%。同时,ASML的EUV交货量也稳步上升,据统计,2019年第三季度交付了7台EUV设备,第四季度交付了8台,从而实现全年交付26台,而该公司在2016、2017和2018年,交付给客户的EUV设备数量分别为5、11和18台。

除了台积电这一大客户外,三星也在紧跟先进制程,特别是7nm工艺,为此,该公司在2019年向ASML 追加采购了15台EUV设备,这是其2018年2月宣布采购10台EUV后,再次大量采购。

2020年第三季度,ASML一共交付了 10台EUV设备,并在本季度实现了 14 台系统的销售收入,第三季度的新增订单达到29亿欧元,其中5.95亿欧元来自4台EUV设备。

在DUV光刻机方面,该公司在2020年第三季度对第一台TWINSCAN NXT:2050i 进行了质量认证,并于第四季度初发货。NXT:2050i是基于NXT平台的新版本,其中包括掩模版工作台,晶圆工作台,投影物镜和曝光激光器的技术改进。由于这些创新,该系统提供了比其前身更好的套刻精度控制,并具有更高的生产率。

EUV光刻机方面,绝大部分TWINSCAN NXE:3400B 系统在客户处同时进行了生产率模组的升级。ASML公布了TWINSCAN NXE:3600D的最终规格,这是 EUV 路线图上的新机型,具有30 mJ / cm2 的曝光速度,每小时可曝光160片晶圆,生产率提高了18%,并改进机器配套准精度至1.1nm,计划于2021年中期开始发货。

细分领域市场格局与中国力量


下面看一下WFE市场的几大细分领域的市场格局。

光刻机方面,主要生产厂商包括 ASML(荷兰)、尼康(日本)、佳能(日本)和上海微电子(SMEE,中国)。ASML于2001年推出了TWINSCAN系列步进扫描光刻机,采用双工件台系统架构,可以有效提高设备产出率,已成为应用最广泛的高端光刻机。

上海微电子研制的90nm高端步进扫描投影光刻机已完成整机集成测试,并在客户生产线上进行了工艺试验。在中国市场,上海微电子是国内唯一能够做集成电路光刻机的企业,在该公司已经量产的光刻机中,性能最好的是SSA600/200,能够达到90nm的制程工艺,而ASML生产的N+1光刻机采用了先进制程,能够达到7nm。因此,国内晶圆厂所需要的高端光刻机完全依赖进口。此外,从光刻机工作台、涂布显影、去胶/清洗等其他光刻设备来看,我国在研企业还有华卓精科、芯源微,以及屹唐半导体等。

刻蚀机方面,Lam Research、TEL、应用材料都实现了硅刻蚀、介质刻蚀、金属刻蚀的全覆盖,占据了全球干法刻蚀机市场80%以上的份额。

在中国市场,介质刻蚀机是我国最具优势的半导体设备,目前,我国主流设备中,去胶设备、刻蚀设备、热处理设备、清洗设备等的国产化率均已经达到20%以上。而这其中市场规模最大的就是刻蚀设备,代表厂商为中微公司、北方华创,以及屹唐半导体。

中微半导体在介质刻蚀领域较强,其产品已在包括台积电,SK海力士、中芯国际等厂商的20多条生产线上实现了量产。该公司5nm等离子体蚀刻机已通过台积电验证,已用于全球首条5nm工艺生产线。中微半导体还切入了TSV硅通孔刻蚀和金属硬掩膜刻蚀领域。

北方华创在硅刻蚀和金属刻蚀领域较强,其55nm/65nm硅刻蚀机已成为中芯国际主力设备,该公司的28nm硅刻蚀机也已进入产业化阶段,14nm硅刻蚀机正在产线验证中,金属硬掩膜刻蚀机则攻破了28nm-14nm制程。

物理薄膜沉积(PVD)方面,应用材料一家独大,占全球市场份额的80%以上。化学沉积(CVD)方面,应用材料、Lam Research、TEL三家占全球市场份额的70%以上。

中国设备厂商中,北方华创的薄膜沉积设备产品种类最多,其28nm硬掩膜PVD已实现量产,铜互连PVD、14nm硬掩膜PVD、Al PVD、LPCVD、ALD(原子沉积)设备已进入产线验证阶段。2020年4月,北方华创宣布,其THEORISSN302D型12英寸氮化硅沉积设备进入国内集成电路制造龙头企业。该设备的交付,意味着国产立式LPCVD设备在先进集成电路制造领域的应用拓展上实现重大进展。

另外,中微半导体的MOCVD在国内已实现国产替代。沈阳拓荆65nm的PECVD已实现量产。

离子注入方面,厂商主要有应用材料和Axcelis。中国生产线上使用的离子注入机多数依赖进口。

在国内,北京中科信、中电科48 所、上海凯世通等也能提供少量产品。其中,中科信公司已具备不同种类(低能大束流、中束流和高能)离子注入机上线机型的量产能力。

清洗设备方面,目前槽式圆片清洗机在整个清洗流程中约占20%的份额,市场已逐渐被单圆片清洗机取代。槽式圆片清洗机主要厂商有迪恩士、TEL和JET,三家约占全球75%以上的市场份额。

单圆片清洗设机主要厂商有日本的迪恩士、TEL和美国Lam Research,三家约占全球70%以上的市场份额。

在中国的单圆片湿法设备厂商中,盛美半导体独家开发的空间交变相位移(SAPS)兆声波清洗设备和时序气穴振荡控制(TEBO)兆声波清洗设备已经成功进入韩国及中国的集成电路生产线。北方华创的清洗设备也已成功进入中芯国际生产线。

据中国国际招标网统计,在长江存储、华虹无锡、上海华力二期项目累计采购的200多台清洗设备中,按中标数量对供应商排序,依次是迪恩士、盛美股份、Lam Research、TEL以及北方华创,所占份额依次是48%、20.5%、20%、6%和1%。

抛光机(CMP)方面,主要生产商是应用材料,以及日本的Ebara,其中应用材料约占全球CMP设备市场60%的份额,Ebara约占20%的份额。

在中国,CMP设备的主要研发单位包括天津华海清科和中电科45所,其中,华海清科的抛光机已在中芯国际生产线上试用。

结语


综上可见,在半导体设备领域,全球排名前三的应用材料、ASML和TEL拥有很高的市占率和极强的话语权,而相对来看,中国本土排名靠前的厂商在绝对营收额及市占率方面还有较大差距。例如,中国电子专用设备工业协会统计的一份数据显示,2019年中国半导体设备制造商销售收入排列首位的是浙江晶盛机电,其2019年半导体设备销售收入为28.86亿元人民币,排在第二位的是北方华创,销售收入为28.42亿元。对标全球半导体设备头部企业的销售收入来看,我国半导体设备企业规模仍处于较低水平,行业设备需求多依赖于国际品牌,本土设备还有很大的发展空间。


*免责声明:本文由作者原创。文章内容系作者个人观点,半导体行业观察转载仅为了传达一种不同的观点,不代表半导体行业观察对该观点赞同或支持,如果有任何异议,欢迎联系半导体行业观察。


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